深埋回采巷道围岩塑性区演化规律研究

基于某矿地应力实测结果,在拟定回采巷道开掘方案及支护参数的前提下,采用Hoekbrown准则、"当量半径"简化、弹塑性平衡理论计算得到巷道掘进支护后围岩塑性区半径公式,假定其他因素不变代入支护强度、侧压系数后得到巷道初掘期间不同部位塑性区与p0、λ耦合关系曲线,为巷道布置及支护强度定量设计提供重要的参数;回采期间假定前两者已定,得到工作面前方14~44 m巷道内围岩塑性区随地质强度因素GSI、支承压力P'变化的演化规律。通过UDEC大变形数值模拟计算获得工作面前方巷道围岩塑性区演化规律和同距离段理论计算结果基本吻合。对掘进、回采期间矿压观测结果表明,基于实测地应力的深埋回采巷道围岩塑性区演化规律研究具有针对性、定量性及实用性,能为巷道布置、支护参数设计及围岩稳定性判定提供可靠的依据。     

近断层深埋巷道掘进变形破坏规律

深埋巷道掘进遇到断层时,其围岩变形破坏特征发生极大变化,严重影响安全生产。为此,以海石湾煤矿一条深埋进风巷道为例,研究其临近断层掘进过程中围岩应力、位移、塑性区和剪应变演化特征,分析断层倾角、破碎带宽度和侧压力系数对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：当深埋巷道与断层净间距小于5 m时,随着深埋巷道掘进移近断层,巷道周边塑性区岩体剪应变逐渐增大,进而导致深埋巷道围岩位移呈指数式增长;随着侧压力系数增大,深埋巷道顶底板塑性区破坏深度逐渐增大,帮部则出现先减小后增大的变化规律;当深埋巷道与断层净间距大于5 m时,断层倾角和宽度对深埋巷道围岩位移与塑性区分布影响很小,反之,深埋巷道位移在断层倾角90°时最大,且与破碎带宽度呈指数衰减关系。     

深埋巷道破裂围岩位移分析

针对深埋巷道围岩普遍处于破裂状态的特点，采用非连续变形分析（DDA）软件对巷道围岩松动圈非连续体位移影响因素的变化规律进行了模拟研究．分析了用锚杆、锚索和注浆加固以增加围岩破裂面的黏结力、抗拉强度和内摩擦角的数值朱减少位移量的机理，提出了非连续体巷道失稳破坏的判断标准，并对埋深1159m的大松动圈围岩巷道的非连续体位移进行了定量计算和实地观测．实测结果与DDA软件计算值比较吻合，说明对于深埋巷道破裂围岩采用DDA方法进行位移计算和支护参数设计是可行的．     

深部巷道围岩变形试验与数值模拟研究

为了研究深部软岩巷道的变形破坏特性,以淮南矿区某煤矿13-1煤回采巷道为例,在现场调查回采巷道工程概况的基础上,开展了室内深部回采巷道围岩变形特性相似模拟试验,并基于块体离散元法,建立了深部回采巷道围岩的数值模型,模拟了开挖过程中围岩的变形特性。相似模拟试验和数值模拟试验结果表明,深部巷道围岩的典型特征为:巷道底臌量两帮移近量顶板下沉量,巷道不同围岩受开挖扰动的位移影响范围不同,底板为3.5 m,顶板为2.45 m,两帮为5.5 m。     

隧道围岩岩体变形破坏数值力学试验

该文通过对围岩岩体开展数值力学试验,在确定连续微元尺寸δc,并获取该围岩岩体各项基本力学参数的基础上,进一步研究了该围岩岩体的破裂过程,重点讨论了该围岩含单条横向节理和单条竖向节理岩体的变形破坏特征。     

用云纹法研究巷道围岩的变形

本文应用云纹法研完采矿工程的一个实际问题,对各向同性岩体中开挖一个直墙拱形巷道的变形进行了模型试验,其结果与近似解析解大致接近,但云纹法精度还有待进一步提高。     

深井巷道围岩应力及变形规律的数值分析

采用非线性有限元法，对深井巷道围岩应力及变形状态进行了数值计算．分析了巷道埋深、围岩性质和断面形状对围岩变形的影响．结果表明：当巷道埋探小于某一临界深度时，巷道周边围岩移近量随巷道埋深增加呈线性增加；当超过临界深度时，巷道围岩移近量呈现指数规律增加趋势．围岩变形破坏的临界深度取决于围岩的力学性质及巷道断面形状等因素．     

膨胀特性对软岩巷道围岩变形规律的影响研究

针对软岩巷道的特点，利用泥灰岩三轴试验结果，分析了膨胀特性对深井软岩巷道围岩稳定性的影响；利用最新的弹塑性理论研究成果。推导出了膨胀角与围岩变形的直接关系式；采用数值力学的研究方法，分析了软岩巷道周围体积膨胀与扩容现象．数值模拟结果表明：软岩巷道表面变形和巷道周边体积应变随膨胀角的变化均成非线性递增，膨胀角愈大，软岩巷道的围岩条件愈差，巷道周边围压越大，所需要的支护力就越大。这些重要结论为深井条件下软岩巷道工程提供参考．     

膨胀特性对软岩巷道围岩变形规律的影响研究

针对软岩巷道的特点,利用泥灰岩三轴试验结果,分析了膨胀特性对深井软岩巷道围岩稳定性的影响;利用最新的弹塑性理论研究成果,推导出了膨胀角与围岩变形的直接关系式;采用数值力学的研究方法,分析了软岩巷道周围体积膨胀与扩容现象.数值模拟结果表明:软岩巷道表面变形和巷道周边体积应变随膨胀角的变化均成非线性递增,膨胀角愈大,软岩巷道的围岩条件愈差,巷道周边围压越大,所需要的支护力就越大,这些重要结论为深井条件下软岩巷道工程提供参考.     

基于大变形升阻锚索深埋巷道围岩稳定性控制研究（英文）

研发了一种新型大变形升阻锚索支护结构,通过串联6个壁厚5 mm含环形V槽的直管型钢结构实现锚索吸能让压,吸能率为44.55 J/g。拉拔试验结果表明新型锚索极限变形量(221.58 mm)与普通传统锚索相比增加了4.87倍,具有大变形、增阻及高吸能等优良性能。通过离散元UDEC程序的二次开发,模拟了新型大变形增阻锚索支护阻力-变形曲线的双弹性阶段。采用新型锚索对深埋巷道围岩支护效果数值模拟结果表明,与无支护及传统锚索支护相比,顶板下沉量分别减小了88.33%与74.64%,稳定状态下最大主应力峰值分别减小了23.15%与18.34%,塑性区厚度分别减小了37.50%与62.50%。最后将新型大变形增阻锚索成功应用于真实巷道,两帮最大收敛变形量约为300 mm,实现了较好的支护效果。     

层状巷道围岩稳定性的试验研究

随着我国煤矿深部开采时代的来临,深部软岩层状巷道的稳定性问题越来越受到人们的关注。国内许多煤矿企业没有对深部巷道所处的复杂环境进行针对性的支护设计,从而产生了大大小小的安全问题。为了研究深部软岩巷道的变形及破坏规律,结合徐州矿区旗山矿的工程实际,制作了巷道物理模型,设计了不同地应力条件下的加载试验,成功模拟了深部煤岩体在自重应力和水平构造应力共同作用下的变形及破坏过程,并通过红外图像记录应力集中区域以及能量释放区域,形象再现了实际工程现场巷道两帮非对称变形、底鼓、冒落等破坏现象。研究内容可为深部层状软岩巷道稳定条件和支护方式的确定提供参考。     

回采巷道围岩变形率的预测

巷道围岩变形率预测是巷道支护设计的主要环节，本文以影响回采巷道稳定性的主要因素为基础，分析整理了我国煤矿１００多条典型的巷道实测数据，应用多元线性回归方法，建立了预测各类巷道围岩变形率的回归方程，经理论检验与实例验证，预测方法可用于我国回采巷道控制设计，具有广泛的实用价值。     

爆炸载荷下邻近巷道围岩平行裂纹扩展规律试验研究

爆炸载荷下邻近巷道围岩的破坏往往表现为围岩裂纹扩展贯穿,为了更深入地了解爆炸载荷下邻近巷道围岩原有裂纹的扩展贯穿机制,以便提出有针对性的围岩防护措施,采用数字激光动态焦散线试验系统,详细研究了两平行裂纹的贯穿过程。结果表明:爆源、巷道自由面以及原有裂纹间的相互作用是影响裂纹扩展贯穿过程的主要因素,爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展主要包括爆生主裂纹与原有裂纹的扩展贯穿以及原有裂纹间的扩展贯穿,且在贯穿过程中伴随有能量的传递;爆炸载荷下,爆源处诱发爆生主裂纹与相距较近的围岩原有裂纹贯穿,并继续沿原爆生主裂纹扩展方向,即炮孔径向扩展,形成爆炸能量释放的主线,其他薄弱区域能量释放明显被削弱;当原有两裂纹邻近尖端存在相互影响区时,距离爆源较远的原有裂纹翘曲向距离爆源较近的原有裂纹。     

巷道端部围岩位移规律

本文采用实测与数值分析相结合的方法，研究了巷道端部出现塑性变形后的围岩位移规律。研究表明主要影响因素是：铅垂方向和水平方向原岩应力的差值和岩体弹性模量。在所研究的各种条件下，巷道端部的影响范围都接近于巷道掘进半跨度的５倍。     

锚固巷道围岩结构动态响应规律研究

针对冲击矿压显现主要发生在巷道的现状,运用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,研究了P波作用下锚固巷道围岩与锚杆动态响应规律.结果表明:巷道迎波侧与侧向位置是重点支护位置;应力波作用是迎波侧围岩变形的主导因素,迎波侧锚杆轴应力先小幅下降而后迅速增大,最后稳定在峰值,而主次承载结构不同的动态响应是侧向位置围岩变形的主导因素,侧向位置锚杆轴应力呈"双峰"特性;结合现场分析了围岩层裂垮落与锚杆冲击拉断两种典型的破坏类型,并从改善支护参数和煤岩体强度弱化两方面提出了防冲建议.     

软化岩体中巷道围岩塑性区分析

本文以岩体的全应力－应变曲线为基础，建立了反映岩体出现塑性破坏后强度降低特点的力学模型，得到了巷道围岩塑性区半径和应力的明确解答。通过与现有其它力学模型的比较证明，本文提出的巷道围岩塑性区半径计算公式更为合理可靠，有更广泛的适用性。     

不同断面形式深埋巷道围岩破坏数值模拟分析

以Ⅲ级围岩为例,利用有限差分软件FLAC对不同埋深情况下不同断面形式的巷道进行数值模拟,分析矩形、直墙拱形和圆形断面巷道围岩应力应变、围岩塑性区随埋深的变化规律及特点。结果表明：拱形断面巷道的围岩变形、围岩塑性区最小,尤其是顶板下沉量较矩形和圆形断面巷道的要小得多;圆形断面巷道围岩水平向位移最小;矩形断面巷道围岩应力及变形随埋深增加幅度都要大于拱形和圆形断面巷道。     

深部巷道围岩破裂模型试验变形量测研究

针对地质力学模型试验内部变形难以精确量测的难题,以深部巷道围岩破裂模型试验为基础,在模型中布置了布拉格光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器,对巷道围岩内部的应变和位移进行监测,并布置了电阻应变砖进行对比分析.研究成果表明:1)电阻应变砖、布拉格光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器测得的围岩内部变形规律基本一致,将光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器应用于模型试验的内部变形量测是可行的;2)光栅尺位移传感器精度可达到0.001 mm,且具有制作简单、稳定性强、不易损坏等优点,在模型试验中具有广泛的应用前景;3)3种量测手段均揭示出深部巷道围岩内部变形呈现波峰与波谷交替变化,这与模型断面出现的破裂区与非破裂区交替破裂现象相吻合.     

基于增量型本构关系的深埋巷道开挖面附近围岩统一解

为了准确地评价矿山巷道开挖面附近围岩的安全性,基于统一屈服准则和增量型本构关系,分段地分析开挖面"空间效应"影响范围内的围岩稳定性;通过算例分析巷道各项安全性指标(即多种屈服准则解如:原岩应力阈值、围岩应力和位移分布、塑性区边界线)受岩石抗剪强度参数以及应力卸载或集中等的影响程度,由现场实测数据验证;为研究受开挖面"空间效应"影响的区段,引入了"虚拟支护阻力",并给出"空间效应"影响段围岩的各项安全性指标的解析解.工程实践表明,本文计算结果符合实际.