强膨胀软岩巷道变形特性及控制对策研究

为解决强膨胀软岩巷道支护问题,以红庆梁煤矿强膨胀软岩巷道支护工程为研究对象,通过理论分析和现场调研,分析了强膨胀软岩巷道变形特性.利用MIDAS/GTS建立强膨胀软岩巷道弹塑性数值仿真模型,分析了采用锚网喷架联合支护方案时巷道塑性区范围、应力分布、表面位移以及锚杆和U型钢可缩支架的受力特征.进行现场测试,得到了锚网喷架联合支护方案条件下巷道围岩变形规律.结果表明:采用锚网喷加U型钢可缩支架组成的联合支护体系将有效地提高支护结构整体刚度,增强围岩的自稳能力和自承能力.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

软岩巷道锚注支护结构蠕变分析

对锚注前软岩巷道围岩应力状态进行弹塑性分析,计算出锚注前围岩残余强度区半径;在此残余强度区内进行注浆,并将注浆区再细化为弹性区和塑性区,引入岩石蠕变的鲍尔丁-汤姆逊模型,建立了软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型,采用塑性区岩体体积不变的假设,对锚注支护结构进行了黏弹性分析和黏塑性分析,推导出软岩巷道锚注支护结构应力及位移的蠕变公式.理论分析与相似模拟结果表明:软岩巷道锚注支护结构弹性区应力与时间无关,塑性区应力随时间而变化;弹性区、塑性区位移随时间的推移而不断增大,最后趋于一定值,且塑性区位移与半径成反比关系.     

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现，巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的；且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳．因此，要保证深部软岩巷道围岩的稳定性．必须实现支护体与围岩的耦合．数值模拟研究表明，当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时，能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用；当锚网与围岩在强度上实现耦合时，将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化；当锚索与围岩在结构上耦合时，可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护．实践证明，软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题。     

动载扰动下巷道锚固承载结构稳定性影响因素分析

针对冲击地压巷道锚固承载结构破坏机理的复杂性和变形影响因素的多样性,基于响应面法试验设计和数据分析功能,采用有限差分数值软件动力模块,定量化研究围岩强度、震源距离、震源强度、原岩应力、支护强度等单一因素以及多因素交互作用对巷道锚固承载结构变形的影响规律.结果表明:单一因素和多因素交互作用对锚固承载结构变形都有显著影响,单因素影响程度依次为围岩强度>震源强度>震源距离>原岩应力>支护强度;通过增大震源传播距离、增加动载衰减系数、提高支护强度、增加围岩自承载能力、减小静载应力集中均可以有效降低冲击地压巷道锚固承载结构的变形量;多因素交互作用下巷道锚固承载结构的破坏模式可分为锚杆断裂型、锚固脱黏型、岩体主导型和复合型.针对不同的破坏模式,提出高冲击韧性锚杆全长预应力支护、"外锚内注"和"深部卸压-浅部强支-巷表防护"等控制技术.研究结果可为冲击地压巷道锚固承载结构稳定性控制提供理论依据.     

深部软岩巷道深-浅耦合全断面锚注支护研究

基于对深部软岩巷道变形和破裂特征的长期监测结果,提出了以"中空注浆锚索和高强注浆锚杆"为核心的新型深-浅耦合全断面锚注支护技术体系.借助渗流力学理论建立了深-浅耦合锚注浆液的渗流基本方程,并结合COMSOL软件模拟再现了浆液在围岩内的渗透扩散过程.结果表明:注浆锚索和注浆锚杆所注浆液使巷道浅部围岩形成完整的锚注加固圈,而注浆锚索同时使巷道深部围岩形成局部锚注加固体,两者协调耦合作用,形成互为支撑的承载体,完善了深-浅耦合全断面锚注支护的理论体系和加固作用机理.现场监测证明该支护体系有效地控制了巷道围岩的变形与破坏.     

软岩巷道支护荷载的确定方法

通过分析巷道围岩与支护的相互作用原理 ,得出了软岩巷道失稳的原因是由于围岩自承力与支护力不足的结果 .认为一个优化的软岩巷道支护设计应在确保支护稳定的前提下 ,最大限度地释放围岩的能量 ,使以变形形式转化的工程力达到最大 ,同时最大限度地发挥围岩的自承能力 ,使工程支护力达到最小 ,而其关键是确定变形能释放时间和最佳支护时间 .软岩巷道开挖后 ,通常在巷道周围形成塑性软化区和塑性流动区 ,实施支护力就是要控制塑性流动区的范围与发展 ,达到最佳支护时间时的支护荷载为最小支护荷载 ,可以通过塑性软化区和塑性流动区内岩石的重力求得     

基于变形压力分析的有控卸压机理研究

为了确定卸压程度,降低卸压过程中围岩强度弱化对巷道稳定的不利作用,基于应变软化准则建立了变形压力的力学模型,依据变形压力的变化规律分析了有控卸压机理,并提出了"临界塑性区半径"作为有控卸压的判定准则.结合某软岩大巷的有控卸压支护实践,确定该巷道的"临界塑性区半径"为7.78 m,并将该结果应用于有控卸压支护参数的设计.工程应用表明,通过对卸压程度的合理控制,不但有效释放了围岩的变形能减小围岩对支护体的变形压力,并能降低围岩强度弱化对围岩稳定的不利作用,提高二次锚杆支护效果,保证了支护强度满足要求,使巷道处于长期稳定状态.     

杨庄矿深部矩形煤巷围岩破坏特征及支护技术

为解决深部矩形煤巷支护难题,以巷道宽度为变量,采用室内实验、数值模拟、现场实测、理论研究的方法,建立了双裂隙抗剪切滑动力学模型,提出了高强高预紧力锚网索耦合分区支护技术.结果表明:顶板围岩主应力差分布范围、剪切破坏塑性区扩展延伸区域、变形延伸深度的响应程度均比底板、两帮强烈;顶板围岩可划分为裂隙贯通区、裂隙发育区、微裂隙区和无裂隙区;高强高预紧力锚网索耦合分区支护技术能积极调动顶板深部围岩强度,改善锚固体的应力状态,控制巷道围岩变形,满足矿井"安全、高效"的生产要求.     

软岩巷道锚喷支护破坏分析与对策

软岩巷道锚喷支护破坏原因主要有:巷道底板无支护或支护的强度不够,底板流变极易发展,形成了围岩体的流变通道;大部分锚杆支护为低工作阻力值,支护作用没有得到有效发挥;混凝土喷层和围岩体变形不匹配,导致喷层体离层、剪切破坏;钢笆网抵抗破坏和变形的能力弱,降低了网喷层的强度和抗变形能力.采取的支护对策有:底板反拱加强支护,避免局部围岩体的整体移动,实现巷道周边岩体的均匀收敛变形;选用长锚杆,更好地控制巷道围岩的变形;初喷混凝土为厚度20 mm薄喷层,实现初喷层与巷道围岩体的同步变形;用直径4 mm冷拔钢丝编织金属网替代钢笆网,提高网喷层支护体的强度与抗变形能力;二次锚杆支护在复喷混凝土后进行,防止网喷层与围岩体离层现象的发生.     

软岩巷道锚喷支护破坏分析与对策

软岩巷道锚喷支护破坏原因主要有巷道底板无支护或支护的强度不够,底板流变极易发展,形成了围岩体的流变通道;大部分锚杆支护为低工作阻力值,支护作用没有得到有效发挥;混凝土喷层和围岩体变形不匹配,导致喷层体离层、剪切破坏;钢笆网抵抗破坏和变形的能力弱,降低了网喷层的强度和抗变形能力.采取的支护对策有底板反拱加强支护,避免局部围岩体的整体移动,实现巷道周边岩体的均匀收敛变形;选用长锚杆,更好地控制巷道围岩的变形;初喷混凝土为厚度20mm薄喷层,实现初喷层与巷道围岩体的同步变形;用直径4mm冷拔钢丝编织金属网替代钢笆网,提高网喷层支护体的强度与抗变形能力;二次锚杆支护在复喷混凝土后进行,防止网喷层与围岩体离层现象的发生.     

深部软岩巷道围岩变形分析与控制

针对某深部软岩巷道支护困难问题,首先对围岩进行力学性能试验,然后利用有限元分析方法,在基于不同埋深软岩巷道围岩变形特征研究的基础上,从巷道开挖和围岩支护两方面对深部高地应力软岩巷道围岩变形与控制进行深入研究.结果表明:随软岩巷道埋深增大,巷道围岩变形呈线性增大趋势;在深部高地应力下掘进巷道时,全断面开挖法围岩变形最大,...     

三软综放沿空锚网索支护巷道回采期间围岩变形特征

针对三软综放沿空巷道围岩大变形、难支护的特点,提出采用锚网索支护新技术,通过对试验巷道数值模拟以及表面位移、围岩深部位移和围岩应力的现场监测,分析了试验巷道矿压显现活动规律,掌握了试验巷道在锚网索支护下的围岩变形规律,这为锚网索支护在三软煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了科学依据.     

巷道围岩强度弱化规律及其应用

认为软岩巷道稳定性应采用动态支护的观点分析．用巷道周边位移表达的损伤因子来描述围岩阶段性变形特征及破坏过程,分析与之对应的围岩强度弱化规律,在此基础上提出了喷锚注分阶段加固技术,并对合理滞后注浆时间的确定进行了研究．最后,介绍了一个应用实例     

深部高应力硐室围岩蠕变失稳机理及控制技术

赵固二矿-800 m水平巷道和硐室围岩属于典型的工程地质软岩,具有工程地质条件复杂、地应力高、围岩流变性强等特点,一般的锚网索喷+被动支护易被各个击破,造成巷道和硐室返修次数多、维修工程量大。在借鉴"新奥法"中二次支护思想的基础上,提出"一次锚杆+锚索+钢梁强力支护,二次围岩注浆改性,三次双层工字钢棚,四次喷射混凝土"的支护方案,实现主动支护与被动支护协调作用。蠕变数值模拟表明:锚网喷支护条件下,3 a时硐室断面收敛量达到30%,变形量大、变形速率高;主被动联合支护方案能够有效地控制围岩变形,5 a时变形速率0.05 mm/d。现场工业性试验表明,施工2 a后,硐室表面最大位移为28 mm,变形速率0.20 mm/d,锚索作用范围内岩体完整性较好,硐室围岩得到了有效控制。     

基于围岩松动圈测试的软岩巷道支护技术研究

为解决某铅锌矿795坑600中段南部阶段运输巷道的支护难题,在现场岩体结构调查、室内岩石力学试验的基础上,进行了现场巷道围岩松动圈实测,分析了巷道围岩松动圈范围.基于松动圈测试成果,提出了锚网喷支护方案.通过FLAC3D数值模拟软件对支护方案及支护参数进行了优化.通过现场工业试验对该技术方案的支护效果进行了验证,结果表明,该支护形式可有效控制松散破碎软岩巷道的变形破坏,确保巷道的长期稳定和安全使用.     

千米深井软岩巷道破坏机理及支护技术研究

基于矿井开采逐渐向深部发展,巷道围岩呈现高地压、大变形、难支护的特点,常规锚网支护已难以控制巷道围岩变形的情况.通过对华丰煤矿-1?100水平巷道破坏机理的研究,提出了采用马蹄形巷道支护断面和全封闭支护的理念,加强底板承载能力和巷道抗蠕变能力;根据千米深井巷道围岩流变特性,研究得出了围岩地压得到合理释放趋于稳定时进行永久支护的时机和距离,并在永久支护中实施锚注加固,使松散破碎岩块胶结成整体提高了围岩的内聚力和内摩擦角,使围岩由“软”变“硬”,使无支护作用的围岩体变为支护结构,同时锚注锚杆成为全长锚固锚杆,加强了围岩的加固效果,达到安全永久支护巷道的目的.     

数值模拟软岩巷道支护技术研究

软岩巷道多具有高应力、变形大、难支护等工程特征,单一支护方式难以控制围岩变形.通过对围岩变形机理、破坏过程分析研究,利用模拟围岩变形破坏的RFPA计算软件,建立了数值计算力学模型.对软岩巷道围岩变形破坏、应力转移过程进行模拟分析,为软岩巷道支护方案设计提供了依据.     

数值模拟软岩巷道支护技术研究

软岩巷道多具有高应力、变形大、难支护等工程特征,单一支护方式难以控制围岩变形.通过对围岩变形机理、破坏过程分析研究,利用模拟围岩变形破坏的RFPA计算软件,建立了数值计算力学模型.对软岩巷道围岩变形破坏、应力转移过程进行模拟分析,为软岩巷道支护方案设计提供了依据.     

壁后充填对提高巷道支护阻力的研究

支护阻力和可缩量是巷道支架的主要参数，高阻和可缩是确保软岩巷道稳定性的关键．支架的实际工作阻力经常远低于理论承载能力，主要原因往往是支架与围岩之间存在空穴、支架受力条件恶化等严重抑制着巷道支架支承能力的发挥．实施支架壁后充填，使围岩－充填体－支架结构三者形成共同的力学承载体系，可大幅度提高支架的工作阻力，有效地控制围岩的强烈变形，这是改进软岩巷道支护的重大措施．