自稳隐形拱理论在软岩巷道围岩控制中的应用

 针对软岩巷道围岩的变形破坏特点及岩体的自稳现象,提出了“极限自稳隐形拱”的概念,并给出了自稳隐形拱的椭圆曲线方程,阐明了巷道顶板稳定性控制的重要性,揭示了巷道围岩的控制对象为自稳隐形拱内的危害岩体,明确支护控制的目的是缩小自稳隐形拱,并控制危害岩体的稳定性。通过在裴沟-300轨道大巷的支护实践,为软岩巷道支护控制提供了新的依据。     

自稳隐形拱的研究与应用

根据巷道顶板的受力状况,提出了巷道顶板的“自稳隐形拱”概念,并利用大型软件FLAC对开挖后的巷道进行了数值模拟,推导出了自稳隐形拱与极限自稳隐形拱的曲线方程。通过改变巷道断面形状、加帮部锚杆和顶板锚杆,可以改变自稳隐形拱和极限自稳隐形拱的曲线位置,为支护设计提供了依据。     

山阳煤矿基于自稳隐形拱理论的切眼支护设计研究

综采工作面切眼用来安装综采支架、刮板输送机、采煤机等设备并从此开始回采,要求切眼的跨度较大、安全可靠。通过分析山阳煤矿1507工作面切眼的地质条件,以自稳隐形拱理论为基础,应用“自稳隐形拱最大高度公式”确定顶锚杆长度、应用“极限自稳隐形拱最大高度公式”确定锚索长度、应用“锚入岩层内深度公式”确定锚索锚固长度,并运用其原理对矩形巷道进行了改进,设计了导硐法掘进的刚柔双层网支护的圆弧角矩形切眼。同时在施工中设置了顶板观测站,监测巷道表面收敛量、顶板离层量及锚杆工作荷载等指标指导施工。从其支护效果和支护方案的合理性方面看,成功实现了切眼可靠支护和安全使用。可为类似条件矿井提供借鉴。     

巷道围岩支护的极限自稳平衡拱理论

根据巷道围岩垮落过程的自稳平衡现象,提出了巷道围岩极限自稳平衡拱概念,按照顶板围岩冒落区的拉破坏原则和无拉应力条件,给出了极限自稳平衡拱的椭圆曲线方程。考虑巷道两帮破坏区对顶板稳定性的影响,提出了巷道围岩的极限自稳平衡拱理论,揭示了巷道围岩的控制对象为自稳平衡拱内的岩体。基于巷道"底板-两帮-顶板"相互影响,巷道支护应当按照极限自稳平衡圈进行设计。结合大量的实践总结,提出了巷道支护要重视两帮和底板的原则,为软岩巷道支护理论与实践提供了新的借鉴。     

车集煤矿高应力复合顶板煤巷安全支护技术探析

巷道关键层是位于巷道顶板上方一定层位,巷道开挖后即使不支护情况下也能自稳的最下部的顶板岩层。车集煤矿煤层复合顶板厚度变化较大、应力较高,且掘进工作量大,煤层巷道的安全经济支护问题亟需解决。通过分析车集煤矿复合顶板巷道的破坏及不同顶板条件下的支护机理,运用悬吊理论和组合拱理论,分别对煤巷锚杆支护参数进行了设计计算,并最终确定了适合车集煤矿条件的煤巷锚杆支护参数。     

基于自稳隐形拱理论的强风化顶板支护研究

运用FLAC有限差分法程序,针对凉水井煤矿3-1煤穿越风化带煤巷掘进,分析研究煤巷顶板在有无夹芯(火烧岩)条件下围岩应力场的分布情况,应用自稳隐形拱理论,将岩体承载能力的界限划进锚索锚固范围内,变架棚支护为主动支护,优化支护参数,为复杂层状顶板巷道的支护提供一定的借鉴,具有一定的工程指导意义。     

基于自稳隐形拱理论的高地应力软岩巷道支护

基于自稳隐形拱原理的高地应力软岩巷道支护设计是在围岩具有自承能力的基础上,通过对巷道围岩的应力进行分析,找出拉、压应力的分界线。并得出了极限自稳隐形拱是地下巷道围岩可能失稳的最大区域边界。本文运用FLAC3D数值模拟计算方法对巷道进行了分析研究,验证了自稳隐形拱与极限自稳隐形拱的曲线方程,提出了合理巷道断面+爆破最佳位置+锚网索的支护方案。现场施工监测表明,该设计方案可以有效控制该类围岩的稳定。     

基于自稳隐形拱原理的锚杆支护设计

基于自稳隐形拱原理的锚杆支护设计，是在总结锚杆加固围岩机理的基础上，第一次将岩体承载能力的界限划进了屈服范围内，认为锚杆支护的主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，最大限度地保持围岩完整性，避免有害变形出现，并提出了极限自稳隐形拱是地下巷道围岩可能失稳的最大区间边界。本文运用有限差分法程序FLAC2D对其进行了分析研究，推导出了自稳隐形拱与极限自稳隐形拱的曲线方程，为巷道的锚杆支护技术提供了参考和借鉴，对工程实际具有重要的指导作用。     

基于自稳隐形拱理论和FLAC的巷道支护方案优化

以陕北榆阳煤矿2302运输巷道为背景,使用FLAC数值模拟软件和"自稳隐形拱"理论对其掘进断面和支护方案进行了优化,从而使之能够更有利于巷道的变形。设计了现场监测方案,并对部分监测结果进行了分析。结果表明:优化的巷道断面和支护方案合理可行,满足了该巷道的安全。     

袁大滩煤矿超长巷道补强支护技术实践

为优化超长距离薄煤层工作面巷道支护的实际应用方法,以袁大滩煤矿11203工作面为研究对象,通过地质调查、理论分析、现场实践等手段,分析巷道围岩自稳特征,得出极限自稳隐形拱和自稳隐形拱的高度,设计出相关补强支护参数,并进行现场验证。研究结果表明,根据极限自稳隐形拱和自稳隐形拱的最大高度,可确定出用锚杆锚索最低长度分别为2.5 m、8.3 m,并根据采动影响提出了补强支护的3种要素。通过现场实施情况可知,超长距离薄煤层工作面巷道补强支护加固了围岩的自稳性,巷道的围岩变形被控制在45 mm,取得了良好的支护效果。     

巷道顶板中的自稳隐形拱

根据巷道顶板的受力状况，首次提出巷道顶板中的“自稳隐形拱”概念，并根据这一观点，将顶板岩体划分为4类，即稳定岩体、挤压承载岩体、不稳定岩体和易冒落岩体，为支护设计提供依据。     

层状岩体巷道断面形状优选及支护方式研究

在层状岩体中施工巷道工程时,岩层倾角很大程度上决定了巷道的变形破坏特征,选择合理的巷道断面形状和支护方式对于维护巷道稳定至关重要.采用数值模拟方法系统地研究了层状岩体巷道在不同岩层倾角下的破坏模式,并结合压力平衡拱理论确定了层状岩体巷道断面形状的优选原则,继而提出了相应的支护方式.研究结果表明,在岩层倾角由水平逐渐变为陡立的过程中,巷道顶板的破坏模式也由对称的拱形冒落演变为非对称的楔形冒落,甚至是整体滑移破坏;基于压力平衡拱下巷道的自稳特性,对于顶板发生拱形冒落及整体滑移破坏的层状岩体巷道,推荐采用直墙拱形断面,对于楔形冒落的层状岩体巷道,推荐采用五边形断面;根据兰氏锚杆经验准则确定的支护参数一般适用于顶板发生拱形或楔形冒落的层状岩体巷道,当其用于顶板发生整体滑移失稳的层状岩体巷道时,可能会导致支护参数不够稳健.     

基于微震监测的掘进对巷道围岩稳定性影响规律

为了得到岩体破裂滑移对巷道围岩(煤柱、煤体及顶板)的影响,以山西潞宁煤矿22117风巷为研究背景,利用微震监测系统对潞宁煤矿22117风巷进行微震监测,得到围岩破裂的微震响应特征并对其进行分析.结合现场实际情况,利用FLAC~(3D)模拟软件建立三维模型,并进行数值模拟计算,对巷道掘进时顶板稳定性规律进行分析.结果表明:掘进对顶板影响表现为由巷道顶板-煤柱及其上方顶板-煤体及其上方顶板逐渐发展的一个过渡过程;巷道顶板受掘进直接影响的范围为距迎头32.6 m范围内;掘进动力扰动对后方煤柱顶板破裂的微震具有滞后效应,滞后范围约为93.3 m.     

基于自稳隐形拱理论的锚网索支护技术

基于自稳隐形拱理论的锚杆支护设计,在一般围岩巷道取得了良好的支护效果,但是针对软岩巷道大变形的特点,有必要对其应用进行深入研究.论文对基于自稳隐形拱理论在软岩巷道的应用进行了分析研究,提出了合理的支护方案.现场施工监测表明,该支护方案可以有效地增加锚杆的承载面,防止碎矸冒落,使软岩巷道围岩变形得到有效控制.     

小间距巷道上方掘进探索与实践

以铁煤集团晓南矿二水平SE1415专用回风道在下部巷道上方掘进实践为依据,对掘进工作面及下部巷道的地质情况进行阐述,介绍小间距巷道上方掘进的方法,重点讨论下部巷道顶板技术管理问题及掘进工作面底板、顶板管理。进而提出了对下部巷道顶板加打锚索,下部巷道内架设梯形金属棚加强支护,能够有效解决巷道上方的掘进工作面底板下陷安全问题,为小间距巷道上方掘进总结了宝贵的经验。     

高渗压下砂砾层巷道变形稳定性分析

为了获得高渗压对西部矿区中生代砂砾层巷道变形、稳定性的影响规律,通过理论分析与数值模拟的方法探讨了渗流作用下围岩变形特征及巷道失稳致灾的原因,得到了渗压影响下的巷道围岩变形解及塑性区半径解.分析结果表明:外部渗透压力与砂砾层巷道围岩的变形近似呈线性关系,高压渗流对巷道顶板及帮部的变形、稳定性影响较显著;围岩产生较大变形后难以形成自平衡拱,同时,顶部水头压力较高,进一步增加了顶板下沉量,从而导致顶板松散岩体滑移、垮落,产生冒顶灾害.     

锚拉支架维护散体顶板的机理研究

锚拉支架是维护散体顶板极为有效的途径.本文通过相似模拟试验对锚拉支架维护散体顶板进行了试验研究,量测了散体材料顶板内的水平挤压力和垂直压力.试验发现有两次成拱,特别是首次发现在巷道上方不远处有倒楔体受水平挤压而形成的挤压力拱带;并发现在支架状态下其位置相当于普氏拱的第一拱处应力连续,拱内垂直压力递减.由于两次成拱大大降低了支架上的荷载强度,使简单的锚拉支架既适用于难支护的巷道,也适用于不难支护的巷道,具有极大的经济意义.     

特厚煤层巷道锚杆锚索预紧力对支护结构稳定性的影响

以金地煤业特厚煤层为背景,通过FLAC~(3D)数值模拟与工程实测分析研究了预紧力对特厚煤层巷道支护结构稳定性的影响。研究表明:锚杆预紧力增加可有效减少顶板浅部围岩离层,锚索预紧力的增加可使顶板浅部孤立的组合梁与深部承载拱有效耦合,合理施加锚索预紧力可使锚杆组合梁的承载能力提高113.74%;对于特厚煤层巷道,锚杆预紧力合理取值为60 kN,锚索为150 kN;预紧力过小时无法在顶板上方形成稳定的拱-梁承载结构,过大时则容易造成锚杆、锚索失效或破坏,造成结构失稳。工程实测表明,合理的预紧力可使巷道支护结构稳定,支护效果良好。     

破碎顶板巷道掘进支护技术研究与应用

巷道在掘进期间顶板出现破碎现象时顶板岩石层胶结稳定性差,若不及时采取合理有效的支护措施,不仅降低了巷道掘进效率,而且很容易造成顶板大面积漏顶,甚至发生重大煤矿安全事故。在掘进巷道过断层破碎带时,采取"注浆+圆钢托架"联合支护方法对破碎顶板进行维护,取得了显著成效。     

破碎顶板条件下巷道掘进空顶距研究

为确定顶板破碎时的巷道掘进空顶距,提出了1种确定空顶距的试验方法,通过对巷道顶板采用特殊的支护方式,保证巷道顶板在短时间、小范围内处于自由状态,在此期间观察顶板表面变形及内部离层的情况,判断顶板稳定性,从而初步确定合理的掘进空顶距。根据设计的防护装置在建新矿4103工作面胶运顺槽进行了实践,并通过数值模拟验证一次掘进不同空顶距长度时巷道稳定性,最终得出巷道掘进空顶距合理数据,通过在建新矿的成功运用,大大提高了巷道掘进速度。