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。     

某矿回采巷道不同跨度数值模拟分析

以某煤矿工作面回采巷道为研究对象,通过试验和数值模拟研究了不同跨度巷道围岩变形规律.用数值模拟软件FLAC3D通过改变巷道跨度,研究巷道跨度对巷道变形破坏的影响.结果表明:随着巷道断面跨度的增加,巷道顶底板及两帮中点处位移不断增加,其中顶板增幅较大;应力也有一定程度的增加,巷道围岩塑性区面积增加,巷道围岩屈服破坏严重.     

厚煤层超高巷道支护技术

以山西某矿超高回采巷道为研究对象,数值演算了巷道高3.5⁷.5 m围岩响应特征:巷帮剪、拉塑性区深度与巷道高度大致呈正比关系,巷高对两帮移近量影响最大,且巷帮垂直应力峰值内移.阐明了巷帮为超高巷道围岩控制的关键部位,最终采用了高强度、高黏结力、高预紧力、高可靠性锚杆与帮斜拉锚索梁联合支护技术.巷道掘出后两帮和顶底最大相对移近速度分别是7,3 m/d,15 d后稳定,移近速度降低至1.5 mm/d以下,经过120 d观测,两帮相对移近量125 mm,顶底板相对移近量88 mm.工程实践结果验证了该类型超高巷道支护的指导思想和支护技术的科学性,以期为类似条件下超高巷道支护提供借鉴.     

内错式下分层回采巷道围岩变形破坏机理研究

利用非线性有限元数值计算方法,模拟了上分层回采巷道开挖、上分层回采及下分层回采巷道开挖三个过程,经过分析得出了下分层煤体内应力分布曲线、内错式下分层回采巷道两帮煤体破坏过程及两帮位移分布特征;室内相似材料模拟试验结果显示了底板岩层竖直应力分布规律及采空区上覆岩层破坏形式。     

采空区顶板冒落数值模拟模型边界尺寸确定及冒落规律

结合赵庄煤矿综采工作面顶底板岩层性质,在通用离散元软件UDEC中建立物理模型,对比了不同上边界、侧向边界尺寸模型数值模拟结果中老顶的下沉量,确定了为消除边界效应所需的模型边界.结果显示,模型上边界尺寸大于70 m,侧向边界尺寸大于100 m时,才能得到可靠的模拟结果.得到了不同工作面推进距离条件下的老顶冒落下沉规律,当推进距离大于300 m后,老顶沿推进方向在采空区中部最大下沉量不变;从采空区边界处开始随向采空区内部深入中粒砂岩下沉量逐渐增加,在距离采空区边界100 m左右增加至最大值2.70 m;随着距工作面距离增加,老顶中粒砂岩下沉量呈线性增加,在工作面后方120 m位置处下沉量达最大值2.70 m.     

异层位关键块下煤柱区巷道合理布置与围岩控制

针对新阳矿9~#煤柱两侧工作面采厚差异性大的情况,分析指出在煤柱上方形成异层位相邻关键块结构,模拟得出其作用下煤柱支承应力分布规律,并将9~#煤柱支承压力分段拟合.建立了9~#煤柱底板偏应力分布的力学计算模型,得出煤柱底板最大偏主应力s_1空间分布规律.结果表明:新102材料巷的合理位置为距9#煤柱左侧15m.巷道掘进20d后,围岩变形趋于稳定,顶底板最大移近量为270mm,两帮最大移近量为300mm,实现了异层位关键块下煤柱区巷道围岩的有效控制.     

基于正交试验煤岩互层顶板巷道失稳因素研究

通过现场调研、矿物组分分析和层状顶板力学模型计算,得到6个煤岩互层巷道失稳因素.对6种因素各取3个水平进行正交模拟试验,得到了各影响因素之间敏感性排序.结果表明:通过水对煤岩互层弱化程度是造成顶板表面、深部位移、高帮顶板下沉量以及两帮移近量变化大的最敏感因素,同时煤岩互层次数,煤岩互层单层厚度对3种下沉量造成了不同程度的影响;而巷道宽度、断面形状是造成两帮移近量的重要敏感因素.研究结果通过线性回归方程进行验证,与正交试验结果基本一致,并且提出了该地区煤岩互层顶板巷道失稳控制对策.     

大倾角极软厚煤巷围岩破坏机理与支护参数优化

以杜家村煤矿1201南运输巷为研究对象,结合FLAC3D数值分析方法与非对称性耦合支护理论,分析了1201南运输巷的围岩破坏机理并提出大倾角极软厚煤层的支护优化方案.研究结果表明,大倾角极软厚煤层巷道围岩破坏主要是由顶板上部岩层剪切与张拉作用所致;优选了支护方案,有效抑制了巷道底板的底臌、两帮的移近及其塑性区的发展.现场应用表明,顶板锚索支护范围内,锚杆(索)非对称性耦合支护的围岩整体性较好,巷道围岩在支护20~30 d后,变形趋于稳定.     

构造应力区巷道变形破坏特征及控制技术研究

水平构造应力对巷道围岩稳定有重要的影响,针对鹤壁九矿东总回风巷在锚网索喷＋u型钢支护难以保证巷道稳定的情况,通过相似材料模拟试验研究不同水平应力作用下锚注支护巷道围岩变形破坏和位移变化特征．试验表明,随着水平应力的增大,底板加强后,水平应力对顶板的作用明显,当水平载荷达到49MPa时有少量浆皮脱落,左肩部出现块状冒落,底板比较稳定,没有发生明显臌起,只出现少量横向裂隙,锚注支护结构能控制围岩变形．将试验结果在现场应用后,通过矿压观测,两帮的最大移近量为144mm,顶底板最大移近量为105mm,锚注支护提高了围岩的自承能力,能够维持巷道稳定,为类似地质条件下的巷道支护提供借鉴．     

大断面厚顶煤巷道围岩控制与支护参数优化

以山西大同同忻矿8104综放工作面回风巷(断面尺寸5.2 m×3.5 m)为工程研究背景,阐述了厚顶煤大断面巷道的围岩控制难题:顶煤裂隙发育、变形强烈、破坏范围大、易发生离层和冒顶等事故.结合现场地质生产条件,采用桁架锚索加强支护,并分析此支护系统的优越性:提供水平和竖直方向预紧力、变形闭锁、协同承载控制区域、锚固点稳.采用FLAC3D数值模拟计算了桁架锚索倾斜角度从10~40°变化过程中围岩变形规律:随着桁架锚索倾斜角度的增大,巷道围岩变形量先减小后增大,锚索倾斜20°时,巷道围岩变形量最小.表明回风巷受到采动影响后,顶底板最大移近量为395 mm,两帮最大移近量为263 mm.