动载扰动下深部巷道群的力学响应数值分析

为研究动载扰动对深部巷道群围岩稳定性的影响,利用RFPA数值分析方法,对不同扰动强度作用下的巷道围岩动态响应规律进行了模拟研究。通过分析得到静-动加载下巷道群围岩应力分布规律和围岩的损伤破坏情况。结果表明:围岩的稳定性与初始地应力状态和扰动强度密切相关,应力波幅值的增大,巷道围岩的破坏范围加大;限制巷道到扰动源的距离及加强巷道帮部围岩的控制可减小扰动引起巷道群围岩的破坏失稳。     

深部圆形巷道开挖卸荷的围岩力学特征及破坏机理

针对深部高地应力条件下巷道开挖卸荷造成的围岩强烈扰动问题,基于弹性卸荷理论,运用留数定理和拉氏逆变换的延滞性给出动态开挖卸荷应力解析解。在此基础上,研究深部开挖卸荷下围岩力学特征和破坏机理,根据围岩力学特征建立动态卸荷的强度准则和拉压损伤模型。通过算例探讨初始地应力、开挖半径、卸荷时间和岩体动态强度对围岩卸荷破坏与稳定的影响。结果表明:深部开挖卸荷下围岩力学特征主要表现为最小主应力卸荷、最大主应力集中,而主应力差的瞬间增大,诱发开挖面内裂隙扩展、贯通,形成由强及弱连续分布的破坏区,构成二次支护前维系围岩稳定的支撑结构。深部动态开挖卸荷下,初始地应力和开挖半径越大、卸荷时间越短,围岩损伤越严重,破坏范围越广,对围岩的扰动越强烈;而岩体动黏聚力和动摩擦角越大,围岩的破坏范围越小,围岩越稳定。分析结果对深入研究高地应下巷道开挖的破坏机制具有重要意义。     

深部巷道群高静载低扰动冲击矿压发生机制及防治技术

针对深部巷道群高静载低扰动下突发性冲击矿压的难题,以某煤矿一盘区大巷为工程背景,通过力学分析和数值模拟研究了深部巷道群高静载低扰动诱发冲击矿压的发生机制。结果表明：大巷之间相互影响,导致巷道间煤柱区域应力叠加,高能量积聚在巷道顶底板内;巷道围岩蠕变使得围岩的长期强度降低,引起诱发冲击矿压的临界应力值降低,进而高静载水平下较小的动载扰动即可使叠加应力达到岩体承载极限,在能量达到岩体破坏的最小所需能量时,岩石产生自发性破坏,破坏后巷道围岩系统中的弹性余能转化为动能,造成巷道群冲击矿压发生。根据一盘区巷道群应力和能量分布区域和集中程度,采用大直径钻孔卸压和爆破卸压措施后,降低了应力和能量集中水平,卸压效果明显。     

动力扰动下含软弱夹层巷道围岩稳定性数值分析

为了研究动力扰动下不同厚度a、位置h和倾角θ的软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用有限元软件ABAQUS对含有夹层巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行数值分析,并结合冬瓜山铜矿深部出矿巷道实际提出支护优化方案。结果表明,动力扰动下:1)巷道顶板和两帮应力、位移与夹层厚度a或位置h呈非线性变化关系,围岩的稳定性随着a或h的增加先减小后增大,说明了厚度a或位置h对围岩次生静应力和动力扰动衰减的影响程度的相对变化;2)随着软弱夹层倾角θ增大,夹层对动力波的衰减作用增大,夹角较大时,对动力波的衰减作用更显著;3)软弱夹层对冬瓜山铜矿出矿巷道围岩的稳定性起重要作用,支护措施和技术参数优化可有效控制围岩变形,验证了上述研究的正确性。     

新城金矿滕家矿区深部巷道围岩破坏与数值分析

针对新城金矿滕家矿区深部巷道围岩进行现场工程地质调查、岩石力学实验，分别应用RMR、Q和GSI方法对巷道围岩进行岩体质量分级，确定其围岩体质量等级为III级，岩体质量差~一般。以岩体质量分级为基础，应用Hoek-brown准则和经验公式估算岩体力学参数。应用弹塑性力学解析巷道围岩塑性区破坏范围，并以此为基础应用Phase2对巷道围岩稳定性进行分析。结果表明：巷道顶板塑性破坏范围为0.598 m，两帮塑性破坏范围分别为0.84 m和0.695 m；巷道顶板位移为7.2 mm，两帮位移分别为7.6 mm和6.8 mm；从巷道围岩应力分析可以看出，深部巷道开挖产生的应力集中超过岩体强度，由此判断深部巷道围岩破坏主要是开挖扰动应力作用在节理化岩体上致使巷道围岩失稳破坏，本研究结果对该矿深部巷道围岩支护提供依据。     

潘一东矿深井软岩巷道变形特性与支护对策

针对深部复杂地质条件下高地应力软岩巷道稳定性控制难题,研究淮南潘一东矿-848m西翼胶带机大巷围岩变形特性,并进行FLAC3D数值计算分析。研究结果表明,深部巷道支护受高地应力、围岩力学性质、支护强度等因素影响;围岩破坏模式主要为剪切破坏和拉剪破坏;底板支护,有利于巷道稳定性控制。基于联合支护理论,提出加强固结修复、应力转移和扩大承载圈分步联合支护方案,取得良好的支护效果。     

深部半煤岩回采巷道围岩破坏特征及支护技术

为研究深部半煤岩回采巷道围岩破坏特征,以某矿半煤岩回采巷道的具体工程地质为背景,利用弹塑性力学知识求解并绘制了该半煤岩体巷道围岩破坏状况,并运用FLAC3D建立了深部半煤岩巷道的三维数值计算模型,分析了不同支护方案作用下巷道围岩的变形破坏规律,优化了巷道支护方案与参数,提出深部半煤岩巷道围岩控制的"高强度预应力锚网索+横纵梯子梁"的联合支护方案,并在现场进行了施工与监测。结果表明:采用优化后的支护方案有效的控制了深部半煤岩巷道围岩的变形破坏,确保了深部半煤岩巷道围岩的稳定。     

冬瓜山铜矿深部出矿巷道围岩破坏特征研究

基于冬瓜山铜矿深部出矿巷道围岩稳定性难以控制的难题,选取具有代表性的位置进行出矿巷道断面现场钻孔测试。为确保测试数据直观、经济、准确度高,提出钻孔岩芯法进行出矿巷道围岩破坏特征的研究。结合出矿巷道的工程地质状况、钻孔深度及岩芯采用率,提出岩芯碎块法、岩芯缺失法、岩芯长度小于3cm为破裂区3种方法进行研究,同时提出"同一位置多断面分析法"对数据进行处理分析。研究结果显示:深部出矿巷道围岩以破裂区、完整区相间隔的方式排列,形成典型分区破裂特征,且靠近采场一侧破碎情况严重;围岩一般破裂成3或4个破裂区,且远离巷道的破裂区稳定性有所提高。     

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。     

夹河矿深部巷道围岩地质力学测试分析

现场调查了夹河矿深部巷道变形破坏特征,初步分析了其变形破坏原因.采用空芯包体应变法进行了地应力测量,分析了夹河矿深部地应力分布规律及其与区域地质构造的关系.采用扫描电镜试验、X射线衍射试验和室内物理力学性质试验等方法,对该矿深部巷道围岩特性进行了试验研究,确定了巷道围岩为典型的高应力-节理化-膨胀性复合型软岩,具有复合型变形力学机制,为巷道支护设计和施工提供了依据.     

爆破扰动对巷道围岩损伤的数值模拟

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。     

大采高综采工作面20m煤柱二次复用巷道矿压规律实测研究

针对回采工作面二次复用巷道围岩变形量大、支护困难的问题,在枣泉煤矿大采高综采11203工作面进行了20m煤柱二次复用巷道矿压规律实测研究。研究结果表明,二次复用巷道矿压显现主要分为工作面超前影响阶段、剧烈变形阶段、蠕变阶段,巷道在回采工作面后方的变形量可达回采工作面超前影响阶段变形量的4~6倍,巷道顶板浅部离层略大于深部离层;锚杆锚索受力变化比巷道围岩变形对扰动更敏感,受力变化远超前于围岩变形,锚杆锚索受力呈现先增大后减小的趋势,受力急剧增加阶段出现在回采工作面前后50m范围内;巷道顶板和两帮煤岩体在受采动影响后围岩浅部破坏范围有所增加,煤层破碎程度加剧,深部煤岩体出现不同程度破坏现象。     

深部巷道围岩破坏特征的数值模拟分析

针对深部巷道围岩失稳变形严重、围岩变形量大、应力集中程度高的支护特点,以淮南矿区丁集矿1422(3)工作面的巷道围岩为研究背景,运用理论分析和数值模拟的综合研究方法对深部巷道围岩的失稳变形机理及岩体破坏特征进行深入研究。相应探讨了围岩应力场的时空演化规律,揭示了围岩分区破裂的力学本质,为深部巷道的围岩治理及支护设计提供重要的理论参考。     

邢东矿深部回采巷道围岩塑性区“蝶形”扩展特征及稳定性控制

深部回采巷道围岩塑性区分布特征是围岩稳定性控制的关键。以邢东矿深部回采巷道为研究背景,根据巷道围岩"蝶形"塑性区理论,结合数值模拟分析发现,邢东矿2225工作面运输巷受采动应力影响后围岩塑性区出现了"蝶形"扩展的特征。通过研究深部条件下不同支护阻力对巷道围岩塑性区的影响,提出深部巷道围岩的稳定性控制思路:提供适当支护阻力减小围岩拉伸破坏,保证巷道围岩塑性区内破碎岩体的稳定性;制定了针对邢东矿2225工作面运输巷围岩"蝶形"塑性区特征的支护方案。该方案现场应用效果良好,为深部回采巷道围岩稳定性控制提供一定借鉴。     

有分区破裂化倾向的深部巷道围岩支护分析

在分析总结巷道围岩分区破裂机理研究现状的基础上,阐述了深部岩体特性对巷道破坏和支护的影响,探讨了现有支护荷载理论用于深部岩体工程的局限性。进一步分析了深部巷道支护方法对有分区破裂化倾向的深部巷道围岩的适用性,并针对深部工程的复杂物理力学特性和地质环境条件,提出了动态联合支护理念。     

深部巷道开挖过程中围岩体的时程响应分析

为了解释深部巷道围岩体拉压交替变化和分区破裂化现象,本文建立深部巷道开挖的动力响应分析模型,推导出扰动应力、扰动应变和扰动位移满足的扰动平衡方程、扰动物理方程、扰动几何方程和扰动边界条件。利用Hamilton时域变分原理,导出扰动的积分-变分方程。在给定开挖卸荷路径和零初始条件下,采用杜哈梅积分推导出系统的稳态时程响应,求出系统的扰动应力、扰动应变和扰动位移的近似解析解。算例结果表明,本文的理论和方法能正确地反应出深部巷道开挖引起的围岩体的动态过程,并能有效地评价开挖引起的围岩体的破坏形态。     

基于内外承载结构的软岩巷道围岩控制技术研究

为解决采动影响下赵固二矿14030回风巷软岩巷道围岩变形显著问题,采用钻孔窥视仪探测了围岩变形破坏规律,针对采动软岩巷道围岩破坏特征提出了控制对策,提出了软岩巷道主动式围岩加固控制技术,针对巷道参数设计了注浆锚索加强支护方案,并通过现场监测验证围岩变形控制效果。研究结果表明：随着扰动程度加深,浅部围岩的松散破碎范围不断扩大,难以形成有效的承载结构,深部围岩离层裂隙发育高度进一步增高;以提升浅部围岩的承载能力为出发点,通过增强内承载结构的支护强度及围岩自身抗扰动能力,可发挥出内外承载结构和支护体共同的围岩变形控制作用;在锚索力学性能允许承受载荷范围内,适当提高预紧力及加长注浆锚索长度可改善巷道围岩变形控制效果。     

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。     

深部软岩巷道失稳机理的DDA数值模拟研究

针对某矿地质和技术条件,采用非连续体力学计算程序模拟了深井软岩巷道失稳变形机理。模拟表明：深部巷道围岩的软岩特性十分明显,变形首先从关键部位开始,进而导致整个支护系统的失稳;深部地应力大而且应力场分布复杂是影响巷道稳定性的最重要因素;变形破坏后的巷道围岩在块体尺寸、破裂面粘结力和抗拉强度等力学特性方面均有显著恶化,加剧了巷道后期的变形破坏;支护时机不恰当、支护形式及参数不合理等是导致复杂条件软岩巷道失稳的关键原因。     

深部近距离变间距跨采底板煤巷围岩动显规律及控制技术

针对深部近距离多重采动影响跨采底板煤巷围岩塑性大变形破坏特征,研究了深部近距离变间距跨采煤巷围岩变形破坏及巷道底臌影响因素;通过数值模拟对跨采底板煤巷层间临界煤岩柱及合理内错距离进行优化研究,掌握多重采动影响条件下跨采煤巷动显规律,及多元应力叠加条件下跨采巷道围岩应力场动态演化规律;结合巷道围岩性态、层间距差异等制定了适合多重采动影响跨采底板煤巷动态分段耦合控制技术,并进行了工程试验研究.应用表明:跨采巷道围岩应力集中程度减弱,分布更加趋于均匀化,运输巷围岩的破坏范围及破坏深度减少,分段动态支护方式在深部近距离跨采巷道支护领域具有重要推广应用价值.