沿底留顶煤回采巷道断面形状优化数值模拟研究

以某矿沿底留顶煤回采巷道为研究对象,采用理论分析和FLAC2D数值模拟为主要方法,分析了矩形、直墙半圆形和圆形3种断面形状对巷道围岩塑性区发育特征、应力分布特征和围岩变形特征的影响。直墙半圆拱形断面与圆形断面比较而言,围岩塑性区发育范围、应力分布特征和变形特征降低程度减小;针对沿底留顶煤回采巷道而言,直墙半圆拱形断面是较优断面形式。     

基于ABAQUS数值模拟的采区巷道断面形状优化研究

 选取矩形、梯形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、直墙半圆加反拱形6种常用采区巷道断面形状进行数值模拟分析,研究不同巷道断面形状开挖后位移分布,分析表明直墙半圆拱形巷道变形量最小,且加设反拱后对于减少底臌量效果明显。选取矩形和直墙半圆拱形断面作为代表断面,分析不同埋深H及侧压力系数λ对采区巷道变形特征、围岩应力影响。在此类围岩条件下,当采区巷道埋深小于400 m、侧压力系数小于1.6时,矩形巷道和直墙半圆拱形巷道围岩变形量差距较小,此时可以选择矩形巷道断面以满足经济性要求。     

红一煤矿半煤岩巷围岩控制技术优化研究

为保证红一煤矿半煤岩巷道围岩的稳定及煤矿安全开采,以红一煤矿运回联巷为工程背景,运用钻孔探测及数值模拟的方法,研究了试验段巷道顶板内部裂隙发育规律,并对比分析矩形断面和直墙半圆拱形巷道围岩塑性区及位移分布特征。研究结果表明:试验段巷道围岩锚固体承载结构相对较弱,直墙半圆拱形断面受力优于矩形断面,且直墙半圆拱形断面巷道变形小于矩形断面巷道变形。现场实测验证了以上观点。     

巷道断面对东胜矿区侏罗纪4~#煤层掘进巷道稳定性的影响

针对东胜矿区侏罗纪4~#煤层掘进巷道在普通锚网索支护条件下需留顶、底煤以维护巷道稳定性等难题,以双欣煤矿414108工作面辅助运输巷为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟及现场实测等方法,研究分析原断面方案下巷道围岩失稳冒落原因,确定了以断面形式计算合理的断面参数来解决掘进巷道冒落问题。结果表明:不同巷道断面的变形情况均表现为极速变化-缓慢变化-趋于平稳的变化过程,直墙半圆拱形巷道较原矩形巷道围岩变形量减小,在冒落区将巷道断面改为拱形断面可提高围岩的长期稳定性。     

直墙半圆拱形巷道变形破坏影响因素分析

通过对巷道变形破坏特征进行分析,选取侧压系数λ、围岩垂直压力p、岩体的黏聚力C、岩体的内摩擦角φ、岩体的单轴抗拉强度σ_t等5个主控因素,经过正交试验设计,研究它们对直墙半圆拱形巷道的变形破坏影响程度。试验结果表明:对直墙半圆拱形巷道围岩塑性区体积的影响大小为内摩擦角侧压系数垂直应力黏聚力抗拉强度;对直墙半圆拱形巷道综合变形量影响大小为抗拉强度内摩擦角侧压系数黏聚力垂直应力。     

大埋深软岩煤矿运输大巷支护优化设计

针对红庆河煤矿3-1煤南翼辅助运输大巷的支护问题,采用FLAC3D模拟研究了在基本相同的支护措施下直墙半圆拱形巷道和矩形巷道围岩的变形及支护结构的受力情况。根据2种巷道断面形式下的围岩变形及支护体受力,建议将巷道设计成切圆拱形。     

深部综放沿空巷道断面优化

深部开采会发生综放沿空巷道变形大、难支护等问题.目前常采用的矩形断面易产生应力集中,而直墙半圆拱形断面优点突出.通过模拟矩形、直墙半圆拱形断面在浅部和深部情况下的应力应变差别,得出结论:两种断面在浅部条件下差别不大,但对于深部综放沿空巷道而言,宜采用直墙拱形断面.     

综采工作面回采巷道断面形状优化设计探讨

针对目前西铭矿48710工作面矩形巷道变形大、难以维护等问题,结合具体条件,采取UDEC模拟分析了矩形巷道、圆形巷道、直墙半圆拱形巷道的破坏特征、受力情况及围岩变形量,得到了直墙半圆拱形巷道断面为最优断面,并采取了锚杆+锚索+金属网+钢筋梯子梁联合支护进行了数值模拟,为类似条件工作面的巷道断面选取提供参考。     

基于FLAC3D的深部巷道支护围岩稳定性研究

为了验证某煤矿巷道支护设计是否满足矿井支护要求,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了巷道周围煤岩体应力分布、巷道周围煤岩体塑性区分布、巷道周围围岩体变形规律以及巷道支护中锚杆、锚索轴向力分布。研究得出:巷道顶底板围岩变形为31 mm,巷道两帮变形量为22 mm,巷道右侧锚杆受力明显大于巷道左侧锚杆受力,巷道围岩出现失稳破坏。因此,在进行最终巷道设计时,应增加锚杆、锚索的抗拉强度及减少锚杆、锚索的间排距,从而达到巷道围岩的稳定性,保证矿井安全生产。     

巷道断面尺寸对巷道围岩稳定性影响的模拟研究

为研究巷道断面对巷道围岩稳定性的影响,以常村煤矿11204工作面为研究对象,采用数值模拟的手段对不同的巷道断面尺寸进行围岩塑性区、应力场和巷道围岩变形量的影响分析,由数值模拟结果可知,巷道断面尺寸变化对巷道围岩稳定性影响较大,随着巷道断面的不断增大,巷道围岩的塑性区范围逐步增加,巷道两帮与底板是直墙半圆拱形巷道支护承载薄弱的环节须加强支护。     

基于断面形状效应的厚顶煤巷道支护参数优化

针对厚顶煤矩形断面巷道顶板两侧肩角锚杆易剪切破断、顶煤易离层破碎等支护难题,以唐家会矿61201综放工作面运输巷为工程背景,通过数值模拟对矩形和直墙平顶肩角微拱形厚顶煤巷道应力分布特征进行了对比分析。结果显示:直墙平顶肩角微拱形厚顶煤巷道顶板两侧肩角无应力集中、顶帮煤体松动范围相对于矩形厚顶煤巷道均有所减小,尤其顶煤松动范围减小明显,说明直墙平顶肩角微拱形断面有利于厚顶煤巷道围岩稳定性控制。在此基础上,提出了相应的巷道围岩控制对策,并进行了支护参数优化,经过现场应用,不仅顶板两侧肩角未发生锚杆剪断现象,而且掘进期间顶板下沉量达到15 mm时就趋于稳定,回采期间顶底板累计移近量仅220 mm,两帮移近量仅150 mm,支护效果显著。     

Research on space-time coupling action laws of anchor-cable strengthening supporting for rock roadway in deep coal mine

In order to obtain space-time coupling relationship of anchor-cable to improve supporting effect for deep coal mine rock roadway, FLAC^3D was used to investigate into mechanical characteristics of the roadway whose crosssection shape was vertical wall and semi-circular arch when the roadway was supported by bolts and metal mesh. The results show that the extent of stress concentrations, the range failure zone, and the deformation at the roof center and two spandrels of roadway are greater than those at other positions, except at the floor. The reasonable positions of anchor-cable supporting are the roof center and two spandrels of roadway. The anchor-cable should be installed at good time with bolts supporting after roadway driving because it can improve the stress states of deep surrounding rock around the roadway and control the roadway deformation effectively. The engineering practice has proven that the sustained deformation of deep surrounding rocks is effectively controlled when the anchor-cable supporting is adopted at reasonable positions of the roadway at good time.     

动力失稳下煤矿巷道围岩松动变形特征与支护参数研究

为了提升煤矿巷道围岩的稳定性,解决现有支护方式支护效果差的问题,分析煤矿巷道在动力失稳状态下的围岩松动变形特征,实现支护参数的优化计算。探测煤矿巷道围岩内部结构,根据动压巷道围岩变形的影响因素及其作用方式,建立煤矿巷道围岩动力失稳模型。在该模型下,通过确定应力变化规律和应力—应变关系,得出围岩松动变形的特征分析结果。参考围岩松动变形特征,确定合理的支护方式,得出锚杆长度、锚间排距、组合拱厚度等支护参数的计算结果。根据变形特征与支护参数结果,进行数值模拟分析,完成围岩松动变形支护。将模拟结果应用到实际的松动变形修复工作中,能够控制围岩松动变形量控制在要求范围内,降低裂缝破坏程度。     

不同煤柱宽度下巷道围岩变形规律分析

为了解决合理煤柱宽度设置的问题,避免煤炭资源的浪费和确保矿井的安全开采,理论分析了软岩巷道破坏特征和高应力软岩巷道破坏特征;数值模拟分析了不同宽度煤柱下垂直应力分布、巷道围岩塑性区分布特征、巷道围岩变形量分析。研究为合理煤柱宽度的留设提供了科学依据。     

极弱胶结地层煤巷支护体系与监控分析

针对极弱胶结地层煤巷围岩自稳能力差、自稳时间短、围岩变形剧烈等特征,采用FLAC3D深入揭示了矩形、切圆拱形与直墙拱形等3种断面形状煤巷开挖后围岩位移、塑性区及应力分布规律,确定了极弱胶结地层煤巷合理断面形状;结合国内外煤巷支护理论与技术,提出了极弱胶结地层煤巷"双层锚固平衡拱结构",基于煤层厚度与巷道埋深,分类提出了极弱胶结地层煤巷支护技术方案,模拟验证了支护方案的合理性与可行性;基于围岩变形与支护结构受力实时监测及分析,动态掌握了极弱胶结地层煤巷围岩变形与支护结构受力状态,评价了支护效果与验证了支护方案的可行性。监测结果表明,切圆拱形断面煤巷成型较好、受力均匀,有利于巷道围岩的整体稳定,提高了煤巷开挖后的自稳与承载能力;锚网索联合支护技术方案有效地控制了极弱胶结地层煤巷围岩大变形与破坏,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

深部开采卸压巷道合理位置研究

随着矿井开采深度的不断加大,深部软岩巷道底鼓问题日益严重,开掘卸压巷是解决巷道底鼓的有效途径之一,其位置的选择决定了巷道的卸压效果。为了进一步研究卸压巷的合理位置,以某矿E2337工作面为背景,采用理论计算和FLAC数值模拟分析的方法,对距采空区10,15 m处卸压巷两侧煤柱的垂直应力和卸压巷的变形量进行了对比和分析。研究表明:合理布置卸压巷,既可以减小两帮的表面位移量,又可以转移巷道周围的集中应力,降低巷道底鼓的变形量,在煤层上分层距采空区10 m处布置卸压巷卸压效果最好。     

大断面巷道二次联合支护技术研究

随着煤矿深部开采逐渐发展,巷道断面不断扩大以满足煤矿运输及通风要求,成为当前煤炭生产的主要趋势,但巷道断面扩大也造成其支护难度逐渐增大,后期维护成本高等问题。本文以铜川矿区某矿530水平进风斜巷为研究背景,通过数值模拟方法监测巷道围岩应力及变形情况。当前支护措施巷道围岩破坏严重,提出利用U29型大刚度支架做二次补强支护,以控制巷道破坏。     

龙王沟煤矿61617工作面巷道片帮机理与稳定性控制研究

研究大断面全煤掘进过程的煤壁片帮机理及控制技术对煤矿的安全稳定生产具有重要的意义。以龙王沟煤矿61617工作面的掘进巷道为研究背景,采用理论分析、FLAC^3D数值模拟、现场应用等相互验证结合手段,得出了巷道煤壁片帮机理及锚杆控制非连续性变形控制机理,提出了解决巷道片帮的支护方案。研究表明:在巷道锚杆的支护效果范围附近,围压可以等效为锚杆支护所提供给煤岩体的支护阻力,因而可以通过增加支护使用的锚杆支护阻力的方式,弱化巷道周围煤岩受采动扰动而导致的滑动和张开现象,根据巷道煤壁片帮机理及锚杆控制非连续性变形控制机理,提出针对于龙王沟煤矿61617工作面大断面全煤巷道煤壁片帮的支护方案,现场应用效果良好,经过新的支护方案,巷道片帮问题基本上得以解决,为矿井的安全生产提供了有力的保障。     

三软煤层沿底托顶煤巷道数值模拟研究

三软煤层巷道支护困难严重影响了矿井的安全高效生产。运用数值模拟方法对三软厚煤层沿底托顶煤支护技术进行了分析研究。根据平禹一矿三软煤层巷道的地质条件,分析了三软煤层巷道变形的破坏特征和影响因素,并根据该矿二₁-13110工作面地质条件,运用FLAC^3D数值模拟软件分析了不同支护结构下巷道的位移量、主应力和围岩塑性区的变化规律。数值模拟结果表明:巷道在主被动协同支护的条件下,支护结构能充分发挥协同作用,支护效果改善明显。