金川矿山深部采掘条件下岩石力学研究与实践

 金川矿山经过几十年开采,开采深度已达1 000 m,复杂的工程地质条件、高地应力以及高渗透压导致深部开采工程的稳定性问题愈加突出。对金川二矿区深部850～1 000 m水平进行大量的现场地质调查研究,测试深部典型岩石的物理力学参数、膨胀与软化特性,研究岩石力学性质和地应力随埋深的变化规律。采用岩体地质力学(RMR)分类法和岩体质量(Q值)分类法,绘制二矿区深部各分段水平的岩体质量分区图。在深入调查金川矿区深部巷道变形和破坏特征的基础上,对高地应力、高渗透压下深部巷道开挖支护稳定性进行研究,结果表明,U型钢和锚杆联合支护效果最佳。全面总结金川矿区深部巷道支护经验,对巷道掘进和支护技术提出几点新的想法。研究不同开采方式对金川矿区深部充填体和围岩稳定性的影响,优化矿体回采方式,建议采用“隔三采一”布置回采进路,有助于控制围岩的变形,减弱上部充填体的下沉。     

煤矿深部开采巷道支护设计研究

结合实际,对煤矿深部开采巷道支护设计要点进行分析,阐述了煤矿深部开采巷道支护设计的重要意义,在总结煤矿深部巷道支护破坏形式的同时,对煤矿深部开采巷道支护设计需要把握的内容进行详细的论述,希望通过分析,能够给相关领域的研究者提供一点参考,以提高我国煤矿开采的发展水平。     

高地应力深部巷道开挖锚固特性的三维地质力学模型试验研究

为研究锚固支护条件下深部巷道围岩是否产生分区破裂以及岩锚支护对分区破裂的影响,以淮南矿区丁集煤矿深部巷道为工程背景,进行了锚固支护条件下高地应力深部巷道开挖三维地质力学模型试验。通过模型试验发现围岩应变呈现波浪形变化规律以及洞周锚杆受力出现拉压交替变化现象。通过与未加锚支护模型试验结果的对比,揭示锚杆对抑制巷道围岩分区破裂具有重要的作用,这为深入分析深部巷道开挖锚固特性和优化深部巷道支护设计奠定了坚实的试验基础。     

柳海矿第三系深部软岩巷道耦合支护研究

随着煤炭开采深度的加大,深部工程岩体表现出明显的非线性力学特性,传统理论、方法与技术已经部分或全部失效.深部巷道支护应采用耦合支护.根据柳海矿第三系深部软岩巷道工程实际,分析了深部巷道的特殊的地质条件和巷道的变形力学机制;采用锚网索-柔层桁架的耦合支护方案,确定了支护参数;新方案在现场实施后,支护效果良好.     

千米埋深小煤柱顺槽让压锚杆支护技术研究

华丰煤矿为了缓解主采煤层4煤发生冲击地压的频率和强度，决定以6层煤作为解放层先行开采，这使得6层煤巷道面临着大采深、高地应力、大倾角、复合顶板的局面，传统的锚网支护几乎不能有效控制巷道围岩变形。本文针对此情况，采用了一种新型高强让压锚杆支护系统，并进行了工业性试验和矿压观测，评价并肯定了该支护系统的支护效果。该支护系统实现了该矿深部解放层巷道“可控让压”和一次支护成功，为我国深部复杂条件下特别是新汶矿区解放层巷道的支护提供了经验和借鉴。     

深部高应力巷道锚网喷U型钢联合支护技术

随着矿井开采深度的增加,巷道受高地应力及强烈开采扰动的影响愈加明显,深部高应力巷道的支护难度逐渐增大。以某矿深部巷道支护工程为例,采用了锚网喷U型钢联合支护方案,基于FLAC3D数值模拟软件,分析了巷道围岩变形规律,对支护方案进行可行性分析。工业性试验围岩变形监测结果表明,15 d～90 d的围岩变形位移增量小于总位移增量的10%,30 d后的围岩变形基本收敛,表明采用锚网喷U型钢联合支护技术,可有效控制深部巷道的大变形。     

深部岩巷稳定性控制方法及实例研究

分析矿山开采中深部岩巷围岩稳定的影响因素,据此提出深部岩巷稳定性控制的基本方法.结合淮南张集矿深部巷道围岩的稳定性控制问题,采用多方案的数值计算选取其支护方案,针对该支护方案开展现场支护试验研究和现场监测,进而基于对监测资料的反馈分析,通过及时调整支护设计,完成淮南张集矿深部巷道稳定性控制的实例研究.研究表明,运用具有高初锚力的超高强锚杆支护,同时根据现场监测结果适时进行锚索加同和注浆补强加固围岩,可有效提高深部巷道围岩的稳定性;所提出的深部岩巷稳定性控制方法,对其他类似深部岩巷的支护设计具有良好参考价值.     

孔庄矿深部软岩巷道非对称变形数值模拟与控制对策研究

煤矿开采进入深部后,地质力学环境远比浅部复杂,由此引起的非线性力学现象日益严重,给深部支护与开采带来很大难度.孔庄矿-785 m水平轨道大巷地应力水平和围岩黏土矿物含量较高,并受上部采空区影响,呈现明显的非对称变形特征.在对孔庄矿进行工程地质调查与分析的基础上,结合室内岩石力学实验,运用三维数值模拟方法,研究巷道非对称变形时周围岩体的位移场分布规律,分析巷道推进到上部工作面下方时应力分布规律.数值分析结果表明,孔庄矿-785 m水平轨道大巷非对称变形主要受其上部采空区煤柱的集中压力控制,黏土矿物遇水膨胀、岩层结构及高地应力作用进一步恶化巷道围岩结构.该研究可为孔庄矿深部巷道非对称变形控制对策提供初步的理论依据.     

深井动显综放巷道锚杆、锚索、桁架组合支护技术研究

梁宝寺煤矿具有采深大、采厚大、动压显现明显等巨野煤田的共同特点，该矿现有支护系统无法保证巷道的正常掘进及使用。本文针对此情况，采用了一种新型高强高预应力让压锚杆组合支护系统，通过在试验巷道内对锚杆的综合测试与矿压观测，肯定了该支护系统的支护效果。该新型支护系统实现了该矿深部巷道一次支护成功，为我国深部复杂条件下特别是巨野煤田的巷道支护提供了有益的经验和借鉴。     

深部高应力动压巷道支护方法研究

深部高应力巷道的支护方法是目前的工程难点问题。中平能化集团十二矿31010己15煤层皮带巷和回风巷埋深超过1 000m,同时将承受上部保护层开采的动压作用,巷道稳定性不易控制。首先通过地应力测试和围岩松动圈测试,得知巷道为高地应力环境下大松动圈巷道;之后通过三维数值计算分析,获得了上部保护层开采过程中下部巷道的矿压显现规律,得知巷道将受到高应力动压作用。针对此巷道高应力动压特点采用卸压让压以及高强锚索的联合支护方法,即在围岩卸压让压的基础上采用高强锚索进行加强支护,同时采用单体柱进行局部临时加强支护。现场工业试验结果说明卸压让压以及高强锚索组成的联合支护系统可用于深部高应力动压巷道的稳定性控制。     

采动影响下大跨度煤巷耦合支护技术研究与应用

 为解决多次采动影响下大跨度煤巷支护难的问题,以高家梁矿20108工作面回风巷道为例,通过分析工程地质条件和工程岩体特性可知,20108回风巷道属于应力扩容膨胀型复合地质软岩,确定力学破坏机制为IABCIIBDIIIDA复合型变形力学机制,提出采用锚网索带注耦合支护方案。基于FLAC3D数值软件,对锚网索带注耦合支护方案进行数值计算,计算结果显示,与无耦合支护对比,屈服区域显著缩小,顶底板和两帮变形都得到有效控制。现场监测煤巷围岩变形表明,多次采动影响下煤巷两帮变形速率大于顶底板,表明两帮变形速率控制着20108回风巷道的使用功能。研究结果表明,锚网索带注耦合支护在采动影响下大跨度煤巷支护中取得良好的支护效果,数值计算表明,采动影响下大跨度煤巷采用耦合支护技术是可行的;现场监测结果也验证耦合支护技术的有效性和可靠性。     

锚固长度对深埋回采巷道支护效果影响规律

以淮南矿区潘三煤矿17102(3)运输顺槽地质条件为背景,采用FLAC3D计算软件对深埋回采巷道围岩稳定性进行模拟计算,获得不同锚固形式对深埋回采巷道围岩稳定性影响规律,并结合现场不同锚固区围岩变形实测,获得全长锚固支护对巷道围岩抗变形能力有更好的提高,全锚支护下巷道围岩变形整体增加但速率较为平缓,而端锚支护下巷道围岩变形存在急增现象,说明深埋回采巷道围岩全锚支护更有利于对巷道岩层的变形移动控制。研究结果可为深埋回采巷道锚杆支护的设计与施工提供一定的参考。     

新疆中生代复合型软岩大变形控制技术及其应用

 针对新疆沙吉海矿区中生代复合型软岩产生的顶板离层冒落、侧墙鼓出、底板鼓起等非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,深入分析本区中生代复合型软岩巷道围岩的分子膨胀+岩体结构面错动+开挖扰动的复合破坏机制,提出以恒阻大变形锚网索耦合支护为核心的主动支护技术体系。通过恒阻装置充分释放围岩膨胀能和塑性能,减小支护荷载及高应力集中,同时借助高阻性能抑制过大有害变形,合理控制围岩塑性圈;然后通过锚网索二次耦合支护消除围岩塑性大变形、层间软弱结构面的错动引起的围岩–支护之间的变形不协调,并采用注浆锚管控制底鼓大变形,最终形成围岩–支护结构协同承载体系。基于非线性大变形力学设计方法及数值分析,进行施工过程设计及参数设计。工程实践表明,该技术得到成功应用,保证了巷道的稳定。     

高地应力硬岩矿山诱导致裂非爆连续开采初探——以开阳磷矿为例

 在阐述深部金属矿硬岩在高地应力作用下储能特征的基础上,分析随着金属矿山开采深度的不断增加,诱导致裂矿岩非爆连续开采方法实现的可能性。实现非爆连续开采硬岩矿山有2个必要条件：一是高效能采掘设备,二是有发育的岩体节理等结构。高地应力矿区岩体开挖卸载后,应力重分布会造成岩体强度的弱化,不稳定块体增加及地下水渗流条件改善,为机械开采提供了有利条件。通过对开阳磷矿深部磷矿体进行的地质调查和对深部磷矿体矿开展的高应力硬岩矿山非爆开采试验,进一步论证高应力诱导致裂硬岩的可行性。通过诱导工程和测试诱导巷道的松动圈范围,证明卸荷作用下岩体的节理、裂隙迅速扩展,诱导巷道的松动圈范围超出爆破松动区范围;松动圈内矿体可实现高效率机械化开采,从而实现硬岩矿山的非爆连续开采;比较独头掘进和开挖诱导巷道下多自由面掘进的效果,诱导致裂条件下开采效率得到显著提升,而且还改善了块度分布。     

不同围压下软岩巷道全长锚固支护优化研究

以淮南矿区丁集矿西三采区地质条件为背景,采用FLAC3D计算软件对深井软岩巷道全长锚固支护条件下围岩稳定性进行模拟计算,获得不同围岩应力和支护强度作用下巷道围岩稳定性影响规律。得知,随着围岩应力环境增大,巷道顶帮下沉量和底板底鼓量增大,巷道顶底板变形位围岩移量变化趋势与巷道两帮变形趋势基本一致,在10 MPa围岩环境中,锚杆支护排距以800 mm×800 mm较优。研究结果可为深埋回采巷道锚杆支护的设计与施工提供了一定的参考。     

超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术

为解决超千米深井巷道支护难题,以新汶矿区深井巷道为工程背景,分析深部矿井地应力、围岩强度与结构等地质力学参数分布特征,超千米深井巷道围岩、支护体变形及破坏状况。采用UDEC数值模拟软件,研究不同支护方式与参数下超千米深井岩巷围岩变形、破坏特征与支护作用。基于实测与数值模拟研究结果,确定新汶华丰矿-1180回风大巷采用全断面高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合支护加固方式。详细介绍-1180回风大巷支护井下试验,包括支护参数设计、支护材料、底板注浆锚索施工工艺及矿压监测结果。通过分析围岩位移、顶板离层及锚杆、锚索受力监测数据,评价回风大巷支护效果。井下试验表明:高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合加固技术,能够有效控制超千米深井岩巷大变形,保持围岩长期稳定。最后,针对井下试验中存在的问题,提出改进意见。     

深埋隧道锚岩体力学参数综合取值研究

深埋岩石工程勘察设计阶段中岩体原位试验工作困难,针对深埋复杂岩体力学参数选取问题,提出在岩体地质分析基础上,综合原位试验和Hoek-Brown准则的岩体力学参数取值方法。该方法首先依据勘探成果分析岩体地质特征,对工程区岩体进行分类,应用Hoek-Brown准则确定各类岩体力学参数并采用经验参数核对校正,确定设计阶段岩体力学参数。最终根据施工开挖揭示地质信息和原位试验,校正设计阶段岩体力学参数。该方法应用于川藏高速公路泸定大渡河特大桥隧道锚区域蚀变二长花岗岩岩体力学参数确定,实例分析表明:岩体原位试验成果离散性大,试验成果难以代表大范围复杂岩体力学参数;Hoek-Brown准则估算岩体内摩擦角与原位试验基本一致,黏聚力则偏高较多,需要采用经验参数校正;复杂岩体力学参数的选取,需在地质分析基础上综合采用各种方法相互验证。     

深部煤巷底臌控制机制及应用研究

 以徐州矿区发生非线性大变形破坏现象的深部煤巷围岩结构体为研究对象,从围岩3个部位相互作用的角度提出有效控制底臌的新方法。通过对围岩物理力学性能的测试、理论分析、数值模拟、现场试验的研究,得出采用锚网索耦合支护技术控制底臌的力学作用机制：利用关键部位施加锚索,减小顶板松动岩体通过两帮传递到底板上的压力,有效减小底臌量;利用锚网注浆增加两帮岩体强度及减小收缩量,限制两帮对底板两侧形成的固定约束向深处转移,以减小发生底臌的底板宽度;对底角施加刚性锚杆及注浆,分解来自两帮的挤压应力,提高底角抵抗剪切滑移破坏的强度,控制底臌。在该原理下提出控制设计,运用到夹河煤矿－850 m水平煤巷,监测结果表明：基于技术原理下的支护设计可以有效控制深部煤巷大变形和底臌的发生。