弓长岭井下矿采准巷道破坏形式及其支护技术研究

弓长岭井下矿中央区开采急倾斜中厚矿体,随着采深的增大,采准工程出现地压显现的部位增多、规模逐渐增大,进入-280m 中段开采后,采准工程的塌冒已经严重影响生产的正常进行.经过调查巷道发生破坏的部位与破坏区岩性变化,查明上盘楔形体围岩的附加力作用是引发回采巷道大规模破坏的主要原因,为此提出卸压开采方案,即在高应力区先回采上分段沿脉进路,为下分段卸掉垂直压力后,再掘进下分段沿脉进路.此外,根据巷道破坏过程与地压显现形式,分析了现用工字钢金属架支护方法的不适应性,提出根据岩性与地应力大小选择树脂锚杆、喷锚网联合支护的改进方案.初步试验表明,改进方案可有效解决上盘沿脉巷道的塌冒难题,并可较好地适应弓长岭井下矿深部矿岩条件,不失为弓矿实用技术.     

无底柱分段崩落采矿法开采深埋软破缓倾斜矿体采场地压显现规律

针对小官庄铁矿西区的地质和采矿条件,分别采用采场地压的宏观调查、巷道变形收敛量测、三维弹塑性有限元分析和三维光弹性试验等手段,揭示了用无底柱分段崩落法开采小官庄铁矿西区深埋,软弱破碎围岩和缓倾斜矿体采场地压显现规律。采场地压的显现具有明显的分区分带特征,不同区带中的地压活动程度有很大差异,采场地爪显现具有动态特征。最后指出了影响采场地压显现的重要因素。在—260m水平开采中,采取了相应的措施,有效地控制了地压,获得了巨大成功。     

金川二矿区深部工程地质研究与岩体质量评价

金川矿区1#矿体是金川矿区主要矿体,也是二矿区二期开采的矿体.由于矿体埋藏深而地压大,矿区地应力高,岩体节理裂隙发育,围岩稳定性极差.随开采延深、采场面积扩大,采场地压控制和巷道稳定性维护是二期开采中的关键技术问题,为了探索最佳采场地压控制措施和巷道支护技术,进行二期采场系统分析与参数优化,工程地质研究与岩体质量评价是深部开采的基础.为此,金川矿区对此进行了深入研究.首先,开展了深部工程围岩的现场调查、分析与研究,在此基础上,进行工程围岩分类和质量评价.     

构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制研究

 冲击地压是煤矿开采中因采动或动载诱发煤岩体变形能剧烈释放,并伴随地下采掘空间煤岩体突然、急剧和猛烈破坏的现象。随着煤矿开采深度和开采强度的持续增加,地下开采面临的构造地质条件日趋复杂,我国越来越多的煤矿开始出现冲击地压现象,破坏性冲击地压频繁发生且日益严重。冲击地压的孕育和显现是构造特征和地层特征在采掘动态平衡过程中能量稳定态积聚及非稳定态释放的结果,是煤岩体性质、地质特征和开采技术条件的综合反映,同时该问题具有明显的时空演化特征。 义马矿区是冲击地压的高发矿区,且冲击地压多发生在回采巷道,巷道冲击地压的本质是巷道围岩在高应力作用下的突然失稳、变形和破坏。向斜构造应力、断层构造应力、上覆巨厚砾岩局部离层断裂垮落造成巷道的非均匀应力和开采扰动是义马矿区回采巷道冲击地压发生的主要影响因素。运用现场调研、相似模拟试验、数值计算和现场工业性试验相结合的方法,深入研究构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制及防治技术。主要工作与创新点如下： (1) 针对义马矿区11个典型工作面发生的89次冲击事件进行统计分析,得出了义马矿区冲击地压以回采巷道冲击地压为主,冲击引起的回采巷道变形破坏以底鼓为主。 (2) 设计了具有义马矿区向斜、断层和巨厚砾岩地质特征的相似模拟试验,并采用数字散斑全位移场监测、应力场监测和能量场监测,研究了采动影响下距工作面不同距离和距断层不同距离回采巷道围岩冲击特性及失稳变形破坏特点,并分析了巨厚砾岩离层断裂时巷道围岩变化规律和断层滑移活化时巷道围岩变化规律。 (3) 建立了具有向斜、断层和巨厚砾岩特征的数值模型,研究了采动影响向斜作用下巷道围岩冲击特性(巷道围岩的应力场、能量场、位移场和塑性区(三场一区)是巷道围岩冲击特性的表现形式),对比分析了向斜轴部和翼部回采巷道围岩冲击特性异同;研究了采动影响断层作用下巷道围岩冲击特性,对比分析了断层下盘和上盘回采巷道围岩冲击特性异同;研究了采动影响巨厚砾岩作用下回采巷道围岩冲击特性,从不同砾岩厚度条件下对比分析回采巷道围岩冲击特性;研究了采动影响构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道围岩冲击特性,对同时间不同地点距工作面不同距离回采巷道围岩冲击特性、同地点不同时间距工作面不同距离回采巷道围岩冲击特性和距断层不同距离回采巷道围岩冲击特性分别进行详细分析。 (4) 提出了构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制、义马矿区回采巷道冲击地压综合防治体系和具体防治措施,并对回采巷道强力柔性支护体系、U型钢联合支护体系和锚杆支护体系进行评价总结,依据应用实践得到的回采巷道冲击地压前兆规律,得出强力柔性支护体系在防冲巷道支护中对巷道围岩应力场、能量场和位移场的关键控制作用明显优于U型钢联合支护体系和锚杆支护体系,且可以很好地适应并控制巷道围岩变形,对构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压防治起到积极且显著的作用。     

鲁中矿区破碎矿体开采地压测试及支护技术研究

 鲁中矿区地质条件复杂,地下裂隙水发育,矿体破碎难以安全采出。采场地压表现为在自重应力作用下,顶板出现拉应力破坏,导致顶板冒落。针对这种情况,开展采场地压规律的动态监测。应用钻孔应变计测量采场地应力变化,采用电子数显式收敛计量测围岩变形,得出采场巷道地压变化的一般规律,为矿山今后选择合理的开采方案和地压控制措施提供科学依据。     

近距离煤层采区巷道地压显现特点

实践表明,采区巷道的地压显现是受岩石物理力学性质、开采深度、煤层倾角、地质构造、巷道位置、开采程序和支护方式影响的。本文以近距离煤层采区巷道地压实测资料为依据,揭示了巷道地压显现规律,阐明了合理巷道布置问题和改善巷道维护的措施。     

桓仁铅锌矿隔离矿柱留设方案模拟研究

桓仁铅锌矿地表不允许崩落。由于诸多因素,在矿井下形成了大量的采空区,而采空区的下部还赋存大量矿体急需开采。为了避免采空区塌陷引起的冲击地压带来的安全隐患,满足矿山生产需要,采用留设隔离矿柱方法来隔离上部采空区,避免冲击地压作用。应用FLAC^3D程序,通过研究隔离矿柱留设位置、隔离矿柱厚度等因素,分析了留设隔离矿柱对整个采空区应力分布的影响及矿柱自身稳定程度。研究表明,在向阳坑-630水平留设14 m厚的隔离矿柱可以有效缓解应力集中程度及分散地压分布,继而能够保证后续深部矿体安全高效开采。     

近距巷道平行开挖合理错距研究

矿井下运输巷道是矿业生产的重要通道。文中针对极松软地层近距双水平巷道掘进问题,以内蒙古上海庙矿区为工程背景,依据工程区地应力场的实测结果及岩石力学实验参数,运用FLAC^3D三维数值分析计算软件对开拓巷道的合理错距进行了数值模拟研究。通过分析巷道周边应力分布、塑性区变化、位移速率矢量场方向变化以及监测位移数据变化,研究了巷道在分步开挖过程中,不同的开挖错距对已开拓巷道监测端面的影响。结果表明在极松软地质条件下,巷道围岩周边高应力区分布范围较大,新开拓的巷道会对相邻已开拓巷道周边的应力、塑性破坏区及位移速率矢量场产生影响,双近距水平巷道合理开拓错距宜保持在50 m以上。     

金属矿山底部结构巷道群开挖扰动稳定性分析

为了研究开挖顺序和布置形式对底部结构巷道群稳定性的影响,借用三维FLAC^3D数值计算软件,结合大冶铁矿-180 m阶段底部出矿结构巷道群的工程实例,分析了交叉型巷道群围岩由于不同的开挖顺序而产生不同的应力状态、位移变形以及塑性屈服变化特征;对比了不同布置形式的底部结构在开挖影响下的稳定性.结果表明:交叉型巷道的应力、变形分布与开挖扰动的顺序和布置形式相关,开挖顺序和布置形式不同,巷道围岩的应力、位移变化程度有明显的差别;交替式开挖顺序对底部结构巷道群围岩的扰动程度最小;对称布置的底部结构在施工形成过程中表现的稳定性更高;依据上述研究结论,指导了大冶铁矿底部结构设计和施工顺序,同时对类似矿山具有借鉴意义.     

基于突变理论的矿山转采隔离顶柱稳定性分析

以高陡边坡下露天转地下开采过程中隔离顶柱安全厚度的留设为背景,建立了基于突变理论的隔离顶柱稳定性强度折减法,通过FLAC^3D有限差分软件不断折减隔离顶柱强度参数,得到不同折减系数下隔离顶柱的最大竖向位移,建立其竖向位移与折减系数的尖点突变模型,并以此作为隔离顶柱是否失稳的判据,得到了隔离顶柱安全系数与其厚度之间的对数拟合函数,发现隔离顶柱的安全系数随厚度的减小而降低,且在顶柱厚度较小时,隔离顶柱的安全系数劣化加剧。     

沿空送巷煤柱在锚杆支护下的稳定性研究

为了在提高煤炭资源采出率的同时保证巷道的稳定性,提出在陈四楼煤矿2216工作面二2煤层采用留小煤柱沿空送巷技术。本文通过平面应变模型试验和FLAC^3D数值模拟计算,分析了在锚杆支护下不同宽度煤柱的破坏状态、应力分布及巷道围岩变形等因素,进而确定沿空送巷的合理煤柱宽度。研究表明,留设煤柱是沿空送巷围岩的一个重要承载结构,选择5 m煤柱作为窄煤柱护巷能够保证巷道的使用安全并具有相对较高的采出率,而帮锚采用全锚支护能够使锚杆的支护效应得到更为充分的发挥。     

Elastoplastic stability analysis of mine haulage drift in the vicinity of mined stopes

This paper is focused on the interaction between the haulage drift and nearby mining activity related to sublevel stoping method with delayed backfill, one of the most popular mining methods in Canadian underground metal mines. The stability of the haulage drift is examined through a detailed parametric study of a nonlinear, elastoplastic, two-dimensional finite element model representing typical mining layout most commonly adopted in Canadian underground metal mines. The model parametric study examines the influence of critical factors such as the stope mining sequence, mining depth and the distance between the stope and the haulage drift. Stability indicators are defined in terms of displacement, stress and the extent of yield zones, which serve as a basis for assessing the effect of different parameters on the stability of the haulage drift. The model parametric study demonstrates that stope mining causes a footwall lateral shift of the entire drift. The severity of such shift is increased with shorter distance between the stope and haulage drift. Of all mining excavations examined, same-level mining appears to be the most critical. It is also found that more stress relaxation zones and yield zones develop around the haulage drift as the mining depth increases and as distance between haulage drift and the stope decreases.     

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。     

深部厚煤层综放沿空掘巷煤柱合理宽度试验研究

 煤柱合理宽度的确定是影响综放沿空掘巷围岩稳定性的重要因素。以深部厚煤层综放沿空掘巷赵楼煤矿11302工作面轨道巷为工程背景,首次提出一种新型侧向支承压力监测方法,通过现场应力监测和数值模拟相结合的研究方法确定区段煤柱合理留设宽度。现场应力监测与数值模拟结果显示,采空区侧向支承压力影响范围为50～56 m,低应力区宽度为12～15 m,考虑沿空巷道应处于应力降低区内,煤柱留设宽度不应大于7～10 m;同时,从有利于锚杆锚固出发,煤柱宽度不应小于4 m。综合考虑煤柱稳定性、次生灾害控制及煤炭资源回收等因素,最终确定煤柱留设宽度为5 m。采用大型地质力学模型试验与现场试验对煤柱宽度合理性进行验证,结果表明,巷道表面位移均呈现沿空帮＞顶板＞实体帮＞底板的变化趋势,掘巷稳定后,现场实测顶底板移近量最大为271 mm,两帮移近量最大为359 mm,巷道围岩控制效果较好;同时,锚杆、锚索受力均在其屈服范围内,并为回采期间预留充足的余量。研究结果可为类似开采条件下的区段煤柱宽度确定提供参考依据。     

极近距离煤层回采巷道合理位置确定方法探讨

运用数值模拟分析方法,研究煤柱支承压力在底板的分布规律.研究结果表明,煤柱底板的应力分布具有明显的非均匀分布特征,应力集中程度最高地方在煤柱下,向采空区发展则应力集中程度迅速降低;分析非均匀荷载状态下巷道易于变形和破坏的原因,得出在非均匀的荷载作用下,巷道支护体结构更易出现局部过载,产生局部破坏,最终可能导致支护体结构失稳.指出在布置下部煤层回采巷道中,除避开煤柱支承压力增高区外,还应考虑煤柱下底板应力分布状态非均匀性的影响,应力分布状态的非均匀分布特征可用应力改变率衡量.提出采用应力改变率确定极近距离下部煤层回采巷道的合理位置方法,并通过现场实践证明该方法可行.研究结果对类似条件下巷道合理布置具有一定指导意义.     

基于经验方法的铁矿深井围岩岩爆倾向性预测

岩爆是深埋工程建设面临的关键技术难题,岩爆风险的准确预测与评估至关重要。深埋矿山岩爆风险主要取决于围岩应力水平和围岩强度之间的矛盾,岩体条件(岩性、岩石强度、岩体完整程度)是岩爆发生的物质基础,是否产生岩爆和岩爆风险程度则主要取决于围岩应力水平和状态。某铁矿深井巷道群规模大、布置方案复杂,最大埋深达到接近2 300 m,文中采用FLAC^3D软件平台编制了基于经验方法的通用性岩爆倾向性预测分析程序,评估了不同深度铁矿深井巷道群围岩的应力型破坏风险,并给出支护措施建议。研究所采用的分析技术和成果在国内具有一定首创性,特别适用于满足工程前期对地下洞室群围岩岩爆风险实现快速评估的现实需求。     

含水裂隙岩体本构模型及数值模型理论研究

基于莫尔-库仑模型,结合含水裂隙岩体的本构关系及演化方程,在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用,得到了含水裂隙岩体的数值模型。通过一个简单数值模拟实验,验证程序的适用性和有效性,并得出采用莫尔-库仑模型模拟出的结果比含水裂隙岩体本构模型的结果要偏于保守。将含水裂隙岩体的本构模型应用于一实际巷道的开挖围岩稳定分析中,其计算结果与现场监测的数据较吻合,再次验证了该含水裂隙岩体数值本构模型的正确性,可用于含水裂隙岩体巷道的稳定性分析。     

花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。     

黄河冲积地层深基坑支护优化及应用研究

黄河冲积地层的土体软弱、稳定性差、基坑支护困难,施工风险高,极易诱发恶性工程事故。本文以济南省会文化艺术中心大厦深基坑为工程背景,采用现场监测数据分析、统计建模和FLAC^3D数值模拟相结合的方法进行模型优化和辩识参数。以支护桩体水平位移为基坑变形稳定性评价指标,讨论了支护桩插入比、支护桩刚度、锚索预应力等因素对该指标的影响,进而提出了适合于济南市冲积层深基坑支护的合理参数。确保了济南省会文化艺术中心大厦深基坑施工的安全、优质;为同类地层深基坑支护提供了支护设计经验和参考。