接触带巷道围岩剪应力分布的接触角效应

接触带巷道围岩剪应力大小及其分布特征是影响巷道安全稳定的关键因素之一,揭示不同接触角的巷道围岩剪应力变化规律是接触带巷道稳定性研究的重要内容。利用三维光弹应力冻结试验,根据光弹材料性质,采用3 000kN的荷载对光弹模型加载,定量表征15°、30°、45°、60°和75°接触角的巷道围岩的剪应力分布状况。以铁矿和石灰岩接触带为工程背景,进行试验研究,结果表明,接触角越大剪应力集中位置越靠近顶底板中央;当接触角在15°～75°范围内变化时,随着接触角的增大巷道顶底部的剪应力总体变化趋势是先减小后增大,在接触角为30°时取到最小值。研究得到的不同接触角巷道围岩应力分布规律对接触带巷道的稳定性控制具有指导意义。     

深部巷道围岩分区破裂化的三维光弹试验研究

为研究深部巷道围岩分区破裂的形成机理,采用三维光弹应力冻结试验法研究深部巷道围岩的应力分布。光弹试验模型在径向约束条件下分别沿巷道轴向施加5 KN、30 KN、50 KN、70 KN和90 KN的荷载,光弹切片直观地呈现分区破裂围岩应力场。结果显示,当轴向应力达到一定水平时,巷道围岩应力分布呈现与巷道同心的完整圆环形,巷道附近围岩应力最大。随着巷道轴向应力的增大,与巷道同心的圆环形应力圈数增多,应力水平提高,且最大应力有远离巷道表面的趋势。研究表明,巷道轴向应力决定了分区破裂产生的破裂圈数,是影响巷道分区破裂的主要因素。随着轴向应力的增大,高地应力“绕过”巷道。三维光弹试验法为分区破裂力学研究带来方法上的进步。研究成果可为巷道围岩稳定性控制提供新的思路,为巷道的开挖和支护设计提供理论基础。     

充填体—围岩组合体力学特性及破裂演化特征 RFPA3D 模拟

为深入分析非线性接触面下接触角对充填体—围岩组合体力学特性及破坏演化特征的影响,借助 RFPA3D 真实破裂过程分析软件,开展了 7 个角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),2 种灰砂比(1 ∶4、1 ∶8)的单轴压缩组 合体数值试验。 结果表明:①随着接触角增大,组合体模型的峰值应力、峰值应变、弹性模量先减小后增大;随灰砂比 增大,各参数均增大;接触角 60°时,组合体峰值应力和峰值应变最小;接触角 15°时,弹性模量最小;接触角 90°时,各 参数均最大。 ②张拉应力是造成充填体内部横向裂纹和破碎区的主要原因,剪切应力是造成充填体二次开裂、接触 面滑移和围岩破坏的主要原因,组合体破坏为宏观剪切—张拉混合裂纹。 ③接触角 0° ~ 30° 组合体破坏为张拉破坏, 发生在充填体区域;接触角 45° ~ 60° 组合体破坏为剪切破坏,发生在充填体和接触面区域;接触角 75° ~ 90° 组合体破 坏为剪切—张拉组合破坏,发生在充填体、接触面和围岩区域。     

水平应力对巷道围岩稳定性的影响

采用理论分析方法研究了巷道布置与地应力场的关系,利用数值模拟方法分析了不同巷道轴线与最大水平主应力夹角的情况下,巷道围岩应力分布与变形特征。指出随着夹角增大,水平应力分布从对称变为非对称,应力降低区与升高区也发生变化;当夹角增大到一定值,非对称性逐渐降低,到90°时又出现了对称分布;巷道变形在夹角20～70°变化明显。在山西潞安常村煤矿井下进行了地应力测量,分析了地应力对巷道变形与破坏状况的影响,验证了理论分析与数值模拟结果。     

厚砂土层斜井井壁应力分布规律三维光弹性模型试验

以穿越厚砂土层的某煤矿主斜井为工程背景,设计了物理模型试验,建立了斜井井壁三维光弹性应力冻结试验方法。实现了考虑斜向倾角作用下穿越厚砂土层斜井井壁应力状态的三维试验模拟,并结合应力冻结后模型横、纵向切片光弹测试得到的全场最大剪应力等值线图对井壁应力随埋深、环向角度变化规律进行了分析。研究结果表明,井壁横向切片内应力水平和应力分布不均匀性均远大于纵向切片,最大剪应力的应力集中区域出现在井壁两帮内缘水平面±25°范围内,斜井井壁顶部最大剪应力大于底部;随斜井井壁埋深增加,纵向应力近似线性增加,但不同环向角度对应的应力增加速度差异较大,从而导致不同埋深位置,井壁内部应力的量值和分布规律均有差异。     

水平应力对巷道围岩变形破坏影响规律研究

通过数值模拟试验,研究了在无支护条件下、不同水平应力作用下的巷道围岩变形破坏规律和特征。结果表明:随着水平应力的升高,巷道两侧应力值也随之增大,应力峰值呈现远离煤壁的趋势,巷道主应力值和范围随之增加,塑性区范围在垂直方向呈递增趋势,在水平方向则变化不大,但是巷道围岩塑性区范围有明显增大的趋势。     

高应力爆破扰动条件下巷道围岩损伤数值模拟研究

深部巷道围岩在频繁爆破扰动作用下微裂隙不断产生、扩展与贯通,形成宏观破裂,岩体失稳灾害日益突出。本文采用FLAC3D软件,考虑不同侧压力系数,开展高应力爆破扰动条件下巷道围岩损伤规律研究。结果表明：应力环境明显影响巷道围岩的损伤特征。初始应力条件决定巷道围岩的破坏区域和破坏形态分布,爆破扰动会加剧巷道围岩的损伤,加快破坏速度。与初始应力状态相比,爆破扰动造成巷道围岩松弛区变厚、应力集中程度和影响范围增大,同时改变围岩中位移的分布特征和范围,并增大围岩的最大位移量。巷道围岩所受双向载荷差值越大,爆破扰动作用后塑性区的深度就越深,破坏增量也越大,巷道围岩塑性区的范围远大于松弛区。支护工程应控制松弛区围岩,避免其发生垮落。研究为深部巷道围岩控制提供支撑。     

增量荷载作用下深部煤巷冲击破坏规律模拟试验研究

为研究深部煤巷道围岩应力状态与围岩结构冲击破坏之间的关系,探索深部煤巷冲击地压发生机制,利用设计的可水平和垂直双向增量加载相似模拟试验平台,试验分析了巷道围岩全过程(自掘进至成巷)应力演化及宏观破坏特征,研究了增量荷载作用深部煤巷围岩冲击破坏规律。研究得到:(1)掘进成巷时,巷道围岩体为应力卸荷状态;成巷后,巷道围岩应力开始进入"缓增—快增—缓增"波动阶段;当巷道模型左侧和顶部载荷增加时,围岩变形增大、局部破坏明显,巷道围岩应力开始进入"快增—突变"阶段,巷道发生冲击破坏;冲击破坏后,巷道围岩应力进入"降低—稳定"阶段,与载荷增加前的围岩应力大小相比,顶底板岩层、左帮、右帮浅部等煤体应力基本恢复到冲击破坏前的大小,但巷道右帮煤体深部应力仍处于较高应力状态。(2)深部煤巷围岩冲击破坏与其应力状态呈正相关关系,静载作用下围岩应力呈波动缓增状态,围岩结构破坏不明显;增量荷载作用下,巷道围岩应力呈快增突变状态,局部围岩破坏明显、冲击破坏发生,围岩应力经历了从初始增加到波动增加、再到突变及平衡共7个演化阶段,试验再现了围岩冲击破坏发生的全过程,揭示了冲击破坏发生时的围岩应力突变特征。(3)在山东...     

水平应力对半圆拱形巷道围岩应力分布及变形特征影响

该文通过数值模拟试验的研究形式,使用ABAQUS(有限元数值计算软件)数据分析方法,进行不同水平应力对巷道围岩应力分布与变形特征影响模拟试验,详细分析半圆拱形巷道围岩在不同水平应力下,巷道围岩应力的分布与变形特征的影响,探索水平应力、垂直应力与巷道围岩稳定性之间的关系,从而为巷道围岩控制实际施工提供充分的数据支持与理论依据,优化半圆拱形巷道围岩的稳定性能。     

基于霍克-布朗准则的巷道围岩塑性区估计

 为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力的基础上,依据霍克—布朗强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性分界限。本文通过理论计算得出在不同侧压力、不同地应力、不同m值、不同s值情况下巷道围岩的塑性区,并通过数值模拟进行对比,分析得出巷道塑性区的演化规律,对实际工程有一定的指导作用。     

不同煤层倾角锚杆支护巷道围岩受力特征物理模拟研究

为了研究煤层倾角变化对锚杆支护回采巷道围岩力学特征的影响,结合淮南矿区大倾角煤层开采地质和技术条件,应用自制相似材料模拟旋转试验架,建立了煤层倾角为0°,30°和45°的锚杆支护回采巷道的相似材料模拟模型,系统分析了不同煤层倾角锚杆支护回采巷道围岩应力、变形和破坏特征。随煤层倾角增大,巷道围岩应力分布和变形的非对称性特征更加明显;倾角越大,巷道围岩的整体稳定性越差。研究得出顶板、高帮和底板是大倾角煤层实体煤回采巷道围岩稳定性控制的关键部位,揭示了煤层倾角变化对锚杆支护巷道围岩力学特征影响的作用机理。工程应用表明,大倾角煤层回采巷道围岩稳定性控制的关键是根据巷道围岩非对称结构特点和围岩力学特征的非对称性,采用非对称锚网索组合支护,并不断改进支护材料、优化支护参数、加强施工工艺和质量管理。     

深部巷道围岩变形与破坏特征

针对某矿深部巷道片帮严重、冒顶频发等变形破坏严重、支护困难的具体情况,通过理论分析深部巷道周围的应力场分布状态,结合有限差分数值计算软件FLAC3D对深部巷道围岩变形破坏的发展过程进行了研究,通过对比不同原岩应力水平下圆形巷道塑性区的发展过程以及巷道围岩的形变特征,研究发现巷道埋深增加引起巷道围岩破坏的位置上移,多表现为顶部和靠近顶部的两帮围岩破坏,指出了受水平构造应力影响的深部巷道围岩破坏特征以及防止围岩大变形的措施。     

水平构造应力对深部巷道稳定性影响研究及应用

以淮南矿区某矿-817.0 m水平井底车场为工程背景,对该井底车场的构造应力进行了分析,结果认定,该井底车场以水平构造应力为主。利用FLAC3D数值分析软件,对巷道轴向与最大水平应力呈不同夹角时深井巷道围岩变形破坏规律和主要表现形式进行了模拟研究,结果表明,巷道轴向与最大水平应力所呈夹角30°时其稳定性相对较好;30°~90°范围内随着夹角的增大围岩变形量及顶部和底部塑性区均显著增大,深部软岩巷道变形破坏的主要表现形式是底鼓。根据模拟结果,设计和确定了针对该井底车场巷道布置条件下的支护方式和支护参数。     

非均匀应力场圆形巷道塑性区研究

为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力分布规律基础上,依据摩尔库伦强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性区。通过理论计算得出侧向应力、地应力、黏聚力、内摩擦角参数变化时巷道围岩的塑性区范围,从而总结出巷道围岩塑性区的演化规律,结果表明,侧压力系数λ对圆形巷道围岩的塑性区有很大影响,当λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;当λ1时,塑性区在两帮较大,顶部小;当λ1时,塑性区在两帮较小,顶部大,且角部塑性区发展迅速;随着地应力的增加,塑性区的范围也随之增大;随黏聚力增大塑性区范围减小;随着内摩擦角φ的增大塑性区范围随之减小,但影响较小。     

非均匀应力场圆形巷道塑性区研究

为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力分布规律基础上,依据摩尔库伦强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性区。通过理论计算得出侧向应力、地应力、黏聚力、内摩擦角参数变化时巷道围岩的塑性区范围,从而总结出巷道围岩塑性区的演化规律,结果表明,侧压力系数λ对圆形巷道围岩的塑性区有很大影响,当λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;当λ<1时,塑性区在两帮较大,顶部小;当λ>1时,塑性区在两帮较小,顶部大,且角部塑性区发展迅速;随着地应力的增加,塑性区的范围也随之增大;随黏聚力增大塑性区范围减小;随着内摩擦角φ的增大塑性区范围随之减小,但影响较小。     

急倾斜松软煤层巷道变形特征与控制技术

为了解决急倾斜松软煤层巷道的支护难题,采用数值计算方法研究了急倾斜煤层巷道围岩应力和位移分布特征。研究表明:急倾斜煤层巷道开挖以后,巷道顶部形成的自然平衡拱逐渐沿煤层倾斜面向上扩展,与巷道顶部垂直应力的分布形态相似,巷道顶部煤体及煤帮是支护的关键部位。基于以上研究,提出以锚、带、网、索主动支护为基础,配合高强度拱形梁的综合控制技术,旨在充分调动围岩的自承能力,使支护体系与围岩形成承载整体。现场应用表明,提出的支护方案可有效控制巷道稳定,巷道两帮变形量不足40 mm,为类似条件急倾斜煤层巷道支护提供了一定的借鉴。     

保德煤矿地应力测试及分布特征分析

为明晰保德煤矿地应力分布状态及特征,改善巷道围岩支护效果,采用水压致裂法开展了井下地应力实测。测试结果表明,测试区域构造应力占据主导地位,三向应力间的关系为SHSvSh;最大水平主应力值为12.24～13.51 MPa,方向位于N56°E～N61°E;最大主应力与巷道夹角约为67°,对巷道围岩的稳定性有着较大影响。明确了保德煤矿巷道所处的应力环境及应力分布特征,为保德煤矿巷道围岩稳定性分析及支护参数设计提供了工程指导和参考。     

深井软岩巷道温压耦合作用下锚固体破坏机理及应用研究

针对深井软岩巷道高地温高地压锚固支护失锚率增大的问题,以淮南矿区深井软岩巷道为例,采用室内相似模拟试验方法,进行温压耦合作用下锚固体变形破坏特性和锚杆受力特征试验研究。结果表明：随着温度升高和侧压系数的增大,锚固体的破裂深度增大,而侧压系数增大则锚固体的破裂倾角减小。当λ=1.2、1.5和1.8时锚固体的破裂深度分别为托盘直径的1.02～1.2倍、1.13～2.2倍和1.15～2.4倍,锚固体破裂倾角分别为45°～60°、40°～45°和30°～35°|温度升高和侧压系数增大,锚固体压密阶段水平变形量增大,随着侧压系数的增大,温度对锚固体变形破坏规律影响减弱|锚杆在破碎块体作用下处在压、张、剪的复杂应力状态,锚杆以受张拉应力为主,弯曲位置受压、剪应力作用,随着温度和侧压系数的增大,锚杆弯曲位置受压、剪应力增大,锚杆发生明显弯曲变形,锚杆锚固体呈渐进式破坏。将全长锚固支护工艺应用于丁集矿西三轨道大巷围岩支护参数优化设计,并进行现场监测,反馈表明巷道围岩支护效果较好。     

王家岭煤矿不同煤层倾角巷道围岩稳定性分析

为研究不同煤层倾角巷道的围岩稳定性,基于Midas GTS/NX有限元软件,依托山西王家岭煤矿工程,对煤层倾角为0°、15°、30°、45°、60°及75°的巷道围岩稳定性进行数值建模分析。结果表明:随着煤层倾角α的增大,巷道围岩的水平应力和垂直应力都随之先变大后变小,围岩应力最大值由巷道两帮底部向巷道两帮上部转移,且当α=45°时应力值达到最大;当煤层倾角较小与较大时,巷道围岩都能够有效发挥其自承能力;当煤层倾角为45°或者接近45°时,此时巷道的开挖需要着重关注围岩的变化。     

软岩巷道围岩应力分布规律光弹性模拟实验研究

应用相似模拟理论和光测弹性力学模拟实验方法,对煤矿软岩巷道围岩应力分布特点及位移特征进行了模拟研究,得出了软岩巷道围岩在巷道有无封闭式支护情况下的应力分布规律、应力集中程度及位移特征,并探讨了由光弹模拟实验所得资料进行模拟应力分离计算和位移分析确定的方法。实验结果揭示了支架与软岩巷道围岩相互作用的一些基本规律,对软岩巷道的支护设计及软岩工程相关问题的理论研究和生产实践具有指导意义。