大断面巷道围岩破坏原因分析

以大断面巷道围岩为研究对象,从巷道的断面尺寸及形状两方面分析了引起巷道破坏的原因,从生产技术、施工等方面阐述了影响巷道稳定性的各种原因,得出结论:巷道宽度越大,越容易引起顶板的弯曲变形,变形较大将产生拉应力,引起顶板破坏。     

单水平应力主导型应力场对深部巷道稳定性影响的数值模拟研究

在煤矿开采中,不同的应力场对巷道的影响方式、破坏方式不同,提出煤矿井下3种类型应力场的各自特点。通过数值模拟方法,分析了单水平应力主导型应力场对深部巷道垂直应力、水平应力、最大水平应力,巷道围岩变形,塑性区的影响规律。研究表明,随着水平应力增大,巷道顶板下沉量、底鼓都明显增加,两帮位移也显著增加,但幅度没有前两者大。水平应力是决定巷道顶板岩层变形和破坏的关键因素。但大水平应力下两帮煤层的挤出变形也不可忽视。     

煤巷复合顶板变形破坏规律分析

基于现场实测巷道顶板变形规律提出了一个更为切合实际的煤巷复合顶板的概念。基于煤巷复合顶板破坏前及破坏的临界状态各岩层的变形曲率相同条件下,将顶板所受的荷载分配到各岩层中,进而分析复合顶板各岩层的受力状态。根据复合顶板的受力特征及其变形破坏规律,一般认为,复合顶板中软弱夹层因其自身强度低、厚度薄,巷道开挖后先将破坏,降低了顶板的整体刚度,使顶板结构弱化,从而产生较大的二次变形,随着顶板中的其他岩层应力变化,若顶板能够承受围岩荷载,则经应力变化顶板变形趋于稳定;若顶板不能够承受围岩荷载,则经应力变化顶板剧烈变形并失稳,提出了复合顶板有经过结构承载调整—结构刚度弱化—结构失稳的变形破坏规律。     

厚顶煤高煤帮巷道围岩稳定及控制分析

为解决厚顶煤高煤帮巷道围岩控制难题,通过数值模拟研究了不同高度时巷道围岩的变形破坏情况。结果表明:巷道高度的增加对两帮的变形破坏影响最大,顶板次之;在巷道顶板和两帮岩层中存在围岩变形剧烈程度的分界点,且分界点位置与断面尺寸、顶板岩性有关。根据巷道围岩的变形破坏特征和具体生产地质条件确定了锚杆锚索联合支护方案,现场实践表明该方案有效控制了巷道围岩变形。     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

基于微震监测技术的巷道顶板稳定性分析

以煤峪口矿为工程背景,为保护盘区大巷的安全,采用KJ551微震监测系统对2条大巷及周边区域顶板破坏情况进行实时监测,研究了巷道稳定性及其微震时空能量特性。研究发现:微震事件能量值与煤岩应力大小和集中程度有很大关系,应力越大,集中程度越高,微震发生时煤岩体变形破坏的程度越大,释放的能量越高;上层煤层的采掘活动会引起下层顶板内部的破裂失稳,巷道顶板稳定性与上层煤层的采掘活动密切相关;采掘活动对不同高度层位的岩层的破坏程度是不同的,低位岩层的破裂程度大,而高位岩层的破裂程度较小。     

深部构造区域地应力分布与巷道稳定关系研究

针对深部构造区域巷道围岩控制问题,研究了巷道稳定性与地应力分布关系。地应力实测及其反演表明,巨野矿区深部地应力场属于构造应力场类型。基于地应力场分布特征,采用模型试验、数值计算、现场观测等方法,研究了埋深、构造应力、断层等因素对巷道稳定性的影响规律：埋深超过800 m,侧压系数超过2.5以后,巷道变形量急剧增大,肩角锚杆大量破断,顶板和底板剪切破坏严重,顶煤呈现“尖顶型”垮冒;断层附近地应力较高,巷道与最大水平应力夹角越大,巷道变形量越大、支护结构破坏越严重。深部构造区域巷道应加强顶板与肩角围岩控制。     

断层附近回采巷道顶板岩层运动特征研究

为解决断层影响区域回采巷道的支护问题,必须了解回采巷道顶板岩层运动变形特征．通过相似材料模拟试验,建立平面应力模型,分析研究断层下盘煤层开采后,在其上盘煤层中开掘巷道,巷道顶板的位移和巷道变形特征．结果表明：在断层影响区域,在水平方向上,回采巷道顶板岩层出现与断层倾向基本一致的垂直裂缝,顶板表现出不连续性．在垂直方向上,顶板离层出现不均匀沉降,顶板岩层特别是顶板下位岩层向断层方向倾斜．巷道围岩破坏不具有对称性,紧靠断层顶底板破坏严重．在回采巷道支护方式选择上,应用U型钢支护效果优于锚杆支护．     

地应力特征对矩形巷道围岩松动区变形的影响研究

利用离散元数值分析方法,对矩形巷道在不同水平应力条件下围岩松动区应力分布及其变形破坏特征进行了分析研究。分析结果表明,侧压系数越大对围岩松动区深度及变形影响越大,并且侧压系数在较小值范围变化时,对松动区的影响明显小于侧压系数在较大值范围变化时的影响程度。变形量随着围岩深度的增加呈现非线性减小趋势,进一步证实围岩松动区变形量的大小主要体现在承载体与载荷体组成的平衡结构,变形主要产生在该平衡结构失衡与再平衡的形成过程。该研究对揭示巷道围岩的失稳机理以及矩形巷道支护方案的确定具有一定的借鉴作用。     

软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响研究

为得出软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响规律,以3_上712工作面运输巷为工程背景,采用数值模拟和现场监测等综合研究方法,研究了不同软弱夹层厚度与巷道围岩变形特征及应力分布之间关系,并对3_上712工作面运输巷提出了支护优化措施。结果表明,随着软弱夹层厚度的增加,巷道顶板上方下位坚硬岩层区域应力值逐渐减小,巷道顶板塑性区破坏面积逐渐增大;且不同软弱夹层厚度会导致不同的顶板破裂形态,巷道含软弱夹层顶板出现了明显的非连续破坏,顶板破裂区具有明显的隔层扩展特性。经现场实践,巷道位移量在40 d后基本趋于稳定,巷道的顶板、两帮及底鼓量分别达到53 mm、46 mm、41 mm,有效控制了巷道围岩变形量。     

纵弯褶曲控制下巷道围岩变形特征分析

针对纵弯褶曲区域巷道围岩稳定性问题,基于某矿1310工作面顶板岩层力学参数,运用FLAC~(3D)软件对纵弯褶曲背斜、向斜、翼部处巷道应力分布及围岩破坏特征展开模拟研究。模拟结果表明,纵弯褶曲背斜及向斜处巷道围岩的破坏程度较高,受到垂直及水平应力的影响较大,而翼部巷道要更为稳定,围岩受水平应力的影响较小且变形量要远低于背斜及向斜处,在条件适宜的情况下应尽量将巷道布置在翼部,并在模拟基础上确定了不同纵弯褶曲部位巷道的重点支护区域。     

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.     

特厚煤层巷道顶板破坏特征的数值模拟研究

为研究采空区遗留煤柱下特厚煤层软弱顶板回采巷道围岩变形特征,采用FLAC^(3D)有限差分程序系统分析了无支护条件下巷道围岩的变形破坏特征。研究结果表明:特厚煤层回采巷道首先在拱肩及两侧顶角产生剪切破坏,且随时间变化顶板岩层发生明显离层,塑性破坏区范围逐渐向深部扩展,巷道顶板整体变形严重。现场生产时,应加强回采巷道支护系统应力位移的监测监控,避免围岩的过度变形破坏,且巷道支护时应坚持高强恒阻让压互补的支护原则。     

深部倾斜岩层巷道变形分析与控制

针对深部倾斜岩层巷道围岩大变形控制的难题,以九龙矿北翼二水平轨道大巷为工程背景,通过现场调研、数值模拟分析深部倾斜岩层巷道围岩变形破坏的特征和原因。研究结果表明:倾斜岩层剪切滑移破坏和弯曲变形、围岩松软破碎、底鼓严重、支护结构针对性差是导致巷道变形失稳的主要原因;随着岩层倾角的增加,深部巷道围岩的破坏模式由倾斜岩层层间滑移破坏和靠近巷道拱肩部位的岩体分离、弯曲变形共同作用,逐渐向岩层层间滑移破坏转变;基于以上研究,提出了采用高强度锚杆和高预应力锚索,在巷道变形关键部位加强支护,控制底鼓和架设U型钢,全断面喷射混凝土和注浆的支护技术,强化围岩的整体强度和承载能力。工程实践表明,巷道围岩变形控制效果显著。     

特厚倾斜复合顶板巷道破坏特征与稳定性控制

大倾角特厚复合顶板巷道因其围岩原位强度低、层间黏结力弱,在复杂应力作用下巷道围岩具有非对称破坏特征。结合具体工程实例,采用相似模拟试验、FLAC3D数值模拟和工程测试等方法,分析不规则梯形与拱形巷道在常规对称支护和非对称强力支护条件下围岩应力、位移等变化规律,揭示特厚倾斜复合顶板巷道的非对称破坏机理。研究表明:受岩层赋存特征影响,巷道围岩结构和应力分布的非对称性是造成巷道非对称性破坏的根本原因;复合层状岩层结构面法向约束力减小与钝角部位应力集中直接导致弱面剪切滑移失稳;采用拱形巷道与非对称强力支护能有效改善围岩应力状态、减小围岩变形,提高巷道支护体系的平衡承载能力。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

基于3DEC的大采高回采巷道围岩变形特征研究

为探究大采高回采巷道围岩变形失稳特征,通过3DEC数值模拟软件,以22204辅助运输平巷为背景,分别分析了巷道围岩裂隙发育、应力分布、位移分布以及塑性区分布特征。研究结果表明：大采高回采巷道围岩裂隙发育、变形具有非对称性,随着工作面向前推进,巷道围岩位移量不断增大,其中较大水平位移向巷帮中上部及顶板位置转移,且靠近煤柱一侧巷帮水平位移、裂隙发育较为显著;采动影响下巷道围岩发生了一定程度的剪切破坏,导致其煤岩体应力释放,且煤柱长期处于高应力状态,因而靠近煤柱一侧的巷帮及巷道顶板塑性破坏较为严重和频繁。基于此,明确了大采高回采巷道围岩变形的重点防控区域,为该类巷道围岩稳定性控制提供参考。     

一种基于应变软化模型的直墙半圆拱巷道开挖计算分析

为研究软岩直墙半圆拱巷道的变形破坏规律,以梅花井煤矿1110208工作面为研究对象,基于应变软化模型来反映软岩的泥化以及膨胀特征,计算了直墙半圆拱巷道开挖后围岩中塑性区及支承压力分布情况。研究结果表明,应变软化模型受巷道围岩中铅直应力影响显著,当埋深较大时,巷道围岩中铅直应力显著增加;基于应变软化模型计算得到巷道围岩中塑性区分布面积显著增大,巷道顶板及顶板中的拉应力分布区也显著增加,应变软化参数对巷道围岩中塑性区分布影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石材料内聚力下降幅度越大,巷道围岩中塑性区分布面积越大;应变软化参数对巷道围岩中铅直应力最大值及最小值应变不显著,但对巷道顶板及底板中拉应力分布区影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石内聚力下降幅度越大,巷道顶板及底板中拉应力分布区越大。     

大断面反井施工硐室围岩变形破坏机理及控制对策研究北大核心

针对大断面硐室围岩变形破坏严重的难题,以李家壕矿大断面反井施工硐室为研究背景,运用数值模拟、理论分析、现场监测等研究方法,分析了李家壕矿大断面反井施工硐室围岩变形破坏规律,揭示其围岩变形破坏机理,并提出了针对性控制对策。研究表明:大断面硐室顶板岩层为软弱岩层,受开挖扰动影响,顶板围岩破碎,顶板水平与垂直位移显著;大断面硐室空间较大,顶板岩层处于塑性区内,顶板垂直位移为1 450 mm,是常规断面巷道顶板垂直位移的2.8倍;大断面反井施工硐室围岩稳定性控制的关键在于顶板支护。工业性应用监测表明:常规断面硐室顶底板变形量无明显变化,大断面硐室顶板最大下沉值为132 mm,两帮最大移进量为74 mm,底板无明显鼓起现象,围岩变形得到了有效控制。