千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

深部挤压性软岩巷道围岩稳定性控制对策

淮南潘一东煤矿-848 m主胶带机大巷为典型的深部高地应力挤压性软岩巷道,现场调研、FLAC3D数值仿真计算、挤压变形等级评定均表明该巷道开挖后围岩产生了非常严重的挤压大变形,主要表现为变形量大、变形速率高、收敛速率小、变形时效特性显著,巷道稳定性控制非常困难。并分析了挤压变形的主要影响因素包括地应力、岩性、巷道群扰动、底板失稳等。针对主胶带机巷挤压大变形特征,基于深部岩巷围岩稳定性控制理论及"分步联合支护"理论制定了控制围岩挤压变形的支护方案,通过数值模拟和现场监测验证了该支护方案的效果,结果均表明采取该支护方案后围岩变形速率显著降低,并在较短时间内变形趋于收敛稳定,支护方案支护效果良好,能够有效的控制围岩挤压大变形。     

软岩大变形巷道维修支护技术研究及应用

文家坡矿41盘区一号回风巷已维修多次,但巷道仍然变形严重,传统锚网喷支护方式已不能有效控制围岩变形。研究了该巷道变形破坏特征及破坏机理,采用FLAC3D有限元计算软件对巷道维修支护方案进行了数值模拟分析,现场应用表明,巷道维修支护方案较好地控制了巷道的变形,保证了巷道围岩的稳定性。     

两侧采空巷道挤压变形机理与控制对策

为解决两侧采空巷道挤压大变形控制难题,以山西丰汇煤矿布置在两采空区之间的工作面轨道巷为工程背景,综合采用现场监测、理论计算和数值模拟等方法,分析巷道变形破坏特征,研究巷道覆岩结构特点与不同采动条件下围岩塑性区分布形态和应力环境,揭示两侧采空巷道挤压变形机理,并提出以“强化关键部位、注浆改性围岩”为核心的锚固加注浆联合支护方案。现场监测结果表明,新支护方案对两侧采空巷道挤压变形控制效果好,可为类似条件下巷道围岩稳定控制提供参考。     

高应力软岩巷道灌浆支护技术研究与应用

针对贵州某矿141712运输上山围岩大变形、锚杆索失效严重等问题,运用现场调研、理论分析、室内试验、数值模拟等研究方法分析了软岩巷道围岩变形破坏机制,提出灌浆支护技术并分析其支护原理,设计了"锚杆+锚索+灌浆+双U型钢"的联合支护方案,最后通过理论计算、数值模拟以及工业性试验对设计的控制方案进行了验证。研究结果表明:围岩强度低,自稳能力差、高应力且应力环境复杂、支护构件支护阻力低以及未对关键部位进行加强支护是造成巷道围岩变形破坏的主要原因;采用设计的支护方案后,围岩变形量减少了35%,满足现场应用要求。     

基于能量耗散理论的深部巷道支护方案优化研究

针对W4307-2工作面回风巷变形严重，原支护方案失效的情况，提出能量耗散理论的巷道围岩变形控制方案。首先通过建立围岩能量耗散模型，确定能量耗散是围岩破坏的本质原因，当围岩支护控能不小于耗散能时，围岩不再破坏。同时通过原支护和优化支护方案数值模拟对比，确定优化支护方案能对围岩做更多的功，改善巷道围岩变形。经过现场监测可知，确定优化支护方案较原始支护方案能提前使巷道围岩稳定，且不同阶段围岩变形控制效果均高于50%.因此，基于能量耗散理论的优化支护方案能够有效控制围岩变形。     

多煤层重复采动穿层大巷围岩变形特征及 修复加固技术研究

为探讨多煤层重复采动穿层巷道围岩变形破碎严重、锚固结构易失效等难题,以发耳煤矿+980m轨道大巷为研究背景,通过围岩组分分析、现场电视探测和数值计算确定了影响+980m轨道大巷围岩变形严重的主要因素。基于此提出了"支护弱结构部位加强支护"的不均匀加固技术,通过Phase软件模拟合理的大巷修复加固方案并提出"锚杆+锚索+钢筋梯+金属网+注浆"联合支护技术控制巷道围岩变形。现场监测结果表明:与未修复加固段巷道相比,修复加固段巷道在40 d监测期间顶板、底板及两帮变形量仅为22,21,17 mm,巷道围岩裂隙基本被浆液充填,巷道围岩变形基本得到控制。     

渝阳煤矿深部巷道支护优化设计研究

针对渝阳煤矿深部巷道N3702运输巷围岩变形严重、原支护方式效果差的问题,为保证巷道长久稳定与安全,通过巷道矿压监测与松动圈测试量化了围岩变形特征,研究了围岩变形与支护作用机理。研究结果表明:巷道围岩变形破坏具有明显的时间效应,顶底变形大于两帮变形。基于悬吊理论与最大水平应力理论进行支护优化设计,确定了合理有效的支护优化方案及参数,并进行了现场工程试验。根据现场监测结果分析,支护优化方案有效控制了巷道围岩变形,支护效果较好。     

高压瓦斯松散煤岩巷道工程力学行为及围岩控制

为解决复杂地质条件下高压瓦斯松散不稳定煤岩巷道围岩的大变形与控制等问题,通过现场调研、理论分析、数值计算及工程实践进行研究,根据实际变形情况,发现此类巷道围岩变形特征明显,不易控制,全断面收缩严重;采用岩石力学等力学原理进行了理论分析,认为煤岩体裂隙的扩展增加了煤岩体的渗透性,从而导致围岩强度不断弱化;应用数值模拟手段对有瓦斯压力存在时和无瓦斯压力存在时2种情况下巷道围岩应力卸荷与变形特征进行了分析,表明瓦斯压力越大,围岩变形也越大;最后,进行了锚固支护正交数值方案设计和优化计算,在相关支护原则的基础上提出了以"帮部预应力桁架锚索"为核心的支护技术,现场应用结果表明该技术能提高此类巷道围岩的稳定性。     

深部特厚松软煤层巷道支护控制

针对深部特厚煤层巷道地应力高、煤体承载能力弱、顶板下沉量大、两帮收敛严重等特点,以新巨龙煤矿2304N特厚煤层巷道为工程背景,运用现场调研和数值模拟相结合的方法,观测破坏关键位置,分析巷道变形原因,得出量化指标;采用理论计算与数值模拟相结合的方法,研究支护参数对其巷道控制影响规律,提出有针对性的控制方案。采用预应力锚杆、金属网和钢带在围岩内形成加固区,改变围岩受力状态;使用长锚索和锚索梁锚固巷道顶板,控制顶板下沉;在顶角和两帮打设锚索,提高围岩抗剪切能力,控制两帮变形。通过上述"锚带网索联合支护"方案的现场实施,经现场监测和钻孔窥视验证了支护方案的有效性。     

港里铁矿软破围岩巷道支护方案研究

针对港里铁矿的软破围岩巷道存在的自稳性差、维护难度大的问题,对其巷道支护方案进行了研究。基于围岩与支护的相互作用,探讨了软破围岩巷道变形破坏机理和特征,确定了适用于其工程特点的支护技术。采用物理相似模拟和三维数值模拟等实验方法,对不同支护条件下,巷道围岩的应力、应变的变化规律进行了实验研究,并提出了相适合的支护方案。工程实践表明:采用该支护方案能够有效地控制巷道地压,提高巷道的抗变形能力,延长了巷道的安全稳定期。     

极弱胶结地层煤巷支护体系与监控分析

针对极弱胶结地层煤巷围岩自稳能力差、自稳时间短、围岩变形剧烈等特征,采用FLAC3D深入揭示了矩形、切圆拱形与直墙拱形等3种断面形状煤巷开挖后围岩位移、塑性区及应力分布规律,确定了极弱胶结地层煤巷合理断面形状;结合国内外煤巷支护理论与技术,提出了极弱胶结地层煤巷"双层锚固平衡拱结构",基于煤层厚度与巷道埋深,分类提出了极弱胶结地层煤巷支护技术方案,模拟验证了支护方案的合理性与可行性;基于围岩变形与支护结构受力实时监测及分析,动态掌握了极弱胶结地层煤巷围岩变形与支护结构受力状态,评价了支护效果与验证了支护方案的可行性。监测结果表明,切圆拱形断面煤巷成型较好、受力均匀,有利于巷道围岩的整体稳定,提高了煤巷开挖后的自稳与承载能力;锚网索联合支护技术方案有效地控制了极弱胶结地层煤巷围岩大变形与破坏,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。     

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

深部高应力软岩巷道围岩整体锚注技术研究

针对平煤股份四矿三水平东专回下山埋深大、围岩软弱、地应力复杂以及破坏严重的现状,以“深部软岩工程的耦合支护理论”和“软岩巷道滞后注浆围岩控制理论”为指导,对破坏成因进行科学分析,尝试采用锚网索喷、注浆锚杆、注浆锚索以及组合砂浆锚索多种支护技术依据耦合作用时机分步加载于巷道围岩,探索出了适用于加固深部高应力软岩巷道的一项围岩整体控制支护技术,通过多种支护型材和注浆共同作用在浅部及深部形成多层结构体系,增强了围岩主动支护能力和自身承载能力,很好地控制了巷道变形,解决了长期以来高应力软岩巷道反复维修的恶性循环问题。     

半煤岩回采巷道围岩稳定性及控制的数值分析

针对袁庄煤矿Ⅳ622工作面的半煤岩回采巷道,为有效控制回采巷道围岩的稳定,以圆形巷道围岩弹塑性变形范围及位移场分布作理论分析,得出除考虑反映岩石自身强度等因素外,如何提高支护阻力Pi是控制巷道围岩稳定的关键;按实际地质条件建立数值计算模型,数值分析无支护状态和锚网支护及对支护承载结构进行结构补偿后半煤岩回采巷道的弹塑性变形范围及位移场分布特征,提出合理围岩控制方案。对半煤岩回采巷道围岩稳定性分析及围岩控制中合理的结构补偿位置分析具有重要指导意义。     

深井节理化围岩巷道破坏机理及控制技术

针对平顶山矿区深井巷道稳定性控制问题,以典型节理化围岩巷道为研究对象,采用离散元数值模拟方法研究了巷道围岩的变形破坏过程,分析了其破坏机理,提出了巷道围岩控制技术。研究表明：巷道首先在拱顶、底板中央区及两侧边墙受张拉破坏,拱肩及两侧底角受剪破坏,破坏区范围逐渐向深部扩展直至失稳。现场实测数据表明：在方案实施2个月后,锚杆、锚索受力在较高值趋于恒定,充分发挥了支护作用;水平收敛、拱顶下沉和底臌趋于稳定,大规模松软巷道围岩稳定性得到有效控制。     

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。