保国铁矿软岩巷道支护方式的数值模拟研究

保国铁矿地下矿山软岩巷道围岩地质条件复杂,下盘围岩破碎,抗压强度低,遇水极易破碎、膨胀产生变形破坏,严重影响了矿山的开采和运输。为减缓该矿铁蛋山矿区地下开采过程中的巷道围岩变形破坏程度,提高地下工程的稳定性,保持矿山安全高效生产,对+35 m水平分段巷道进行变形监测,并采用FLAC3D软件进行数值计算,分析了保国铁矿软岩巷道在不同支护方案下,无底柱分段崩落法沿脉运输巷道围岩的位移与塑性区等情况。结果表明：在重点破坏区域采用多支护手段联合支护方案,可显著提高该矿软岩巷道围岩强度和承载能力,有效遏制动压软岩巷道破坏趋势。     

软岩巷道围岩变形及支护优化的3DEC分析

松散软破类岩石是矿山开采过程中经常面对的一类不良工程地质体,为了保证矿山安全生产,针对该类岩巷的加固与支护尤为重要。云南某矿巷道开挖后变形严重,为了提出合理可行的支护优化方案,采用3DEC离散元数值分析软件对开挖后围岩位移与应力分布规律及巷道稳定性进行了模拟分析。研究结果表明,若开挖后不采取任何支护,巷道变形较大,处于失稳状态;进行锚网喷支护和衬砌支护后,围岩变形显著减小,顶底板和两帮位移相对收敛率基本小于2%,综合考虑支护成本,认为锚网喷支护手段更优。研究结果对该矿支护方式的选取有实际的指导作用。     

基于软岩巷道围岩分类的支护方案优化

针对软岩巷道难支护等问题,综合分析围岩稳定性影响因素及软岩巷道围岩控制理论,建立了软岩巷道围岩稳定性综合分类表及支护参数取值建议表;采用FLAC3D数值模拟软件,揭示了不同围岩类别的巷道在不同支护设计下围岩塑性区演化规律及变形破坏特征,优化各类围岩支护方案。根据软岩巷道围岩综合分类表及支护参数取值建议表,提出了穿脉运输巷支护与修复加固技术方案;现场监测结果表明,修复加固方案能有效控制巷道变形,该围岩分类表及支护参数取值建议表在软岩巷道支护设计与施工中具有较好的工程应用价值。     

大断面软岩斜井高强度钢管混凝土支架支护技术

查干淖尔矿主斜井泥岩段围岩变形量大,速度快,巷道支护困难,结合主斜井泥岩段膨胀性软岩的工程地质条件和围岩变形特征,并结合主斜井泥岩段的巷道围岩变形特点,设计了高强度钢管混凝土支架支护方案,其中,巷道断面采用马蹄形,钢管混凝土支架主体钢管选用194 mm×10 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助金属网支护和混凝土喷层支护。通过数值分析可知,主斜井泥岩段开挖后及时施加钢管混凝土支架支护方案,钢管混凝土支架承载能力大,能够提供强大的支护反力,限制巷道围岩向巷道空间的移动,保证巷道围岩稳定和支护结构可靠。通过巷道施工和现场监测分析可知,大断面软岩巷道高强度快速支护方案易于施工,能够维持主斜井泥岩段软岩巷道围岩的稳定。     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

基于围压恢复加固理论的软岩巷道支护机理研究

以首云铁矿为工程背景,针对其矿岩水理性差、稳定性差等特点,采用室内试验、理论分析、现场实践和监测分析等综合方式,提出了长短锚杆结合的锚喷网支护,配合强化的护表结构和支架的联合支护方式。结果表明,临时支护有效地封闭了围岩,避免了开挖巷道的进一步破坏,长短锚杆相结合充分利用了深部围岩稳定性,将开挖区应力进行了转移,以钢筋条带和喷浆进行的护表结构对上部围岩提供了有力支撑。监测表明,巷道表面位移累计量不超过30mm,有效地抑制了巷道变形,所得结论对软破岩巷道支护具有重要的借鉴意义。     

某煤矿软岩巷道支护技术研究

某煤矿工作面顺槽属软岩巷道,已发生严重变形,需要重新设计支护方式增强支护能力。分析了巷道变形破坏的主要原因是巷道围岩松软破碎、围岩强度低、开采深度大、应力水平高、原支护设计不合理。从改变锚杆、锚索支护与O型棚支护参数入手,提高巷道支护强度来实现耦合支护,控制巷道变形。同时,使用数值模拟方法分析新支护方案围岩的受力情况,模拟显示巷道没有出现应力集中。经过工业性试验和矿压监测,巷道支护效果良好。因此,锚杆+锚索+O型棚的复合支护形式经优化设计参数后,能够适用于该矿软岩巷道的支护,从而为矿井软岩巷道支护积累了经验。     

地下矿山软岩巷道地压监测及其显现规律研究

针对某铁矿井下巷道陆续出现巷道底臌变形、侧帮向内挤压、顶部支护体下沉、锚杆脱落等地压显现 现象,进行了软岩巷道地压监测及其显现规律研究。设计了一套完整的巷道地压综合监测体系,以巷道围岩压力 监测和变形监测为主,实现在地表集控中心对井下巷道围岩的受力和变形进行长期观测和预警。巷道围岩压力监 测选用锚杆应力计,变形监测选用多点位移计,通过长期对监测数据进行分析,获得不同岩性的巷道围岩的应力和 变形机制。根据围岩变形和应力情况,结合矿山已有矿岩强度特征及巷道围岩松动圈厚度范围,建立巷道支护三 维数值模型,进行锚网喷支护参数优化,优化后支护效果较为稳定。研究表明,地压监测数据可为软岩巷道合理的 支护设计提供理论依据和指导,为支护结构的长期稳定提供保障。     

软岩巷道稳定性分析

基于粘弹性理论,分析了深部软岩巷道的稳定性。采用FLAC3D软件模拟了某地下矿山软岩巷道分步开挖时巷道围岩的力学特性及变化状态,分析了巷道锚注支护前后的应力、应变、塑性屈服情况及巷道支护的效果。结果表明,锚注联合支护对控制软岩巷道的塑性区、大位移量及变形有较好的效果。     

深井大断面软岩巷道围岩破坏机理与支护研究

根据滕东煤矿深部开采的地质条件,针对深部大断面巷道围岩变形破坏特征,通过现场观测和理论分析,深入研究了软岩巷道变形破坏机理;高地应力、低强度岩体、复杂的地质构造、支护体力学特性与围岩力学特性不耦合,支护时机不合理,是造成巷道持续性大变形与失稳的主要原因。为此,提出了深部软岩巷道支护原则和超前卸压与支护+锚网喷+高强鸟巢锚索+注浆加固联合支护方案。现场巷道位移监测结果表明,该方案可有效控制深部大断面巷道大变形。     

加固底板对深部软岩巷道两帮稳定性影响的数值分析

通过数值计算，研究了底板支护和注浆加固底板后深部软岩巷道两帮围岩的稳定性.计算结果表明，加固软弱底板后巷道两帮围岩变形量减小，尤其是巷道两帮下部围岩变形量减小幅度较大，两帮围岩塑性区范围和软化区范围缩小，两帮围岩主应力升高区范围缩小，主应力峰值区域更加靠近巷道周边.从而得出：加固软弱底板有利于提高深部软岩巷道两帮围岩稳定性.     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

断层带软弱围岩变形特征及支护优化研究

断层附近软弱围岩变形特征的研究对于巷道支护优化和防止围岩大变形具有重要意义。本文以河南城郊煤矿为工程背景,对二水平西翼轨道大巷在掘进过程中断层带围岩表面位移、顶板离层、围岩松动圈分布进行了现场监测。结果表明:在巷道掘进卸压作用持续影响下,断层构造应力逐渐减弱,巷道变形速度随着掘进面的推进先增大后减小,断层带内巷道变形的主要作用力来自断层构造应力;深部围岩受断层构造的影响较大,裂隙较为发育,顶板处于不稳定状态,浅部围岩由于巷道开掘卸压离层量较小。断层附近松动圈受断层构造作用较大,围岩顶板出现大松动圈。本文结合地质条件和现场监测结果提出了U形钢与锚网索相互配合的支护优化方案。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

采区巷道合理煤柱留设与模拟研究

采区巷道合理煤柱的留设关系到巷道稳定性以及巷道的维护和正常使用,通过理论计算和数值模拟,分析了不同宽度煤柱条件下3条采区大巷的围岩变形规律以及应力分布规律,得出了布置39采区工作面的合理位置以及距离采区巷道煤柱尺寸的合理宽度,为具有类似条件的巷道掘进和布置提供参考。     

基于贝叶斯网络的软岩巷道大变形影响因素分析

随着煤炭资源开采的深度和强度的大幅度增加,软岩条件巷道的维护出现了一系列新的控制难题,岩石性质、地应力类型、采场采动、含水层、巷道形状尺寸以及支护方案参数的选择等诸多因素耦合作用影响着软岩的位移量及巷道围岩应力场分布规律。为了实现对巷道围岩状态的实时定量化控制,将巷道监测数据通过全断面扫描仪等传感设备实时传入集控中心,利用贝叶斯神经网络方法进行软岩大变形相关影响因素参数分析,将巷道分段确定导致大变形的最高权重因素,并针对巷道断面形状、支护参数、支护方案以及回采工艺参数四个方面给出及时调整的最优方案。形成监测传感器-设备列车-集控中心-贝叶斯神经网络分析-方案定制-加强支护控制围岩的闭环机电智能化系统。可为类似条件下软岩巷道大变形机理与控制技术研究提供参考。     

巷道埋深对大断面巷道围岩变形及应力分布规律影响

针对断面大巷道难以支护、巷道变形严重等特点，采用三轴压缩试验和巴西劈裂试验对巷道围岩力学参数进行测试，利用数值模拟分析了大断面巷道围岩变形及应力分布规律。研究得出，随着巷道埋深的增加，巷道垂直位移越来越大、垂直应力集中系数逐渐减小、垂直应力逐渐向深部延伸、巷道底板泥岩出现软岩的性质，巷道围岩破坏深度和破坏面积也逐渐增加。     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。