金川矿区深部高应力破碎岩体巷道支护技术研究及应用

针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,基于以往巷道围岩变形破坏特征,从工程地质条件、地应力特征、采动影响等三个方面,分析了深部高应力破碎岩体巷道变形破坏原因。针对典型的巷道破坏特征与工程地质条件,提出了四类相应的新型支护方案,分别开展了现场工业试验;通过巷道围岩收敛变形监测,验证新型支护形式的支护效果。结果表明,新型支护形式有效地控制了深部高应力破碎岩体巷道围岩变形,实现了维护巷道围岩长期稳定的目的。     

深井大断面软岩巷道围岩破坏机理与支护研究

根据滕东煤矿深部开采的地质条件,针对深部大断面巷道围岩变形破坏特征,通过现场观测和理论分析,深入研究了软岩巷道变形破坏机理;高地应力、低强度岩体、复杂的地质构造、支护体力学特性与围岩力学特性不耦合,支护时机不合理,是造成巷道持续性大变形与失稳的主要原因。为此,提出了深部软岩巷道支护原则和超前卸压与支护+锚网喷+高强鸟巢锚索+注浆加固联合支护方案。现场巷道位移监测结果表明,该方案可有效控制深部大断面巷道大变形。     

深部巷道围岩钻孔卸压与围岩控制技术研究

针对深部开采条件下巷道围岩地应力增加、破碎岩体增多等一系列问题,导致传统支护手段难以有效控制围岩变形的现象,采用有限差分软件FLAC3D建立深部巷道钻孔卸压模型,对钻孔卸压前后巷道围岩应力分布规律与变形破坏特征进行了分析,结果表明,钻孔卸压技术可有效释放巷道围岩应力增高区的变形破坏能量,促使浅部围岩高应力转移至深部煤岩体中,显著改善围岩应力环境。基于对卸压钻孔参数的模拟分析,合理确定出钻孔卸压与主动支护技术参数。工程实践表明,该技术围岩控制效果显著。     

高压瓦斯松散煤岩巷道工程力学行为及围岩控制

为解决复杂地质条件下高压瓦斯松散不稳定煤岩巷道围岩的大变形与控制等问题,通过现场调研、理论分析、数值计算及工程实践进行研究,根据实际变形情况,发现此类巷道围岩变形特征明显,不易控制,全断面收缩严重;采用岩石力学等力学原理进行了理论分析,认为煤岩体裂隙的扩展增加了煤岩体的渗透性,从而导致围岩强度不断弱化;应用数值模拟手段对有瓦斯压力存在时和无瓦斯压力存在时2种情况下巷道围岩应力卸荷与变形特征进行了分析,表明瓦斯压力越大,围岩变形也越大;最后,进行了锚固支护正交数值方案设计和优化计算,在相关支护原则的基础上提出了以"帮部预应力桁架锚索"为核心的支护技术,现场应用结果表明该技术能提高此类巷道围岩的稳定性。     

基于约束收敛法的Hoek-Brown岩体巷道大变形分析

轴对称圆形巷道的弹塑性理论分析是深部软岩巷道施工过程的基础问题和重要问题。基于约束收敛法、有限变形次弹塑性理论、Hoek-Brown破坏准则、应变软化本构模型等基本理论,开展了深埋软弱围岩圆形巷道开挖诱致挤压大变形现象的基础研究。在相关大变形研究的基础上,以巷道开挖后围岩脆塑性解析解来表征岩体应变软化区划分圆环岩体响应解析解的方法,简述Hoek-Brown岩体深埋软岩巷道围岩各分区应力与变形解析解求解思路。通过现场监测数据和不同力学模型的计算结果分别进行模型有效性对比验证,并对m、s、a等岩体强度相关参数进行了影响分析。基于大变形和小变形理论下围岩特征曲线差别,提出软弱破碎岩体的支护建议,为深部不利赋存条件下软弱围岩支护工程设计提供理论分析手段和指导。     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

赵楼矿深部软岩巷道变形破坏机理及控制技术

基于赵楼煤矿井底车场巷道围岩矿物成分分析、室内岩石力学试验、巷道地应力测试、围岩松动圈测试等巷道地质力学测试技术手段,深入揭示了深部巷道围岩变形破坏机理;针对赵楼煤矿深部巷道低围岩强度与高应力的支护难题,提出了以内注浆锚杆为核心的锚杆+锚索+锚注“三锚”联合支护体系;为反映深部巷道、硐室开挖后围岩的变形特征与支护结构受力情况,对巷道围岩收敛变形与锚杆受力情况进行了实时监测.监测结果表明,采用“三锚”联合支护体系能够有效地控制深部巷道围岩的大变形及底鼓,保持了巷道的长期稳定与安全.     

朱集矿深部高地应力复合岩层巷道围岩控制技术研究

针对深部矿井高地应力作用下,岩石巷道围岩整体变形量大、持续时间长、局部破坏严重的支护难题,以朱集矿-965东翼轨道大巷为工程背景,在进行系统地质力学测试、围岩变形破坏特征分析、支护形式选取与现场试验的基础上,对深部高地应力复合岩层巷道围岩控制技术进行研究。通过优化锚杆支护参数、合理选择护表形式与构件,实现了深部高地应力复合岩层巷道围岩的一次主动支护,有效控制了深部高地应力巷道围岩的长期持续变形,改变了深部岩巷"前掘后修、反复维修"的局面,取得了良好的现场应用效果。     

深部半煤岩回采巷道围岩破坏特征及支护技术

为研究深部半煤岩回采巷道围岩破坏特征,以某矿半煤岩回采巷道的具体工程地质为背景,利用弹塑性力学知识求解并绘制了该半煤岩体巷道围岩破坏状况,并运用FLAC3D建立了深部半煤岩巷道的三维数值计算模型,分析了不同支护方案作用下巷道围岩的变形破坏规律,优化了巷道支护方案与参数,提出深部半煤岩巷道围岩控制的"高强度预应力锚网索+横纵梯子梁"的联合支护方案,并在现场进行了施工与监测。结果表明:采用优化后的支护方案有效的控制了深部半煤岩巷道围岩的变形破坏,确保了深部半煤岩巷道围岩的稳定。     

不同侧压系数下深部软岩巷道稳定性分析及控制

针对深部软岩巷道围岩大变形、岩体破碎及支护体损坏等控制难题,研究了不同侧压系数下深部岩巷围岩响应特征及支护技术。以邢东矿1126工作面运料车场为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法分析不同侧压系数下深部直墙拱形岩巷围岩应力、偏应力第二不变量和塑性区的分布特征,得出深部软岩巷道失稳机制为:开挖引起浅部围岩应力集中、较深部围岩高畸变能积聚→岩层剪切错动→高畸变能释放→扩容大变形。基于提高浅部围岩承载强度,并适度释放围岩高畸变能原则,提出密集长锚杆索+强金属网+二次喷浆的支护技术。井下试验结果表明,该技术能够有效控制深部软岩巷道的变形破坏,保证巷道稳定。     

新城金矿滕家矿区深部巷道围岩破坏与数值分析

针对新城金矿滕家矿区深部巷道围岩进行现场工程地质调查、岩石力学实验，分别应用RMR、Q和GSI方法对巷道围岩进行岩体质量分级，确定其围岩体质量等级为III级，岩体质量差~一般。以岩体质量分级为基础，应用Hoek-brown准则和经验公式估算岩体力学参数。应用弹塑性力学解析巷道围岩塑性区破坏范围，并以此为基础应用Phase2对巷道围岩稳定性进行分析。结果表明：巷道顶板塑性破坏范围为0.598 m，两帮塑性破坏范围分别为0.84 m和0.695 m；巷道顶板位移为7.2 mm，两帮位移分别为7.6 mm和6.8 mm；从巷道围岩应力分析可以看出，深部巷道开挖产生的应力集中超过岩体强度，由此判断深部巷道围岩破坏主要是开挖扰动应力作用在节理化岩体上致使巷道围岩失稳破坏，本研究结果对该矿深部巷道围岩支护提供依据。     

蠕变状态下千米深巷道长期非对称大变形机制与控制技术

为了探究千米深巷道的非对称变形原因,解决此类巷道的长期稳定性控制难题,以华丰矿-1100 m中央变电所为工程实例,分析了巷道的长期非对称大变形特征,并采用蠕变力学实验、力学理论分析结合计算机数值模拟的研究手段,对深部巷道的非对称性变形与高地应力场环境、巷道围岩空间产状结构以及围岩长期蠕变特性之间的关系进行了研究,阐述了深部巷道的非对称变形机理为:巷道断面内围岩结构的不对称会导致巷道产生非对称变形趋势,而深部高水平应力下巷道断面内不同强度围岩的长期蠕变差值是造成巷道非对称变形的主要原因。针对上述问题,提出了"初次锚网喷+二次钢管混凝土支架+关键变形部位补偿加强支护"的控制对策。根据现场实践应用,该支护体系很好地控制了深部巷道的非对称大变形和长期稳定性问题,巷道支护后4个月内的变形观测数据较原始支护方式有了很大降低,应用效果良好。     

裂隙岩体巷道大变形特征与稳定性控制

针对木孔矿深部裂隙岩体变形巷道围岩的稳定性及控制问题,采用现场调研与测试、实验室力学试验、理论分析和现场试验相结合的方法,分析+600 m(东翼)运输大巷围岩变形的主要影响因素。研究结果表明,该段巷道变形较大,应力环境复杂,围岩内部呈分区破裂形式分布,节理裂隙比较发育,为碎裂状结构类型。岩石力学试验结果表明,岩石的力学性质差异明显,岩体受到构造或结构面的影响较大;对该巷道的典型地段进行稳定性分级及描述,稳定性类别大多为V或IV类。因此,结合巷道围岩变形特点提出综合控制原则及关键技术,工程实践中采用"分次强化支护,实现内外承载"为核心的"锚杆、锚索和两步注浆壳体"联合支护技术,监测结果表明,新支护后的巷道围岩变形在可控范围之内,最终变形速度均未达到0.2 mm/d。     

深部高应力区域锚网索支护研究

为了探讨深部高应力区域的支护问题,对平煤集团十三矿深部高应力区域巷道围岩力学参数进行了测试,并采用FLAC3D数值模拟软件对不同间排距的锚杆+锚索+金属网支护方案进行模拟,确定了合理的支护结构。现场实践表明,该方案的实施有效地控制了深部高应力区域巷道的围岩变形,达到了预期效果。     

金川二矿区深部巷道变形与支护研究

金川二矿区深部巷道围岩岩石破碎,蠕变特性明显,地应力大,巷道变形严重,巷道返修量大,严重制约了矿山的发展.通过现场调查及相关研究,本文分析了金川高地应力碎胀蠕变岩体巷道围岩的变形破坏特征、巷道变形破坏原因、影响巷道稳定性因素以及巷道失稳模式.借鉴煤巷锚杆支护动态信息设计法,改变过去金川二矿区深部巷道"先让后抗,先柔后刚"的支护原则,提出了适于金川巷道特点的巷道支护原则和巷道支护设计方法.     

深部脆性岩石三轴卸荷实验研究

深井巷道支护成为影响安全、制约正常生产的主要因素,某些深部开采矿井的围岩没有表现出软岩的特性,顶板在冒落之前没有明显变形,表现为小变形、脆性破坏和顶板突然冒落的特性.本文根据煤矿现场复杂高应力脆性围岩巷道顶板变形、破坏实际,对其岩石试样进行了卸荷破坏三轴实验研究,研究深部复杂高应力脆性破坏围岩的变形、破坏机理及其力学特性,为深部脆性围岩巷道支护方案设计和优化提供有力支持.实验研究结果表明,在深部复杂高应力环境下,中等稳定脆性围岩巷道顶板破坏属于卸荷不平衡力引起的变形破坏,必须采用围岩-支护体之间的刚度、强度、变形相互耦合支护技术,才能有效防止巷道顶板发生剪切、错动或断裂破坏.     

高应力软岩巷道变形特征及其支护参数设计

为了探讨高应力软岩巷道合理的控制方法,根据吕家坨煤矿深部高应力软岩巷道围岩主要物性参数的实验室测试以及现场围岩变形的观测,利用FLAC3D软件进行了数值模拟,分析了高应力软岩巷道的变形失稳特征.研究表明:高应力软岩巷道控制技术的关键在于支护结构和围岩体强度的耦合作用和控制底鼓.提出了以加强初次支护强度和采用底角锚杆为技术核心的支护方案.现场实践表明,该方案对高应力软岩巷道围岩变形的控制效果较好.     

深井软岩巷道围岩控制技术及应用

基于深部煤岩体的力学特性和围岩失稳机理的分析,采用高强度让压锚杆对深部软岩巷道进行支护,根据围岩强度强化理论及弹性能量释放方法计算得到了围岩让压限度,通过锚杆恒阻让压环实现高强度恒阻让压,让压环能够通过自身相应程度的变形调整巷道不同部位的高应力至平衡状态,减小不平衡应力对巷道围岩的破坏,通过释放围岩初期弹性能,提高支护系统的可靠性,应用于工程实践,有效控制了巷道断面收缩率,将围岩流变控制在稳定状态,避免了加速流变对巷道的长期破坏作用,取得了较好的技术效果。     

深部复合岩层巷道围岩控制技术

针对深部矿井岩石巷道围岩整体变形量大、持续时间长、局部破坏严重的支护难题,以朱集矿-965东翼轨道大巷为工程背景,在进行系统地质力学测试、围岩变形破坏特征分析、支护形式选取与现场试验的基础上,对深部高地应力复合岩层巷道围岩控制技术进行研究。通过优化锚杆支护参数、合理选择护表形式与构件,实现了深部复合岩层巷道围岩的一次主动支护,有效控制了深部巷道围岩的长期持续变形,改变了深部岩巷"前掘后修、反复维修"的局面,取得了良好的现场应用效果。     

杨家村矿弱胶结软岩大断面煤巷变形特征研究

黏土为分析杨家村矿弱胶结软岩大断面煤巷变形特征,采用现场调研、室内实验、现场实测手段对围岩物理力学性质与围岩位移曲线演化过程进行较深入探究,结果表明:岩石软化系数约为0.23,属于软化岩石;围岩具有易吸水、膨胀、强度低、胶结性差,且易发生塑性变形的物理力学特征;顶板围岩变形整体大于底板与帮部;不同区段顶板围岩位移程度具有差异性;顶板深基点岩层位移大于浅基点岩层位移;岩层位移曲线总体上初期变化速率较快,后期呈"台阶"式演化特征,各基点曲线演化过程在时空上近似同步;缩小巷道宽度,改变支护锚固方式,提高支护强度,适度泄水与排水并及时喷浆封闭围岩,有助于维护该类巷道围岩稳定。