地下水对盾构开挖面上方土拱效应影响的试验研究

针对地下水对盾构隧道开挖面上方土拱效应的影响,进行了干砂和饱和砂的对比模型试验。首先针对盾构施工过程和试验研究内容,设计了包括玻璃模型槽、隧道装置、数字照相量测装置的试验系统。之后通过试验获得了不同砂土粒径、不同埋深情况下,分别在干砂、饱和砂土层中支护力减小时开挖面上方土拱的形成过程。试验结果显示地下水的存在,减缓了土拱随开挖面位移的形成过程,在相同开挖面位移时,相对于干砂时地下水减小土拱高度的比例为10%~15%。同时,地表沉降的发展过程与开挖面上方土拱的形成过程具有对应关系,地下水的存在通过降低土拱高度从而减小了地面沉降。根据试验结果结合楔形体模型指出,需对上方棱柱体受到的侧土压力系数进行修正,由此体现地下水对开挖面上方土拱效应的影响。     

倾斜煤层动压巷道围岩应力分布规律的数值分析

针对倾斜煤层巷道围岩应力分布规律问题,建立了不同岩层倾角的数值计算模型,计算分析了倾斜煤层在动压作用下的围岩应力变化过程。通过对计算结果的分析,得知在岩层倾角为30°~40°时,围岩集中应力区域向两帮顶角区域转移;50°~60°时,向下帮底角区域转移;70°~80°时,转移至下帮顶角区域;同时由40°开始,围岩开始显现较强的不对称性,并随岩层倾角的增大快速增大。在动压作用下,围岩不同位置处的应力随动压的增大近似同比例增大;当岩层倾角在10°~50°时,应力提高率处于0.5~2.3;50°~80°时,基本处于0.5左右。针对围岩应力分布的不对称系数分析得知,岩层倾角越大,不对称系数越大;在岩层倾角为30°~80°时,不对称系数在动压作用下基本保持不变,说明在动压作用下围岩应力会持续处于不对称状态。     

基于围岩渐进破坏的深部巷道承载结构演化分析

针对深部巷道的变形特点,提出采用围岩渐进破坏的计算方法进行研究,通过对ANSYS进行二次开发,编制了基于围岩渐进破坏的有限元计算程序,然后根据平煤四矿地质资料建立模型进行计算分析。获得了有支护和无支护情况下顶板应力的变化过程,并结合帮部综合分析了围岩承载结构的演化规律。计算结果显示:围岩承载结构的演化具有明显的持续性和阶段性特征,无支护时可划分为调整变化阶段、稳定变化阶段和加速变化阶段,有支护时加速变化阶段转化为稳定阶段,帮部是承载结构演化的关键部位。由此说明:对深部巷道的支护需运用动态过程性原理对支护施工进行优化,并且注意对关键部位加强支护,从而实现深部巷道的长期稳定。     

大阳煤矿综放回采巷道采动影响变形规律研究

根据大阳煤矿综放面布置的具体条件,采用现场实测的方法,对综放回采巷道在回采过程中的围岩表面和内部变形进行了实测研究,得出了巷道围岩在回采期间的变形规律,有助于改善回采巷道的维护和煤矿安全生产。     

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。     

深部巷道不同支护形式的对比计算分析

为获得深部巷道的合理支护方法, 针对平煤四矿深部巷道, 采用ANSYS软件, 对被动支护、底板开放式锚杆组合拱支护、全断面预应力锚杆支护、关键部位加强支护等不同支护形式进行了对比计算分析。计算结果显示, 支护阻力大于0.2 MPa之后对巷道变形的控制作用较小, 仅通过提高被动支护阻力难以控制巷道变形; 与底板开放式锚杆支护相比较, 全断面预应力锚杆支护可显著减小巷道变形, 利于围岩承载结构的形成; 关键部位锚索支护可减小围岩应力集中程度, 同时使深部围岩承担荷载, 提高浅部围岩稳定性。综合分析得知, 对于深部巷道需采用强化支护结构强度、调动围岩承载能力、关键部位加强支护、全断面预应力锚杆支护等手段。     

大直径穿层递进埋管瓦斯抽放技术

针对平煤天安股份公司十二矿己14-31010保护层工作面开采过程中瓦斯涌出的工程难题,首先结合瓦斯和地质条件,针对上保护层在开采过程中会出现的瓦斯超限情况,提出大直径穿层递进埋管抽采技术。之后对抽采下的采空区瓦斯运移情况进行了数值计算分析,从而确定合理的埋管间距为40 m,抽放管径为300 mm。最后给出了具体的大直径穿层递进埋管抽采方案,并在现场进行了实施。监测数据显示,开采过程中抽放瓦斯纯量为29.1~35.3 m3/min,瓦斯平均浓度为13.7%,上隅角瓦斯平均浓度维持在0.51%,未出现瓦斯超限情况。由此说明,大直径穿层递进埋管抽采技术可合理解决保护层工作面开采过程中的瓦斯涌出难题。     

高应力集中区返修巷道支护实践

文章在总结新峰矿务局二矿二级集中下山变形、破坏特征的基础上,运用数值计算分析了巷道的破坏机理,提出了有针对性的返修支护方案。通过井下实践及支护监测表明锚注联合支护能有效控制围岩的变形,是一种比较理想的高应力集中区返修巷道支护形式。     

盾构施工对孔压扰动的三维流固耦合分析

如何对盾构施工过程中的孔压监测数据进行实时分析是工程实践中的难点问题。结合上海虹桥迎宾三路隧道工程,首先建立了包括各种盾构施工参数影响的分析模型,并将不同施工参数情况下超孔压计算结果与实测值进行了对比,验证了模型的合理性。之后分析了开挖面推力、注浆压力、掘进速度、开挖面水头、隧道埋深以及土体渗透系数等参数对隧道周围最大超孔压的影响,获得了最大超孔压拟合计算公式,与现场实测和解析解的对比说明三维流固耦合计算可更合理分析盾构施工对孔压的扰动。同时,较大的超孔压值对应于较大的地表沉降,因此可将实测孔压值与数值计算结果进行对比,从而进行施工参数的调整。在上海虹桥迎宾三路隧道工程试验段的施工过程中,现场监测数据表明可根据孔压监测值调整施工参数,最终减小地面沉降。