高应力破碎顶板煤巷控顶卸压和三锚支护技术

针对高应力破碎顶板煤巷中存在的支护问题，提出和分析了控顶卸压和三锚支护技术及其原理，并应用于陶阳煤矿高应力破碎顶板煤巷的支护实践，经过观测和对比，取得了较好的技术与经济效果，说明了控顶卸压和三锚支护技术能较好满足高应力破碎顶板煤巷的支护要求，为复杂条件下的煤巷支护提供了一个新途径。     

基于实测地应力的巷道围岩分类

地应力状态是影响工程稳定性的根本因素之一,也是地下工程设计和施工决策科学化的基础．为了使围岩分类更加科学、合理,根据地应力因素在围岩分类方法中的重要性,提出了包含地应力因素的围岩稳定性判据和应用实测地应力进行围岩分类的方法,并和围岩松动圈分类方法有机结合．结果表明,基于实测地应力的巷道围岩稳定综合分类表科学、简单,依据该表来设计支护参数更为方便、可靠．     

巷道围岩稳定性分类方法评述

巷道围岩分类指标的综合性和可靠性是评价围岩分类方法科学性和适用性的重要方面。分析和评述了围岩稳定性分类方法的现状，指出了今后重点研究的方向。     

基于实测地应力的巷道围岩分类

地应力状态是影响工程稳定性的根本因素之一，也是地下工程设计和施工决策科学化的基础．为了使围岩分类更加科学、合理，根据地应力因素在围岩分类方法中的重要性，提出了包含地应力因素的围岩稳定性判据和应用实测地应力进行围岩分类的方法，并和围岩松动圈分类方法有机结合．结果表明，基于实测地应力的巷道围岩稳定综合分类表科学、简单，依据该表来设计支护参数更为方便、可靠．     

软岩巷道围岩剪切滑移破坏机理及控制研究

利用滑移线场理论得到了均质弹塑性围岩发生剪切滑移破坏的滑移线场及包含破坏特征参数的极限载荷计算公式,讨论了围岩内摩擦角、黏聚力以及支护阻力对围岩承载力的影响。研究表明：深部巷道围岩受到开挖应力重分布的影响发生剪切破坏,形成明显的剪切滑移线。圆形巷道围岩破坏区滑移线场为两族仅有旋转方向不同,其他参数都相同且极点在巷道中心的斜交同心对数螺旋线。围岩内摩擦角、黏聚力以及地应力是影响巷道围岩发生剪切滑移破坏的主要影响因素,同时也是巷道稳定性控制的关键。最后根据研究成果对某矿副井发生大变形破坏的原因进行了分析,提出了以“阻剪抗滑”为技术核心的支护方案,收到了良好的效果。     

破裂围岩锚固体变形破坏特征试验研究

为了进一步揭示破裂围岩锚固体的承载机制,在自主研制的真三轴物理模拟试验系统的基础上,采用反复加卸载围压的方法预制破裂岩体,加锚后进行继续加载试验,研究破裂围岩锚固体以及锚杆的变形破坏特征。研究发现,随着锚杆预紧力的增加,锚固体变形模量随之增加,全应力–应变曲线呈现双峰特征。在锚杆预紧力较小的情况下,破裂围岩内部滑移块体主要沿原有裂隙面滑移,二次破坏较少发生且裂隙发育位置比较集中。在锚杆预紧力较大的情况下,滑移块体会发生二次破坏,破裂围岩锚固体新生裂隙倾角高、数量多且分布均匀。锚固体变形过程中锚杆控制角在空间以及时间上不断发展变化：锚杆压缩区在空间上为向围岩深部开口的喇叭形,其深度为1～1.5倍托盘直径;随着锚固体压缩变形,锚杆压缩区会发生二次甚至多次破裂。锚杆控制角在压缩区初次破裂时为50°～64°,在压缩区多次破裂后最终稳定为34°～56°。锚杆在破裂面附近受到两侧滑移块体剪切错动作用下处于压、张、剪复杂应力状态,弯曲变形严重,这反过来使破裂面两侧滑移块体出现一定程度的错动分离。     

深部隧道框架式真三轴物理试验系统研制与应用

为了研究深部隧(巷)道围岩稳定性机理与支护控制技术,以千米埋深为基本条件,考虑三轴六面恒压加载和数字照相量测先进技术的应用,研制了一套结构紧凑、特色鲜明的真三轴框架式大型物理模拟试验系统。该系统由模型加载反力框架、以扁油缸与真空回油为特色的液压加载控制系统、自行研制的数字照相变形量测与围岩应力测试系统和开挖支护辅助装置4部分组成,可用于长1000 mm×宽1000 mm×厚1000 mm的深部隧(巷)道大型物理相似模型试验研究。最后给出在深部矿山巷道围岩变形受力观测分析与围岩分区破裂化现象再现试验的应用实例。应用结果表明,本套试验系统对于研究包括矿山巷道、TBM隧道在内的深部隧(巷)道工程开挖与支护过程中围岩变形与应力分布规律及其稳定控制作用机理都具有重要价值。     

高应力破碎顶板煤巷控顶卸压和三锚支护技术

针对高应力破碎顶板煤巷中存在的支护问题 ,提出和分析了控顶卸压和三锚支护技术及其原理 ,并应用于陶阳煤矿高应力破碎顶板煤巷的支护实践 ,经过观测和对比 ,取得了较好的技术与经济效果 ,说明了控顶卸压和三锚支护技术能较好满足高应力破碎顶板煤巷的支护要求 ,为复杂条件下的煤巷支护提供了一个新途径     

基于损伤过程耦合的断层空间滞后突水分析

为了研究过断层破碎带空间上滞后突水问题,围岩变形破坏全过程应力-渗透耦合模型被应用于涌水及稳定性分析。试验获得的岩石渗透率-应变演化全过程曲线被进行三次样条插值平滑处理,得到不同岩性的流固耦合函数模型,并嵌入到COMSOL Multiphysics中进行计算。模拟结果表明:基于试验曲线的流固耦合模型计算得到的扰动范围更大,在断层外影响范围为25 m;巷道掘进过程中,工作面拱肩部位更易形成涌水;裂隙带对于巷道开挖过的影响范围为通过裂隙带前后40 m,过裂隙带后突水风险达到最大;滞后突水时间为1.2到2.5 d,并且与地层中应力场、渗流场分布有关。通过本文研究,利用试验曲线建立的渗流耦合模型获得了断层空间滞后突水机制,修正了滞后突水发生的可能位置和加固范围。     

深部原岩应力对巷道围岩破裂范围的影响规律研究

为研究煤矿深部原岩应力对巷道围岩破裂范围的影响规律,采用空心包体法在郓城千米埋深煤矿井底车场进行地应力实测,得到了煤矿深部原岩应力状态,并应用声波测试方法,测量得到了不同巷道帮部的围岩破裂范围。将原岩应力转化为与巷道帮部直墙面平行截面上的初始径向应力和初始剪切应力,研究不同初始应力状态下巷道围岩破裂范围发现：初始径向应力对深部围岩破裂范围影响较为显著,且初始径向应力越大破裂范围就越小;而初始剪切应力对围岩破裂范围的影响显著性较小。此外,实测结果还证实了围岩岩性和巷道断面大小是影响围岩破裂范围的重要因素。