巷道加固体围岩力学特征分析

为了确定合理的锚杆支护参数,并得到快速评价围岩稳定性的方法,采用均匀化方法,将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体,同时将锚杆对围岩的支护作用以附加体积力的形式作用于围岩锚固区。基于弹性力学,分析了锚固体、加固体与围岩协调变形,根据位移等效条件和围岩强度强化理论,推导出了加固体物理力学参数的表达式,在此基础上建立了围岩与加固体协调变形力学模型,将该理论与已有理论和数值模拟进行了对比,研究了不同锚杆支护强度对加固体物理力学参数的影响。结果表明:计算结果与高家美等~[1]的结果相近,与之相比,计算得到的理论解更接近于FLAC~(3D)数值模拟的结果,从而验证了围岩加固体理论的合理性;与锚杆其他参数相比,预紧力、锚杆长度和间排距对围岩加固体参数影响较大。     

软岩巷道锚杆支护特性分析

为了保证软岩巷道围岩稳定以及确定合理的锚杆支护参数,将局部锚固锚杆的支护作用等效为作用于硐壁表面的支护力与作用于锚固段区域围岩的体积力。基于强度强化理论,建立巷道力学计算模型,将理论计算结果与FLAC~(3D)的结果进行对比,并且研究了各个锚杆参数对巷道硐壁位移以及塑性区范围的影响。结果表明:在算例下,理论计算得到的硐室硐壁位移与塑性区范围分别为28.4 mm和6.995 m,FLAC~(3D)数值模拟得到的巷道巷道位移与塑性区范围分别为30.1 mm和7.097 m,而且在不同支护强度下理论计算值与FLAC~(3D)的结果相差均小于10%,从而验证了该理论的正确性;与其他锚杆参数相比,锚杆间排距与预紧力对围岩变形影响较大,在工程中应该合理调整锚杆间排距与采用预紧力锚杆。     

深部软岩巷道锚注支护机理数值模拟研究

自主研制了破裂岩样承压注浆试验设备,开展了破裂岩体注浆加固力学特性试验,分析了破裂岩样注浆加固前后的力学特性与微观结构。提出了"锚注加固体等效层"概念,采用FLAC~(3D)数值模拟研究了深部软岩巷道锚注支护机理,揭示了"锚注加固体等效层"厚度、弹性模量、内聚力、内摩擦角对巷道围岩位移及塑性区的影响规律,即随着"锚注加固体等效层"参数的提高,巷道围岩位移及塑性区随之降低,体现了注浆可提高破裂岩体的完整性与强度,为锚注支护参数优化设计奠定了基础。     

相邻煤层倾角围岩位移与应力变化规律研究

在使用锚杆支护矿井巷道围岩时,顶锚杆支护角度的变化会引起围岩位移和应力的变化,在FLAC~(3D)数值模拟的基础上,分析与研究了在煤层倾角10°~18°的变化中,相邻煤层间的顶板位移、两帮位移、底鼓以及竖直和水平方向应力的变化规律。     

屯兰矿半煤岩巷道支护参数数值模拟研究

以巷道围岩的物理力学性质为基础,结合FLAC3D数值模拟和数值理论计算,进一步完善锚杆支护参数和支护形式,确保半煤岩巷道的施工安全。     

大断面回采巷道围岩耦合支护技术

为研究支护参数对深部大断面巷道耦合支护技术的影响,结合红庙矿大断面回采巷道支护效果不佳问题,运用FLAC~(3D)5.0数值模拟软件,建立深部大断面巷道数值模型,模拟不同支护体参数下支护结构与围岩及各支护结构间应力场变化情况。从锚杆长度,锚杆预应力,锚杆直径,锚杆排距,锚索长度等方面分析支护体与围岩的耦合情况。研究结果表明:锚杆、锚索支护参数越大,排间距越密只能增加支护体与围岩在强度和刚度方面的耦合,而各支护体间和围岩在结构上并没有很好的耦合效果。最后选取在强度、刚度、结构3个方面耦合效果俱佳的支护参数设计出新支护方案,并成功指导了工程实践。     

基于FLAC3D对不同荷载下锚杆锚固作用机制的数值模拟

以某铜矿为研究背景,通过室内剪切试验、点荷载试验获取岩体物理力学基本参数,用FLAC~(3D)有限元软件对锚杆锚固作用机制进行数值模拟,探究锚固体与锚杆周围应力分布规律,以及锚杆在不同条件下锚固体应力分布情况。数值模拟结果表明:得出了锚杆锚固力、剪应力沿内锚固长度的分布规律,为合理设计锚固长度提供一定的理论依据。通过对锚杆—注浆体—围岩体之间界面的数值模拟获得界面上的应力分布规律及其最大承载力。研究结果不仅有助于了解加锚岩体的力学性能,也可以为设计可靠有效的岩体锚固方案提供有利的试验数据和理论基础。     

深部复合顶板煤层巷道围岩稳定性与支护技术研究

以镇城底矿28108工作面复合顶板的巷道支护为工程背景,通过对复合顶板的力学特性理论进行分析,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对无支护状态下,巷道的水平和垂直位移以及锚杆锚索支护状态下,巷道的水平位移和垂直位移进行了数值模拟。实践结果表明,加强支护状态下巷道围岩变形得到有效控制,保证了矿井的安全生产。     

深井巷道围岩锚固体流变控制力学解析

围岩流变是深井巷道变形破坏的主要特征,通过相似材料无锚体及锚固体蠕变实验,得出了锚固体蠕变特征及控制模式,建立了深井巷道围岩锚固体流变控制力学模型,分析了各因素对围岩锚固体流变稳定性的影响,确定了基本锚杆支护参数,最后进行了工程算例与实测对比。结果表明：锚固体流变的基本特征有别于无锚岩体,不仅表现出锚固体位移比无锚岩体位移小,而且锚固体呈现等速蠕变阶段时间长及蠕变应力水平高的特点,且锚固体存在明显的蠕变二阶段（主要）或三阶段（次要）特征;巷道围岩锚固体流变稳定性主要与围岩所处应力水平、锚固厚度、断面尺寸及加锚弹性模量有关;合理的锚杆支护参数能够实现巷道围岩锚固体流变稳定,实测数据与理论计算较为吻合,巷道支护效果显著。     

深井软岩巷道围岩变形特征及支护参数的确定

根据马路坪矿巷道围岩主要物理、力学性质的实验室测试以及现场围岩变形的监测结果,探讨了深部软岩巷道围岩变形破坏特征.借助FLAC^3D进行数值模拟计算,分析了巷道开挖后和原支护形式下围岩破碎区、塑性区范围和应力位移分布状况;并通过数值模拟优化了支护参数,确定了二次支护时间,提出了用短锚杆或铆钉取代管缝式锚杆挂网、采用底角锚杆对巷道底板进行加固的技术方案.工业试验结果表明,该方案对深部巷道围岩变形的控制效果良好.     

基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合MohrCoulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷道表面位移分析可知,数值模拟与理论分析结果基本一致。     

掘进工作面围岩应力分布特征及其与支护的关系

采用FLAC3D软件计算分析了掘进工作面周围应力、位移及破坏区分布特征与变化规律,巷道轴线与最大水平主应力方向的夹角对围岩应力、位移及破坏的影响;研究了掘进工作面附近锚杆支护应力场的分布特征,及对空顶范围顶板的控制作用.分析了围岩与支护加固的相互作用,指出煤矿巷道围岩基本上属于非连续煤岩体,不能采用连续体的围岩响应曲线分析围岩与支护的关系,锚杆支护与支架等支护方式的基本原理有本质区别,也不能采用支架的围岩响应曲线分析围岩与锚杆的相互作用.基于锚杆受力变化的实测曲线,归纳出5种类型,得出锚杆支护围岩响应曲线,并提出了支护与加固的时空设计原则.最后,通过千米深井巷道、强烈动压影响巷道及深部沿空留巷的3个实例分析,对理论与数值研究结果进行了验证.     

近距离厚煤层沿空掘巷支护方案设计

为解决沙曲一矿近距离厚煤层沿空掘巷支护难度大的问题,采用工程类比、理论计算,数值模拟优化支护参数的方法,研究分析了近距离厚煤层沿空掘巷加固支护原则,提出巷道高预紧力非对称支护、煤柱侧补强加固的支护加固思路。建立了吊顶、控帮、窄煤柱加固的三位一体支护策略,形成了长锚索吊顶板,锚杆增加整体性,锚索+槽钢增强煤柱整体强度和刚度的围岩控制关键技术。利用FLAC~(3D)模拟优化回采阶段支护方案。现场监测表明该支护方案效果良好,能有效控制巷道围岩变形。     

采空侧动压巷道底鼓控制技术研究

通过FLAC~(3D)数值模拟软件,建立采空侧动压巷道模型,研究了2种不同支护方案下的巷道围岩应力、位移变化,在此基础上为巷道支护方案及参数的确定提供一定的参考。根据数值模拟结果,设计了工作面底板加固方案,并进行了工程应用。     

浅埋煤层大采高综采工作面运输顺槽支护优化设计

以张家峁煤矿14206工作面运输顺槽为工程背景,对运输顺槽的变形、离层量以及锚杆受力进行监测,通过室内试验得出煤岩物理力学参数,运用理论分析、FLAC~(3D) 数值模拟和现场工业试验对锚杆支护参数进行优化。现场监测结果表明,优化后的锚杆支护方案较好地控制了顺槽变形。     

基于FLAC~(3D)精细化模拟锚杆横肋对锚固力的影响

运用Midas/GTS-FLAC~(3D)耦合建模手段,建立圆钢锚杆和螺纹钢锚杆模型,通过FLAC~(3D)数值模拟软件,研讨锚杆横肋作用机理,对比分析锚固状态下圆钢锚杆和螺纹钢锚杆在荷载相同时的锚杆-锚固剂-围岩三者之间的力学关系及变形情况。发现2种锚杆轴向应力随着深度的增加逐渐减小且当2种锚杆处于相同埋深时,圆钢锚杆的轴向应力略大于螺纹钢锚杆,所得结果与文献[1]做的相似材料模拟试验结果基本相同,因此可以通过FLAC~(3D)数值模拟软件建立的数值模型,作为深入研究横肋与锚固剂作用关系、锚固剂破坏规律以及不同岩性中锚杆横肋参数选择的一种参考办法。     

回采巷道支护参数优化及数值分析

基于围岩力学性质进行回采巷道支护参数优化,可以在保证围岩稳定的基础上节约支护成本。为解决回采巷道支护设计因采用工程类比法而导致支护材料浪费等问题,以某矿8302皮带顺槽为研究背景,基于其坚硬顶板特性,选用悬吊理论进行支护优化设计,以锚杆及锚索间排距为优化因素,设计了3种优化方案及支护参数。利用FLAC~(3D)数值模拟软件对各支护方案的应力场、位移场及塑性区分布进行模拟研究,分析得出优化方案2对控制围岩稳定最有利。现场监测表明,优化方案2可有效控制巷道围岩体失稳破坏,该研究可为同类巷道的支护优化提供借鉴。     

基于锚杆加固作用的圆形巷道围岩弹塑性分析

为研究锚杆支护机理及控制巷道围岩稳定，基于锚杆加固效应，将锚杆的支承作用考虑成作用于锚固区围岩的体积力，将锚杆的加固作用视为增强了锚固区围岩的强度参数|建立巷道计算模型，并进行弹塑性分析，导出了巷道围岩应力、位移解析解。结合算例，将理论计算值与实际监测值进行了对比，比较了锚杆支护与未支护时围岩应力，同时进行了围岩变形的影响参数分析。结果表明：锚杆支护改善了塑性区围岩应力状态，提高了围岩自承载能力|锚杆长度、间排距的参数设计遵循“长而疏、短而密”原则。文中理论解析解考虑了锚杆加固效应，为认识锚杆支护机理提供了理论参考，也能为巷道围岩控制提供合理的锚杆支护方案。     

基于FLAC~(3D)的巷道围岩高强预紧力支护数值模拟

为解决深部高应力条件下复合顶板煤巷支护困难的问题,针对实际工程情况,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对不同预紧力条件下的巷道围岩位移及锚杆形成的附加应力场进行对比分析,研究发现:高强预紧力支护可以明显控制巷道围岩位移,锚杆之间的锚固压应力区相互叠加,形成一定厚度承压拱,围岩整体承载能力得到提高,最后提出高强预紧支护方案并应用于现场,监测结果显示该方案合理可行。     

深部高地应力巷道围岩支护技术分析

对某矿西盘区底板深部高地应力巷道表面位移进行监测,监测结果表明,巷道围岩出现非线性大变形、锚索破断及支架扭曲变形等现象。利用FLAC~(3D)对巷道围岩进行数值模拟,得出高地应力巷道围岩变形属于给定变形,巷道支护体不仅要提供足够的支护强度,还必须适应高地应力巷道大变形。据此提出可接长锚杆协调支护技术,使稳定后顶板下沉量和两帮相对移近量在可控区间,得到预期的支护效果。