巷道断面尺寸对巷道围岩稳定性的数值模拟研究

为研究巷道断面对巷道围岩稳定性的影响,通过对4.8 m×3.5 m,7 m×5 m,9 m×6.5 m,11 m×8.2 m的巷道断面尺寸采用数值模拟的手段,分析不同的巷道断面尺寸对围岩塑性区、应力场和巷道围岩变形量的影响。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。     

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。     

深部矩形回采巷道围岩变形破坏的尺寸效应研究

以三种相似配比材料分别制作淮南矿区丁集煤矿13-1煤及其直接顶(底)、老顶(底),在实验室深部巷道围岩破裂机理及支护技术模拟试验装置内进行大、小两种不同断面的矩形回采巷道真三轴加载试验。模型试验结果表明:应力梯度加载到一定程度时,大、小断面巷道围岩应变都经历了"浅部拉深部压应变,存在零应变点",大断面应变明显大于小断面应变值;大、小断面底鼓达到峰值时的压力不同,前者小于后者,但最终位移量相当,分别为800mm、725mm;深部开采条件下大断面变形量大,矿压实测结果与试验结果吻合。综合研究表明:特定开掘尺寸及支护强度下,大断面预留大变形是深部矩形回采巷道围岩稳定性控制的有效途径。     

矩形巷道围岩稳定性数值模拟研究

为分析矩形巷道围岩应力与变形的分布规律,利用FLAC3D数值模拟软件对矩形巷道围岩的稳定性进行了模拟分析,并给出了矩形巷道支护建议。研究结果表明,矩形巷道顶、底板主要为拉伸破坏,两帮主要为剪切破坏,且顶、底板破坏深度大于两帮,运用锚杆支护能较好地解决矩形巷道的支护问题。     

基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合MohrCoulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷...     

硐室断面尺寸效应对围岩稳定性影响因素数值模拟研究

以山东新巨龙能源有限责任公司胶带输送机巷硐室围岩为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,对不同硐室断面积下围岩的塑性区分布规律、应力场以及位移场的变化规律进行深入研究。结果表明:硐室围岩稳定性有明显的尺寸效应,硐室断面越大,围岩稳定性越弱,支护难度也就越大。     

梯形断面掘进巷道围岩稳定性数值模拟

针对埋深和断面对巷道围岩破坏这一煤矿安全的关键问题,通过对掘进巷道围岩的理论建模,分析了不同埋深梯形掘进巷道的围岩应力场和位移的变化规律,结果表明:随着埋深增加,无锚杆支护的巷道两侧会受到很大的应力而发生变形直至破坏,而锚杆支护后,可以明显降低围岩周围的应力,且巷道位移较小,不产生破坏。煤矿巷道开挖后,应立即进行锚杆支护,可以十分有效的控制巷道两侧围岩以及顶板和底板的变形,从而使巷道处于安全状态。     

大断面巷道围岩稳定性与控制技术探讨

以王家岭矿18101工作面开采为实例,分析了大断面回采煤巷高帮破坏机理以及顶板锚杆锚索协同支护机理,提出大断面巷道高帮强化支护方式,应用大埋深大断面煤巷的协同优化控制支护技术;通过FLAC3D模拟软件分析,确定了优化合理的联合支护方案。实践表明,联合支护应用效果良好。     

大断面巷道联合支护围岩稳定性分析

以晋圣亿欣煤业XV1206工作面辅运巷大断面巷道支护设计为背景,通过运用数值模拟和现场实测相结合的方法,对“锚杆+锚索+钢带”联合支护下巷道围岩移近量及破坏情况进行了分析。数值模拟结果表明,当工作面推进80 m后,顶底板围岩移近量稳定在177 mm左右,两帮移近量稳定在129 mm左右;底板破坏严重,与其岩性密切相关,现场应做好水的管控。现场实测顶底板移近量稳定在148.8 mm左右,两帮移近量稳定在134.5 mm左右,与数值模拟结果相近。充分说明“锚杆+锚索+钢带”的联合支护设计对保证XV1206工作面辅运巷围岩稳定性效果显著。     

大断面巷道围岩控制技术研究

1301工作面两回采巷道为大断面巷道,变形速度快,支护效果不够理想,顶底板和两帮变形速度和位移量都非常大。数值模拟分析了回采巷道围岩变形规律,分析结果表明:随着应力增高系数的增加,煤巷顶板下沉量和两帮移近量加剧,尤其是底板拉应力塑性区较大。巷道宽度一定时,随着巷道高度的增加,顶底板的塑性区保持不变,两帮塑性区增加,采取锚网索优化设计后,巷道围岩变形得到有效控制。     

王庄煤矿大断面巷道锚杆支护围岩稳定性分析

为了有效掌握大断面巷道锚杆支护后的围岩变化规律,为以后的大断面巷道锚杆支护设计提供参考,以王庄煤矿6202工作面风巷为例,基于FLAC~(3D)软件构建了6202风巷围岩稳定性数值计算模型,对现有大断面巷道支护方法下巷道围岩的稳定性及变形规律进行分析。通过数值模拟得出,随着工作面的不断推进,巷道围岩发生了一定的应力变化和移动变形,但巷道稳定性较好,随着工作面初次来压,巷道逐渐趋于稳定。     

巷道围岩稳定性埋深效应数值模拟研究

为分析不同埋深对巷道围岩稳定性的影响,采用CDEM数值模拟软件,建立了相同地质条件下的4个不同断面的模型,分析埋深对巷道围岩位移、塑性区、应力场分布的影响,揭示大埋深巷道围岩的维护特征。     

矩形巷道支护预紧力对围岩稳定性的影响

以凉水井煤矿3-1煤破碎顶板为研究对象,对锚杆索预紧力对巷道围岩稳定性的影响进行分析。采用数值模拟的方法,分析了不同预紧力条件下,矩形断面巷道围岩的稳定性变化规律,得出不同预紧力情况下,巷道围岩变形及破坏特征,通过数值模拟,提出3-1煤矩形巷道锚杆索支护最佳预紧力方案,以达到充分发挥锚杆索的主动支护作用,降低劳动强度,提高经济效益的目的。     

断面形状对巷道围岩稳定性影响的数值分析

利用数值计算方法,研究了断面形状对巷道围岩的稳定性影响。结果表明:断面形状对巷道围岩的稳定性有较大影响。圆弧拱巷道围岩稳定性要远大于矩形巷道。采用失跨比为0.2的圆弧拱巷道代替矩形巷道,可显著改善巷道围岩应力状况,减小巷道围岩变形量,减少围岩塑性屈服区域,大大加强巷道围岩的稳定性。     

圆角矩形巷道的稳定性研究

传统矩形巷道在使用中已出现大量稳定性不足造成的工程事故,阻碍了矩形巷道在矿山回采中的应用与推广。为了改善矩形巷道稳定性,提出1种新型的矩形巷道断面形式,即加圆角的矩形断面。此种断面形式,是利用1/4圆角代替传统矩形巷道的4个直角。通过有限元软件ANSYS进行数值模拟,对比传统矩形巷道与加圆角矩形巷道的位移场和应力场状态,并对圆角矩形巷道的稳定性状态进行研究。结果表明有圆角的改善过后,矩形巷道围岩径向位移量减少,应力集中程度减小,整体稳定性增强。     

巷道尺寸及布置对围岩稳定性的影响分析

为了分析巷道尺寸及布置对围岩应力、塑性区及变形特征的影响,采用理论分析及数值模拟的方法分析了在不同断面尺寸及不同巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的围岩应力及变形特征。研究表明:巷道断面尺寸及巷道轴线与最大水平主应力之间的夹角对巷道围岩的应力及变形特征有很大影响。其中跨高比的减小对巷道帮部的影响很大,使得应力集中程度及范围明显增大,应重点防护。巷道轴线与最大水平主应力之间的夹角增大会造成水平主应力在巷道两侧分布不对称,巷道顶底板的应力集中程度有所增大,且巷道变形明显。     

矩形巷道围岩塑性区宽度研究

以极限平衡理论为基础,运用Zienkiewicz-Pande准则推导出矩形巷道围岩塑性区宽度的解析解。通过实例进行计算,利用单因素分析法分别分析了影响塑性区宽度变化的4个主要因素,得出其变化规律,并且将Zienkiewicz-Pande准则解与Mohr-Coulomb准则解和DruckerPrager系列准则解进行了对比。     

深部大断面巷道交叉点围岩稳定性分析及控制技术

针对邢东矿-760 m水平大断面巷道交叉点顶板明显下沉、两帮剧烈收敛、底板强烈鼓起、柱墙岩体破碎松散等巷道变形破坏特征,采用理论分析、数值模拟、工程类比及现场观测等方法,针对性地提出了集多层次交错密集高强度锚杆(索)支护技术、多层混凝土喷层拱支护、壁后注浆加固拱和柱墙浇注混凝土加固于一体的锚喷网注联合支护技术,剖析了深部大断面交叉点具体支护方法的围岩控制机理。研究表明:①当锚杆安装越密集时,压应力叠加所形成承压拱的最小厚度越大,压力拱承载能力越强;②锚杆间距大于700 mm时,喷层结构最大承载力小于0.55 MPa,随着锚杆间距减小至400 mm,喷层承载能力与锚杆间距呈类幂函数增长关系;③喷层结构承载能力与喷层厚度呈类线性关系,即喷层承载能力随喷层厚度增大而线性增大;④数值模拟结果表明围岩塑性破坏深度较大的区域位于顶部两肩窝处,且交叉点大部分塑性区深度小于2.4 m,锚杆长度确定为2.4 m时,能够使得锚杆锚固在岩体的弹性区内。基于以上研究,结合现场地质生产条件确定巷道交叉点围岩支护方案,并进行现场工程应用。工程实践表明,采用锚喷网注联合控制技术后,顶底板、两帮移近量最大分别为166、134 mm,移近速率最大分别为9.8、7.3 mm/d,巷道围岩总体收敛情况较好,有效控制了-760 m水平大断面巷道交叉点围岩变形。