构造应力场中的巷道布置

为了了解构造应力对不同布置方向巷道稳定性的影响量,本文首先在全平面应变模型的基础上进行坐标变换,推导出构造应力场中不同布置方向的巷道围岩应力公式与位移公式,并讨论了随巷道轴向与构造应力方向夹角的变化,巷道不同位置的应力、位移变化规律.其次采用FLAC'30软件模拟地下岩体中巷道不同布置方向的塑性区分布状态,应力、位移的变化规律.结合在兖州矿区进行的巷道位移观测得到的构造应力方向,分析其之间的变化关系.研究结果表明,当巷道轴向与最大主应力方向平行时,构造应力对巷道稳定性影响最小.     

构造应力对巷道布置影响的理论分析

选用全平面应变力学模型，通过计算圆形断面巷道周边应力和相对位移值，分析构造应力的影响与巷道方向的关系，为选择巷道合理开挖方向提供依据。     

东乡铜矿-135m中段11线运输大巷道形变构造应力场分析

介绍东乡铜矿135m中段11线运输大巷道形变区的地质构造特征、主应力轴方位以及构造应力场分布规律，分析巷道形变与应力状态的关系。巷道施工破坏岩层中原始应力状态，而巷道形状、大小、方向以及支护型式是影响新应力状态的重要因素。平巷断面呈矩形、梯形、圆弧形时，围岩稳定性由差变好。圆弧形断面长轴方向抗压强度最大，马蹄拱型发碹垂向和侧向抗压强度最大，三心拱型发碹铅直方向抗压强度最大。拱顶剪切变形是δ1铅直方向分力和δ2铅直方向分力及中轴应力的“合力”作用所致。     

含软弱夹层巷道受爆炸荷载作用效应分析

应用结构数值分析软件ANSYS模拟出爆炸应力波作用下含软弱夹层巷道结构一些测点的垂直方向应力和位移的时间历程，并和未含软弱夹层巷道结构的相应情况进行比较，分析含软弱夹层巷道结构受爆炸应力波作用效应的力学特性。得出了软弱夹层对爆炸应力波衰减作用明显和结构的某些部位需要加固等结论。     

针对构造应力合理选择巷道支护形式

根据新疆伊犁昭苏盛泉煤矿巷道围岩变形受构造应力影响的现象,研究了构造应力与巷道支护的关系。研究表明,巷道方向与构造水平应力方向平行时跟两者方向垂直时的围岩变形情况大有不同。通过因地制宜改变支护形式,大大减少了巷道支护成本。     

主应力对深部软岩巷道围岩稳定性影响规律研究

以某矿为工程背景，根据深部软岩巷道可能存在的地应力场类型和巷道轴向角度α(轴向与最大水平主应力的夹角)，设计出105组数值模拟方案，研究了深部软岩巷道围岩稳定性随轴向、径向侧压系数(λy，λx)及巷道轴向角度(α)变化的规律，研究了侧压系数因子Nλn和轴向角度因子Nα对巷道围岩稳定性的影响权重。研究结果表明：深部软岩巷道布置的合理轴向角度(α)并非只沿最大水平主应力方向布置时才最有利于巷道的稳定，而与巷道所处的具体地应力场有关；当巷道轴向与水平主应力方向不平行时，可将更靠近巷道轴向的水平主应力视为轴向应力，将另外一个水平主应力视为径向应力。     

支护设计及开采诱导应力对关键块体稳定性影响的概率统计关键块…

数值模拟已用来确定邻近及远离采场的巷道周围应力的大小和方向。模拟表明邻近采场的巷道处于应力松驰区内。布置在未受回采影响的原岩内的巷道的周边处于受压状态。关键块模拟用于确定关键性块体的代表性形状，离散元模拟用于确定块体的稳定性。模拟结果表明，原岩内巷道的顶板受采矿诱导的应力的作用而稳固。在应力松驰区，关键块会由于开挖而损坏。在邻近及远离采场的巷道中，其两帮关键块会因巷道掘进而损坏。在巷道两帮形成的…     

断层附近回采巷道顶板岩层运动特征研究

为解决断层影响区域回采巷道的支护问题，必须了解回采巷道顶板岩层运动变形特征．通过相似材料模拟试验，建立平面应力模型，分析研究断层下盘煤层开采后，在其上盘煤层中开掘巷道，巷道顶板的位移和巷道变形特征．结果表明：在断层影响区域，在水平方向上，回采巷道顶板岩层出现与断层倾向基本一致的垂直裂缝，顶板表现出不连续性．在垂直方向上，顶板离层出现不均匀沉降，顶板岩层特别是顶板下位岩层向断层方向倾斜．巷道围岩破坏不具有对称性，紧靠断层顶底板破坏严重．在回采巷道支护方式选择上，应用U型钢支护效果优于锚杆支护．     

最大水平主应力对巷道围岩稳定性影响的数值分析

利用数值计算方法,研究了最大水平主应力对巷道围岩稳定性的影响。结果表明,最大水平主应力方向与巷道轴向方向夹角对巷道围岩稳定性的影响大致可以分为3个阶段。0°~20°为第1阶段,巷道两帮较顶、底板承载更高的围岩应力,要注重巷道两帮的支护;20°~50°为第2阶段,巷道两帮与顶、底板承载相同的围岩应力,应采用相同的支护强度;50°~90°为第3阶段,巷道顶、底板承载的围岩应力远高于巷道两帮,要特别注重巷道顶、底板的支护,夹角越大,顶、底板支护强度越高。     

地应力场对深井巷道围岩稳定的影响

运用3D-σ有限元计算软件对深井巷道在地应力场中不同布置方向的稳定性进行了数值模拟分析，讨论了深井巷道围岩应力分布情况、围岩的变形特征和围岩破坏机理，并提出了相应的对策。     

巷道围岩应力场分布分析方法探讨

地下巷道开挖方向往往与主应力方向并不一致，使得巷道问题简化为平面问题失去了应有的基础，但如果将围岩应力场作为三维问题，求解应力场比较困难。用全平面应变问题分析方法将三维围岩问题分解为3个子问题，使之得到合理的简化。同时给出了三维围岩应力解。并讨论了巷道开挖方向对围岩稳定性的影响情况。     

地应力场方向对巷道围岩稳定性的影响

地应力测试结果表明在构造应力场水平应力是垂直应力的1.8～2.7倍,而且两个水平应力之比是1.5～2.5。构造应力场是影响对巷道稳定的主要因素之一。本文运用COMSOL 3D有限元软件在初始应力场轴向变化的情况下模拟了巷道围岩的应力状态,分析得出巷道轴向与最大水平应力方向之间的夹角越大,巷道越不稳定。此时巷道围岩的剪破坏区深入到巷道顶底板。因此在构造应力场掘进巷道时要尽量使最大水平应力方向与巷道轴向一致。     

邻近爆破下不同形状巷道围岩裂纹扩展规律

为了解巷道断面形状对爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展规律的影响,采用模型试验和扩展有限元(XFEM)方法展开详细研究。试验研究表明:爆炸载荷下,当原有裂纹扩展通过邻近巷道围岩原有裂纹尖端影响区、应力波传播过程产生的环向拉伸区和自由面反射波影响区时,扩展方向有所不同;巷道断面形状主要影响原有裂纹后期扩展方向,巷道断面形状不同,自由面反射拉伸波的拉伸应力方向不同;由于拉伸应力方向一般垂直于自由面,直墙拱形巷道和圆形巷道围岩中原有裂纹扩展后期偏转向弧形自由面切向方向,近似"层裂"现象扩展;矩形巷道围岩原有裂纹扩展方向与直墙反射波拉伸应力作用方向平行,裂纹扩展不受影响,仍沿近似水平方向与自由面贯穿。     

巷道围岩应力壳力学特征与工程实践

综合采用数值模拟、理论分析和现场观测,深入研究了巷道围岩力学特征及其对围岩稳定性的影响规律。研究发现,巷道开挖后围岩存在连续包络的高应力束组成的应力壳,巷道处于应力壳内的低应力区,巷道围岩矿压显现受控于应力壳的存在及其空间演化;巷道围岩应力壳的空间分布对巷道围岩稳定性有关键性影响,且存在"稳定"和"非稳定"两种形态,维护巷道围岩稳定性的实质是保证巷道围岩应力壳形态的稳定;通过科学的巷道布置和有效的支护手段"控制围岩最小变形",优化围岩应力壳形态是保证巷道围岩稳定性的关键所在。研究和工程实践均表明:巷道轴向与最大水平主应力方向平行时易维护,在于巷道围岩中易形成稳定态应力壳;两者垂直时巷道难于维护,在于巷道围岩中易形成非稳定态应力壳。揭示了最大水平主应力方向对巷道围岩稳定性影响的内在力学本质。     

构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响

为了研究构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响，运用3D-σ有限元计算软件对深井巷道在构造应力场中不同布置方向的稳定性进行了数值模拟分析，分析得出随着巷道轴向与构造应力场方向夹角的增大，巷道围岩受力状况逐渐趋于恶化。对此，提出在布置巷道时，尽可能使巷道轴线方向与最大水平主应力方向以小角度相交(最好趋于一致)，并采用宽度大于高度的矩形、拱形或椭圆形断面，使断面形状与构造应力状态相适应。     

矩形断面巷道合理宽高比的探讨

为了探讨矩形断面巷道合理的宽高比,基于弹性力学中孔口应力的复变函数解法,求解矩形断面巷道周边应力分布,并通过单因素分析法探讨相关因素对矩形断面巷道周边应力变化的影响。同时,根据潘一东矿1232(1)工作面的地质条件,运用数值模拟软件FLAC3D模拟不同宽高比矩形断面巷道周边位移。研究结果表明:矩形断面巷道围岩为各向同性时,巷道应沿最大水平应力方向布置,矩形断面巷道合理的宽高比约为1;潘一东矿1232(1)工作面非均质矩形断面回采巷道的合理宽高比为1.2,矩形断面合理的宽高比与巷道断面中各种不同岩性的岩石所占比重有关。     

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究,基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律,分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明,巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大;根据侧压力系数的大小及主应力方向,圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状,选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态,降低围岩变形量,减少围岩塑性区损伤破坏范围,有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。     

近距离跨采巷道预加固技术研究

近距离跨采巷道在受到原岩应力和超前动压的共同作用下,维护变得十分困难。针对近距离跨采巷道围岩控制难题,以桃园煤矿Ⅱ4采区运输上山为研究背景,通过理论分析上覆1042工作面回采时跨采巷道的采动支承压力分布规律,提出了针对性的巷道预加固技术。研究结果表明:随着上覆工作面的推进,在工作面前方底板形成应力增高区,在采空区下方形成应力降低区。由上覆工作面回采引起的垂直应力峰值随着埋深的增加逐渐远离工作面,且应力集中系数随着埋深的增加逐渐减小。沿工作面推进方向的水平应力集中程度远小于垂直应力的集中程度,且受上覆工作面回采引起的水平应力对跨采巷道围岩稳定性的影响较小。当上覆工作面推进至距离跨采巷道50 m时,跨采巷道开始受到超前动压影响;当上覆工作面推进至距离跨采巷道15 m时,垂直应力峰值位于跨采巷道的正上方,此时跨采巷道受超前动压影响最大。采用注浆锚索加底板注浆对巷道底板和围岩深部进行预加固支护,通过预加固能够有效地控制跨采巷道的围岩变形,实现了煤矿的安全高效生产。     

含软弱夹层巷道受爆炸荷载作用效应分析

应用结构数值分析软件ANSYS模拟出爆炸应力波作用下含软弱夹层巷道结构一些测点的垂直方向应力和位移的时间历程,并和未含软弱夹层巷道结构的相应情况进行比较,分析含软弱夹层巷道结构受爆炸应力波作用效应的力学特性。得出了软弱夹层对爆炸应力波衰减作用明显和结构的某些部位需要加固等结论。     

巷道尺寸及布置对围岩稳定性的影响分析

为了分析巷道尺寸及布置对围岩应力、塑性区及变形特征的影响,采用理论分析及数值模拟的方法分析了在不同断面尺寸及不同巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的围岩应力及变形特征。研究表明:巷道断面尺寸及巷道轴线与最大水平主应力之间的夹角对巷道围岩的应力及变形特征有很大影响。其中跨高比的减小对巷道帮部的影响很大,使得应力集中程度及范围明显增大,应重点防护。巷道轴线与最大水平主应力之间的夹角增大会造成水平主应力在巷道两侧分布不对称,巷道顶底板的应力集中程度有所增大,且巷道变形明显。