深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律研究

针对深部大断面硐室围岩变形机理复杂的难题,以葛亭煤矿230采区扩容泵房的地质条件为背景,运用FLAC3D数值模拟软件分析了采动过程中深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律。研究表明:硐室开挖后水平应力主要集中在巷道的顶底板部位,而在拱角和巷帮位置处垂直应力集中现象比较明显;在掘进面后方,巷帮处的水平应力及顶底板处的垂直应力逐步向硐室方向释放,且随着时间的增加,降低的程度及范围进一步加大,但降低梯度逐渐变缓最后趋于稳定。     

深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律研究

针对深部大断面硐室围岩变形机理复杂的难题,以葛亭煤矿230采区扩容泵房的地质条件为背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了采动过程中深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律。研究表明:硐室开挖后水平应力主要集中在巷道的顶底板部位,而在拱角和巷帮位置处垂直应力集中现象比较明显;在掘进面后方,巷帮处的水平应力及顶底板处的垂直应力逐步向硐室方向释放,且随着时间的增加,降低的程度及范围进一步加大,但降低梯度逐渐变缓最后趋于稳定。     

深部硐室群破坏机理及其稳定性控制

煤矿开采进入深部以后,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,给深部硐室群工程稳定性控制带来很大难度.通过现场调查、室内试验和数值模拟等手段分析深部硐室群破坏机理,得出高地应力、膨胀型粘土矿物、工程偏应力集中及开挖顺序不合理是深部硐室群变形破坏的主要原因.并利用集约化设计优化硐室结构,消除硐室空间效应,降低工程偏应力对稳定性的影响.通过数值模拟得到最优施工顺序,选择最优应力路径,降低硐室开挖彼此间的扰动影响.针对高地应力和高膨胀力,采用锚网索加立体桁架耦合支护技术控制围岩稳定性.该研究可为煤矿深部硐室群工程稳定控制提供借鉴.     

构造复杂区硐室群围岩失稳机理及控制技术研究

为了得出构造复杂区硐室群围岩稳定性特征及控制对策,本文以裴沟煤矿42采区泵房硐室群为研究对象,利用地质雷达与钻孔窥视仪探测硐室群围岩松动圈发育情况,运用数值模拟软件FLAC分析了水平构造应力对巷道围岩塑性区分布的影响,以及硐室群结构特点对其自身围岩稳定性影响。在此基础上,针对42采区硐室群围岩岩性特点,提出棚索协同支护与锚网索控底技术,现场工业性试验结果表明,在采用合理支护方案后硐室群维护效果理想。     

深部高应力硐室群围岩应力分布及破坏特征模拟研究

以潞安集团李村煤矿为研究背景,在地质力学测试的基础上,采用FLAC~(3D)软件对深部高应力条件下硐室群的开挖进行数值模拟研究,分析围岩应力分布和破坏特征。结果表明:硐室群的开挖及相互扰动引起围岩应力集中和变形破坏,最终使得围岩局部失稳,处于亚稳定状态;煤岩体强度提高后,开挖造成的应力集中范围缩小,有效减弱各硐室之间的相互扰动,有利于维护硐室群的稳定性。现场试验表明采用合理的支护及加固技术能有效解决围岩变形控制的难题。     

不支护情况下不同断面尺寸硐室围岩稳定性数值模拟研究

以许疃煤矿3_238风巷地质条件为背景,运用FLAC3D数值模拟方法,分析该风巷不同断面尺寸硐室在硐室开挖后,在没有支护情况下的断面尺寸对硐室围岩稳定性的影响。研究表明:随着硐室断面尺寸的增大,围岩垂直应力峰值增大,且峰值位置不断向围岩深部转移;更大范围的围岩通过硐室开挖来释放应力,硐室两帮水平应力回升至原岩应力所需的距离越远。塑性区变化,主要发生在硐室上下方。在距围岩表面4 m深以内,顶底板围岩位移差异明显;帮部围岩位移则随深度增加,越发明显。     

用数值模拟法选择深部采空区下大断面硐室位置

冀中能源股份公司邢东矿矿井采深大,-980水平下山采区深部的开采深度已超过1 200 m,地质条件复杂,断层构造带多,围岩压力大,巷道(硐室)支护、维护困难。深部采区排水系统(大断面硐室群)布置在工作面采空区下方,采用数值模拟的方法,使其位于采空区底板的应力降低区,围岩变形量在可控范围内,保证了排水系统的安全使用,为深部开采大断面泵房硐室的布置提供了新的思路与参考。     

深部高应力立井连接硐室群围岩稳定控制与支护技术

针对深部高应力立井连接硐室群围岩稳定控制和支护中出现的问题,通过硐室围岩调查取样并进行室内物理力学试验,基于Hoek-Brown强度准则选取了深立井硐室群围岩计算参数,利用GTS对硐室群开挖过程中围岩位移场和应力场分别进行了数值模拟分析,提出优化的支护设计方案。通过围岩表面收敛监测,确定了围岩滞后注浆的最佳时间,围岩变形和支护结构受力的实测验证了支护的可行性,满足了生产需要。     

深部超大断面硐室群围岩变形破裂演化规律试验研究

深部超大断面硐室群因初始地应力高、断面尺寸大、硐室间距小等原因,控制难度很大。本文采用相似材料试验方法,以龙固煤矿井下煤矸分离系统硐室群为背景,设置3条超大断面硐室,利用数字散斑测试系统、声发射监测技术、应力监测系统等进行综合监测,得到深部超大断面硐室群围岩变形破裂演化规律。结果表明:单一超大断面硐室开挖后围岩整体变形较小且呈对称分布,裂隙发育较少;相邻硐室开挖导致围岩变形呈非对称性,裂隙发育明显增多。上部硐室开挖后其围岩变形以底鼓和两帮收敛为主,下部硐室围岩应力集中和变形均有较大幅度减小,即对下部围岩应力集中起卸载作用,有条件时硐室群应优选"品"字形布置以有利于维护。硐室群开挖前后锚杆受力变化与围岩应力、变形近似呈正相关关系,不同部位受力差别较大,应根据硐室群不同部位特点针对性设计支护参数。本研究揭示了深部超大断面硐室群围岩破裂演化规律,可为其围岩控制设计提供参考。     

某大型地下硐室不良地质体变形及控制措施研究

某地下硐室群地质条件复杂,根据前期地质勘探揭露的地质资料,该硐室区存在大量的不良地质体( PH 条带)。 通过不同的计算分析方案,采用三维有限元数值分析软件 MIDAS-GTS / NX,精确模拟了 PH 条带等大型地质 结构面,研究地下硐室开挖过程中 PH 条带宽度与围岩变形及塑性区分布特征,并在此基础上对硐室群进行加强支护 等措施。 结果表明:地下硐室群的围岩稳定性与不良地质体的厚度有关,即 PH 条带宽度越大,对硐室群围岩稳定性 影响越大。 数值模拟结果较好地体现了不良地质体对围岩稳定性的破坏特征,可为制定大型地下硐室群的开挖设计 和支护措施提供较好的科学依据。     

复杂岩层大断面硐室群围岩破坏机理及控制

针对复杂岩层巷道交叉点高应力集中区四周硐室群开挖围岩稳定性控制和支护技术等难题,通过对现场取样测试硐室群围岩物理力学参数、黏土矿物成分和松动圈大小,分析了赵庄煤矿三盘区带式输送机头硐室群及周边巷道围岩变形破坏特征和机理,表明硐室帮部煤柱和底板围岩是加固支护重点。利用FLAC3D数值模拟软件分析了硐室群开挖对硐室群及周边巷道围岩应力分布和塑性区分布范围的影响。基于理论分析和数值模拟提出了硐室及周边20 m范围内巷道围岩"强柱固底"的加固支护方案。现场工业试验表明,加固支护后,硐室群及周边巷道围岩变形得到了有效控制,围岩内部裂隙基本被浆液填充,60 d内围岩顶底板和两帮最大移近量分别为30 mm和50 mm,达到了理想的加固支护效果。     

深部矿井泵房硐室变形破坏原因及稳定控制方法

 硐室群稳定性是困扰深部开采的重大问题之一,本文以多个典型深部矿井为实例,在现场地质调查、地应力测试、围岩物理力学特性试验、数值模拟等基础上,揭示了影响深部矿井硐室群稳定性的四个关键因素 ：高复合应力、膨胀性矿物、开挖扰动、支护不合理,并分析了各因素对稳定性影响的作用机理。然后运用软岩非线性大变形力学设计方法提出了相应的控制对策及设计研究方法。最后针对传统硐室群的设计弊端,利用力学优化原理,提出深部硐室群优化设计方法及配套稳定性控制技术,并将研究结果应用于徐州矿区埋深1043m的旗山矿泵房变电所硐室群稳定性控制工程中,通过围岩变形监测显示：该系列技术可以有效控制深部软岩矿井硐室群的稳定性,使用效果良好,具有重要的工业应用价值和良好的推广前景。     

井下大型硐室群卸压保护的三维数值模拟

基于现代力学理论，利用ANSYS有限元软件针对巷道围岩卸压机理进行数值模拟，分析了煤矿开采中卸压保护硐室群效果、硐室群的围岩应力与变形．研究表明，应力集中系数高达5～6时，硐室维护十分困难．通过在煤层中开辅助巷道，形成让压空间，使应力峰向围岩深部转移的方法，发挥深部围岩的承载能力，达到降低巷道围岩应力峰值的目的．     

深部临时水仓硐室群围岩偏应力分布特征与控制技术

以邢东矿二水平临时水仓硐室群为工程背景,采用FLAC3D模拟研究硐室群围岩偏应力分布规律及塑性区响应特征,探寻硐室群围岩偏应力分布与硐室群围岩稳定性支护的内在联系。研究结果表明：临时水仓硐室群开挖卸载后,在硐室群围岩中形成环状偏应力峰值区,其环状偏应力峰值区的范围及位置与硐室群围岩塑性区的范围及位置基本一致,且各硐室围岩偏应力峰值区内的高偏应力集中区与各硐室围岩塑性区的扩展区域相同。基于数值模拟试验结果得出,强力锚网索可在各硐室围岩中形成大范围锚杆-索预应力承载结构,并据此提出了该预应力承载结构范围应大于各硐室围岩偏应力峰值区范围的硐室群围岩支护原则。现场实践表明,采用强力锚网索和厚层U型混凝土联合支护,可保障临时水仓硐室群围岩的控制效果,满足其生产服务期间的使用要求。     

强采动下近距离硐室群围岩应力演化及加固对策

以成庄煤矿井下甲、乙水仓及变电所等近距离硐室群为背景,采用FLAC3D有限差分程序计算分析了2322工作面强采动下近距离硐室群围岩应力演化规律,采用UDEC离散元软件研究了近距离硐室群注浆加固机理,并提出了相应的加固对策。研究结果表明:成庄煤矿甲、乙水仓及变电所等近距离硐室群开挖后,围岩间垂直应力叠加效应较水平应力更为明显,但水平应力集中程度更高;2322工作面回采引起煤柱支承压力向底板传递,受煤柱高应力与底板高应力叠加作用,硐室变形特征将首先表现为强烈底鼓;相同注浆压力和水灰比条件下,沿注浆孔切向方向浆液的扩散半径大于沿径向的扩散半径;注浆锚索加固后,硐室群浅部围岩承载力大幅提高,工作面回采产生的强烈采动应力由深部转移至浅部,防止了深部岩体的进一步破坏。井下试验表明,注浆锚索加固后,2322工作面回采过程中各硐室围岩保持稳定,实现了强采动影响下近距离硐室群围岩变形的有效控制。     

深部高应力硐室围岩稳定性分析

针对深部高应力条件下硐室围岩变形严重、围岩稳定性差的问题,采用现场调查、试验研究和数值模拟等方法,分析了硐室围岩变形破坏特征和围岩变形机理,对硐室围岩矿物成分进行了分析,模拟了相邻硐室和巷道开挖对硐室围岩的扰动影响,对硐室围岩进行了松动圈窥视探测,确定了硐室支护方案。结果表明,新的支护方案提高了硐室的安全稳定性,硐室支护效果良好。     

采区硐室U型钢支架壁后注浆机理研究及应用

 以裴沟煤矿42采区硐室群为研究背景,采用数值模拟、现场测试与试验相结合的研究方法,得出硐室群围岩稳定性特征及控制对策。利用地质雷达与钻孔窥视仪探测硐室群围岩松动圈发育情况;运用数值模拟软件UDEC分析了注浆的作用范围以及不同水灰比和注浆压力条件下浆液扩散规律。针对硐室群围岩岩性特点,提出U型钢支架壁后注浆一次支护技术,在此基础上,再进行永久支护。现场工业性试验结果表明,在采用合理支护方案后硐室群维护效果理想。     

松软破碎硐室群围岩稳定性数值分析

为了确定平顶山矿区某矿井底车场硐室群加强支护的范围,给硐室加固提供技术支持,运用大型数值计算软件对矿井副井附近的硐室群开挖后围岩的应力场、位移场、破坏区进行了分析。研究表明：巷道开挖后,围岩应力重新分布,巷道两帮围岩出现生应力集中区和塑性破坏区。在巷道交叉处和巷道拐角处,二次应力场进行了叠加,叠加后部分区域的应力峰值达到原岩应力的2～3．17倍,围岩塑性破坏区域加大。硐室群的稳定性不同于单个巷道、硐室。存在集中应力叠加现象,在巷道交叉口和拐弯处尤其明显,巷道间距过小时,这种应力集中叠加会造成巷道稳定性控制困难。     

深部硐室围岩破坏原因与稳定性控制技术

煤矿开采逐渐转向深部,深部硐室围岩大变形特征给硐室群稳定性控制带来很大难度。根据深部大断面硐室围岩力学特征及变形特性,通过地质条件分析、原岩应力测试、岩石微观组分分析,对深部硐室围岩破坏的影响因素进行了总结,以抗让结合的原则,提出深部构造复杂区域大断面硐室围岩稳定性控制对策。采用关键部位耦合支护控制技术+底脚锚杆+全断面锚索加强支护对深部大断面硐室进行强抗微让的强力支护方式,在葛亭煤矿230扩容泵房硐室成功应用,并对泵房硐室围岩收敛变形、锚杆索工况、离层进行了长期监测,围岩顶底板移近量仅12.5 mm,两帮内移量7.5 mm,锚杆索受力均匀,内外离层较小,完全满足矿井安全生产需要。     

深部泵房吸水井硐室群围岩稳定性一体化控制技术

泵房吸水井硐室群是矿井巷道立体交叉最密集、应力最集中、最容易破坏的部位,其围岩稳定性控制效果直接影响着矿井安全生产。为解决孔庄煤矿-1015m水平深部泵房吸水井硐室群围岩稳定性控制问题,从工程地质条件分析出发,针对"三高一扰动"强烈、膨胀性软岩矿物含量高(伊/蒙混层的总量最大值达89%)、工程施工极其复杂等不利条件,通过集约化设计消除立体交叉巷道硐室群的空间效应,利用数值模拟手段确定最优施工过程,采用桁架+锚网索耦合支护技术实现围岩荷载均匀化。结果表明:深部泵房硐室群稳定性一体化控制技术能够有效地控制围岩变形和破坏,保证巷道长期稳定,具有广阔的推广应用前景。