动载扰动下深部巷道群的力学响应数值分析

为研究动载扰动对深部巷道群围岩稳定性的影响,利用RFPA数值分析方法,对不同扰动强度作用下的巷道围岩动态响应规律进行了模拟研究。通过分析得到静-动加载下巷道群围岩应力分布规律和围岩的损伤破坏情况。结果表明:围岩的稳定性与初始地应力状态和扰动强度密切相关,应力波幅值的增大,巷道围岩的破坏范围加大;限制巷道到扰动源的距离及加强巷道帮部围岩的控制可减小扰动引起巷道群围岩的破坏失稳。     

深部圆形巷道开挖卸荷的围岩力学特征及破坏机理

针对深部高地应力条件下巷道开挖卸荷造成的围岩强烈扰动问题,基于弹性卸荷理论,运用留数定理和拉氏逆变换的延滞性给出动态开挖卸荷应力解析解。在此基础上,研究深部开挖卸荷下围岩力学特征和破坏机理,根据围岩力学特征建立动态卸荷的强度准则和拉压损伤模型。通过算例探讨初始地应力、开挖半径、卸荷时间和岩体动态强度对围岩卸荷破坏与稳定的影响。结果表明:深部开挖卸荷下围岩力学特征主要表现为最小主应力卸荷、最大主应力集中,而主应力差的瞬间增大,诱发开挖面内裂隙扩展、贯通,形成由强及弱连续分布的破坏区,构成二次支护前维系围岩稳定的支撑结构。深部动态开挖卸荷下,初始地应力和开挖半径越大、卸荷时间越短,围岩损伤越严重,破坏范围越广,对围岩的扰动越强烈;而岩体动黏聚力和动摩擦角越大,围岩的破坏范围越小,围岩越稳定。分析结果对深入研究高地应下巷道开挖的破坏机制具有重要意义。     

千米深井大断面一次爆破成巷及围岩控制技术

为解决千米深井高应力大断面巷道掘进速度缓慢及巷道围岩控制难度大的问题,采用地应力测试、数值模拟及现场观测的方法,分别对大断面巷道分阶梯爆破成巷和一次爆破成巷的围岩应力、位移及塑性破坏特征进行了研究,并对2种成巷方式采用同种支护条件下巷道表面位移进行观测.结果表明:一次爆破成巷避免了爆破扰动对巷道围岩多次爆破扰动破坏,巷道围岩变形相对容易控制,且施工工艺较简单,掘进速度可由0.67 m/d提高至2.00～3.00 m/d.     

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。     

软岩巷道围岩卸荷破坏力学模型及影响因素分析

为了研究深部软岩巷道开挖卸荷作用下的力学响应量及大变形失稳机理,基于统一强度准则和岩石三线段力学模型,建立了巷道围岩开挖卸荷力学模型,依据巷道开挖后围岩次生切向应力、等效剪应力分布特征,将围岩力学结构划分为浅承载圈、深承载圈、自稳承载圈、主承载圈和关键承载圈,通过理论分析,求解得到软岩巷道开挖后次生应力场、位移场以及软化区与破碎区范围解析解,结合某软岩工程相关力学参数,分析了巷道开挖卸压作用下围岩屈服应力,围岩破裂区、软化区影响范围以及围岩承载结构的影响因素。研究表明:围岩屈服应力随着初始黏聚力和内摩擦角的减小以及掘进速度的增大而减小,围岩越容易达到屈服发生破坏;围岩软化区范围与围岩初始力学参数相关,初始黏聚力越大的围岩,围岩软化区范围减小;破碎区范围随着黏聚力软化模量、剪胀角、掘进速度以及支护结构间排距等的增加而增大;主承载圈和关键承载圈的范围、径向应力和轴向应力的峰值随着围岩软化程度的增加而增大,且向巷道深部转移。     

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究,基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律,分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明,巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大;根据侧压力系数的大小及主应力方向,圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状,选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态,降低围岩变形量,减少围岩塑性区损伤破坏范围,有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。     

深埋巷道的爆破开采活动对邻近巷道稳定性影响研究

以某铁矿出矿巷道为工程背景,针对爆破开采扰动影响下临近巷道易发生片帮、冒顶等安全问题,运用FLAC3D数值软件分别对自重应力作用下和爆破荷载作用下临近巷道围岩的应力、位移和塑性区的变化特征进行数值模拟分析,并且与现场实测振动数据进行了对比分析。结果表明：同自重应力状态相比,爆破荷载影响下临近巷道围岩的最大水平位移、最大拉应力及塑性区体积均有着很大程度的增长,增幅分别达到了68.2%、58.6%及76.5%,临近巷道发生失稳破坏的概率显著增加;爆破开采活动对既有巷道迎爆测直墙中上部围岩稳定性影响最大,拱顶及墙脚处围岩受到的影响次之,而对远离爆源侧围岩影响很小。为避免爆破引发临近既有巷道失稳破坏,需加强对既有巷道的迎爆测直墙中上部等危险部位的监测与支护,并对地质条件薄弱区域及时采取素喷混凝土或锚网喷混凝土等有效的支护措施。     

深部巷道围岩变形相似模拟研究

针对深部围岩巷道变形和应力变化的特征,利用自制相似模拟实验平台,对无支护条件下的深部巷道的围岩破坏特征、围岩变形规律和围岩应力分布进行了定量和定性的研究,研究表明,深部巷道围岩具有大变形、大塑性区、应力集中程度高等特点,从而为类似地质条件下的巷道支护设计提供可靠的依据。     

不同侧压巷道塑性区变异性特征模拟分析

侧压系数λ对巷道围岩稳定影响较大,在不同侧压系数作用下开挖巷道围岩的破坏区形态和范围均不同。应用数值模拟方法,分析了不同侧压系数条件下埋深分别为400 m和800m圆形巷道塑性区分布特征,并提出了相应的巷道支护对策。结果表明:λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;λ>1时,巷道围岩塑性区为竖椭圆形;λ<1时,巷道围岩塑性区为横椭圆形;λ>1时巷道支护应以控制顶底板为主,λ<1时巷道支护应以控制两帮为主;相同侧压时埋深越大巷道围岩塑性区范围越大,但增长幅度与埋深呈非线性关系。     

最大主应力方向对围岩偏应力及变形影响研究

地应力是引起巷道变形破坏的主要因素之一,为了分析最大主应力方向对围岩稳定的影响,采用FLAC3D模拟了夹角α从0°～90°过程中围岩塑性区分布、偏应力及位移变化规律。研究结果认为：α越大,“围岩”塑性区范围越大,且有向顶、底板围岩深部发展的趋势|围岩偏应力呈“单峰”状,顶、底板围岩偏应力峰值随α增大而增大,而帮部偏应力峰值则减小|围岩位移变化呈类“线性”增长,围岩变形随α增大而增大,最大水平主应力方向对顶、底板围岩变形的影响大于帮部。通过现场观测,验证了分析结果的可靠性。     

不同埋深条件下深部巷道变形特征分析

针对深部巷道围岩支护难、变形大等特点,理论分析了深部巷道围岩变形破坏特征、围岩力学特性以及应变软化理论。数值模拟分析了不同埋深条件下沿帮部路径的应力水平、顶板应力差峰值和所处围岩深度关系、深部巷道塑性区和残余区变化规律以及巷道埋深和位移的关系。研究为深部巷道支护参数设计提供了理论基础。     

基于修正Hoek-Brown准则的巷道围岩弹塑性解分析

利用考虑中间主应力的Hoek-Brown强度准则,结合巷道围岩塑性解的推导方法,进而获得较为准确的巷道围岩塑性区的范围以及支护变形量。通过理论推导了巷道围岩塑性区的半径和位移的表达式,得出塑性解与围岩初始二向等压应力、岩体质量、地质工程参数以及支护反力有关。结论为考虑中间主应力的Hoek-Brown强度准则更加适应巷道围岩塑性区分析过程,获得的结果更加准确,对工程实践有一定的理论指导意义。     

拜什塔木铜矿爆破开采软岩巷道围岩损伤规律研究

为了揭示中深孔爆破对软岩巷道围岩产生的损伤规律,以拜什塔木铜矿项目为依托,采用井下监测开采巷道围岩位移和巷道收敛变形的方法,对软岩巷道围岩在中深孔爆破作用下累计损伤规律进行了研究。结果表明,随着爆破不断向深部扩展,岩石蠕变速率不断增大,且靠近空区部分测点表现为向围岩深部移动的特征,软岩巷道围岩最大位移量为4 cm,表明现有支护形式可以抑制软岩巷道围岩变形的继续发展。10中段2^#测点的收敛速率介于0.02~0.5 mm/d之间,属于欠稳定巷道; 1^#测点巷道收敛速率均大于0.5 mm/d,属于不稳定巷道,虽有减缓趋势,但变形量不断增加,且水平方向变形大于垂直方向变形,不利于软岩巷道围岩的稳定,应采取措施加固软岩巷道。     

松软煤层巷道围岩变形特征及控制技术

针对松软煤层巷道围岩变形量大、支护结构破坏严重的难题,以华盖山104工作面运输巷为工程背景,在分析巷道围岩变形特征的基础上,采用数值模拟方法,研究了锚网索喷支护巷道围岩位移、应力和塑性区分布特征。研究结果表明,煤层强度低、胶结性差以及支护方式不合理是造成围岩严重变形的主要原因;锚网索喷支护巷道围岩塑性区范围较小,应力集中区位于深部,到巷道中心的距离超过6 m,并取得了较好的工程应用效果。     

软岩回采巷道锚杆支护技术数值模拟研究

采用数值模拟软件FLAC2D,对软岩巷道锚杆支护后围岩变形和破坏规律进行了数值模拟,并分析了支护后围岩的应力、位移及塑性区的变化情况。将数值模拟结果与现场实测结果进行了系统分析,结果表明,对于软岩回采巷道采用锚杆支护,能够有效控制围岩深部的大变形,保持巷道的稳定。     

弱胶结软岩巷道围岩应力与位移分布规律及支护技术

针对西部浅埋弱胶结软岩巷道的复杂地质条件,基于X射线衍射试验、电镜扫描、岩石力学物理试验与现场监测,揭示了西部浅埋弱胶结软岩巷道围岩变形破坏失稳机理。根据巷道围岩大变形破坏特征,建立了FLAC3D数值模型,模拟演化了弱胶结软岩巷道的围岩应力位移分布规律和塑性区范围,研究结果表明:弱胶结软岩巷道围岩最大主应力决定了巷道围岩的破坏深度,且随围岩深度近似呈"へ"形分布;巷道围岩不同方向深部变形s与巷道表面距离h呈负指数衰减变化的关系。通过对比分析,数值模拟塑性区范围和地质雷达探测松动圈厚度基本一致,从而为弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护加固方案设计提供了科学指导。最后针对弱胶结软岩巷道塑性区范围,提出了"锚网喷主动支护+36U型钢支架+全断面锚注"的联合支护技术,现场监测结果表明改进的支护方案可以有效控制巷道围岩变形及塑性区的扩展,保证了巷道的长期稳定及安全。     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。