软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响研究

为得出软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响规律,以3_上712工作面运输巷为工程背景,采用数值模拟和现场监测等综合研究方法,研究了不同软弱夹层厚度与巷道围岩变形特征及应力分布之间关系,并对3_上712工作面运输巷提出了支护优化措施。结果表明,随着软弱夹层厚度的增加,巷道顶板上方下位坚硬岩层区域应力值逐渐减小,巷道顶板塑性区破坏面积逐渐增大;且不同软弱夹层厚度会导致不同的顶板破裂形态,巷道含软弱夹层顶板出现了明显的非连续破坏,顶板破裂区具有明显的隔层扩展特性。经现场实践,巷道位移量在40 d后基本趋于稳定,巷道的顶板、两帮及底鼓量分别达到53 mm、46 mm、41 mm,有效控制了巷道围岩变形量。     

软弱夹层巷道围岩失稳特征分析及控制技术研究

为研究软弱夹层对煤矿巷道围岩失稳破坏的影响,基于3DEC离散元模拟软件,建立了不同工况条件下含弱层煤矿巷道数值计算模型,提出割底岩掘进方案，并对不同工况条件下方案进行对比分析及对软弱夹层作用下巷道围岩失稳破坏规律展开研究。结果表明:巷道变形特征与巷道在煤层中布置方式、煤层顶底板围岩强度有关，夹矸层在煤层中不同层位对巷道变形破坏影响也不同。弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,软弱夹层与上下相对坚硬岩石交界层面处，因摩擦约束应力作用，导致夹层处的水平应力减小，从而该处位置的强度随之下降，夹层丧失承载能力发生破坏,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移。通过不同工况方案对比，得出巷道掘进过程中控制割岩层位，夹层置于煤层底板下0.3 m工况方案满足要求。     

不同分布距离的软弱夹层对巷道稳定性影响分析

通过FLAC软件模拟了软弱夹层对深部巷道稳定性影响,主要模拟研究顶部分布有软弱夹层的回采巷道的围岩稳定性,总结了软弱夹层分布距离与巷道围岩位移、围岩塑性区及应力的关系,得出了软弱夹层的不同位置对围岩变形、应力影响的一些量化成果。     

大采深巷道底板软弱夹层对底鼓影响数值分析

为研究巷道底板围岩中软弱夹层对巷道底鼓的影响,采用理论分析和数值模拟施相结合的方法,依据底板夹层不同分布位置及个数构建了8种模型,对比分析了夹层对巷道底鼓量、底板塑性区、应力分布规律的影响。结果表明:1)随着夹层数量的增加,巷道底鼓量逐渐增大,当底板中存在3层夹层时巷道底鼓量是无夹层时的1.88倍;当存在相同个数夹层时,浅部夹层和深部夹层对底鼓影响较大,中深部夹层次之。2)浅部夹层弱化了底板围岩强度,使底板拉破坏深度增大;中深部及深部夹层吸收了不平衡能量,在其层面下附近围岩中形成一定的原岩区;深部夹层较浅部夹层有减小围岩塑性区的作用。3)随着夹层数量增加、夹层距离巷道底板表面增大,底板围岩中应力集中区范围缩小。4)夹层阻隔了地应力均匀分布,致使深部夹层附近形成一定程度应力集中。结合数值模拟结果可知针对底板含弱夹层巷道,需加固底板以控制底鼓。     

倾斜产状软弱夹层贯穿巷道围岩稳定性分析

 研究倾斜产状软弱夹层从不同部位贯穿巷道对巷道围岩稳定性的影响,利用数值仿真软件Flac3D分析相同条件下无软弱夹层、软弱夹层贯穿巷道顶部、中部、底部四种模型中软弱夹层对巷道围岩位移场、应力场以及塑性区的影响。数值结果对比表明：软弱夹层的存在导致巷道围岩整体位移场、应力场分布不均匀,塑性区范围增加,存在软弱夹层的部位容易发生大变形,相对来说软弱夹层贯穿巷道顶部时巷道的顶板稳定性最差。针对现场的巷道变形观测也验证了数值模拟的分析结果。若巷道中有软弱夹层贯穿时,应采取相应的支护措施控制软弱夹层引起的位移、应力集中以及塑性区的增加,对今后相应条件下的支护措施有一定的指导意义。     

软弱夹层对金矿深部巷道围岩稳定性影响研究

含软弱夹层巷道围岩稳定性是黔西南金矿深部开采过程中遇到的一大难题。为保障矿山安全高效生产,采用FLAC3D模拟软件建立不同软弱夹层产状对巷道围岩稳定性影响的分析模型,研究巷道埋深、软弱夹层倾角和位置对巷道工作面稳定性的影响。结果表明：随着埋深的增加,巷道围岩变形量和塑性区体积均逐渐增大;当软弱夹层倾角在0°～40°范围内时,随着倾角的增加,巷道围岩变形量和塑性区体积均逐渐增大;当软弱夹层倾角大于0°时,巷道表面位移呈现不对称性：左拱肩>右拱肩,左帮>右帮,左拱脚<右拱脚,且随着角度的增大,这种不对称性更加明显;随着软弱夹层距巷道顶板距离的增加,巷道表面位移逐渐减小,巷道不对称变形的程度变小,围岩的塑性区体积逐渐变小。研究结果可为类似巷道工程支护提供一定的参考依据。     

煤柱内大断面复合顶板巷道围岩控制技术

为了研究顶板内软弱夹层对煤柱内大断面巷道围岩稳定性的影响及控制技术,针对昊锦塬煤矿复合顶板巷道围岩严重变形的问题,运用理论分析、数值计算并结合工程实践等方法,研究了顶板内软弱夹层对煤柱内大断面巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:当该矿巷道顶板软弱夹层厚度0.81 m时,巷道顶板极不稳定,易发生离层,须对顶板和两帮加强支护;运用ANSYS数值模拟及理论计算确定锚杆支护长度为2.6 m;加长锚杆长度使软弱夹层位于锚杆锚固区域内;增大锚杆直径,增强锚杆的抗拉、抗剪能力;加大锚杆预应力,使顶板及时恢复三向受力,能够有效的控制顶板的离层及两帮的变形。     

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。     

软弱夹层层位对巷道围岩稳定性的影响

为了研究软弱夹层层位对巷道围岩稳定性的影响,运用FLAC3D程序进行数值模拟,分析了处于不同软弱夹层层位中巷道的围岩应力、位移变化规律。研究表明,在6种不同软弱夹层层位的组合模型中,布置在模型1和5层位中的巷道变形、应力集中程度等均较小,受软弱夹层影响较弱,且当侧压系数不同时,布置在模型5层位中的巷道更加稳定,受软弱夹层影响最小。     

不同位置的软弱夹层对巷道稳定性的影响

通过FLAC软件模拟软弱夹层对深部巷道稳定性的影响,主要是在淮北任楼矿Ⅱ5110机巷岩层分布的基础上模拟研究顶部分布有软弱夹层的回采巷道的围岩稳定性,重点研究了3个方案,分别是夹层在锚杆锚固区内部、锚固区边缘及锚固区外部,总结了软弱夹层在不同锚固位置对巷道围岩位移、围岩塑性区及应力的影响。结果表明,当软弱夹层在锚杆锚固区边缘时对巷道的稳定性影响最大。     

含软弱夹层巷道变形机理及围岩控制技术研究

某煤矿5^-2煤存在软弱夹层,工作面回采过程中顺槽变形严重,为了有效治理该煤层巷道围岩变形破坏状况,通过对软弱夹层矿物进行成分分析及数值模拟试验,得出巷道变形机理为夹层所含高岭石和蒙脱石遇水后易软化形成滑面,受工作面二次采动影响,巷道顶板形成高应力集中,致使巷道沿滑面发生错动变形。根据自稳平衡拱理论,提出了巷道支护优化方案,有效遏制了含软弱夹层巷道变形破坏,研究成果为含软弱夹层巷道围岩稳定性控制提供了有益的借鉴。     

深部缓倾软弱夹层巷道围岩变形演化与非对称支护

以河南城郊煤矿含软弱夹层千米埋深巷道围岩非对称变形破坏为背景,基于自主研发的巷道围岩结构失稳全过程物理模拟试验系统,采用超声波与数字照相等探测手段,系统研究了软弱夹层位于巷道顶、底板不同位置时,支护与未支护巷道围岩应力场、位移场、松动圈演化及非对称变形破坏机理。通过将超声波速突变位置定义为松动圈厚度边界值,反映围岩破裂特征及松动演化规律。研究结果表明：当软弱夹层位于顶、底板不同位置时,未支护巷道围岩最大松动圈分别位于顶-帮和底板处,支护后顶-帮和底板松动圈厚度分别减小了9.09%～50.00%和12.00%～75.00%,对应的顶底板围岩应力释放率分别下降40%～60%和35%～60%。未支护时巷道围岩呈明显非对称性变形破坏特征,常规的对称支护方式尽管整体上提高了围岩的刚度和强度,使得松动圈形状趋于均匀化,但巷道非对称变形破坏特征显著。基于此,提出深部穿越软弱夹层巷道围岩局部非对称加强支护以实现巷道全断面等强协同支护的解决思路,并开展了工业性试验,应用效果良好。     

软弱夹层对煤矿主斜井围岩稳定性的影响分析

深部煤层的开采导致上部覆岩运动与破坏,覆岩中的软弱夹层是影响井筒、硐室及地下巷道等地下工程围岩稳定的关键因素之一。针对弱胶结砂岩中软弱夹层对主斜井围岩稳定性问题,基于分层位移场的软弱夹层静力计算模型,计算得到软弱夹层各点的精确位移。采用理论分析与数值模拟的方法分析了软硬互层弹性模量之比、软弱夹层的泊松比以及软硬互层厚度之比对穿越软弱夹层的斜井围岩变形规律。结果表明:软硬互层弹性模量之比对主斜井围岩稳定性有显著影响;当k值小于0.1时,即软弱夹层弹性模量与硬层弹性模量相差一个数量级以上时,软弱夹层围岩变形显著增加,二者呈幂函数关系;随着软硬互层弹模比值的减小,软弱夹层与上下硬层之间应力梯度变化值增高,斜井顶底板在软硬层接触面变形最大;软弱夹层泊松比由0.1增大至0.4过程中,斜井围岩变形量逐渐减小,顶板位移量减小0.42m;软硬互层的厚度比越大,围岩稳定性越差,竖直方向的移近量约为两帮移近量的3倍。     

复合顶板巷道组合三铰拱断裂形成的力学机理

为了揭示软弱夹层引起顶板分阶段破坏的力学机理,采用数值模拟的方法揭示含软弱夹层(煤线)的复合顶板巷道变形和破断规律,通过建立巷道复合顶板破断结构模型,确定复合顶板断裂的力学条件,并通过现场探测进行验证。研究表明:复合顶板中软弱夹层的破坏是致使顶板变形和破断的主要因素,复合顶板变形破坏过程大致可分为"嵌固梁形成→叠加组合梁形成→组合三铰拱形成"3个阶段;当复合顶板各岩层的屈服跨距小于等于巷道实际跨度时,复合顶板将破断形成组合三铰拱结构。     

煤巷复合顶板变形破坏规律及稳定性研究

根据煤巷复合顶板变形破坏规律,对复合顶板进行稳定性分析,结果表明:①在结构承载调整阶段,巷道开挖后,会产生少量弹性变形,但不会立刻发生失稳破坏;②结构刚度软化的实质,是顶板中的软弱夹层受围岩应力作用,产生拉伸或压缩裂缝,并持续扩展;③在应力调整阶段,当纵向均布荷载超过临界值后,顶板岩层将会产生溃屈破坏;④在巷道支护设计中,采取有效措施,增强巷道整体刚度,就能保证安全。     

动静载荷下含软弱夹层巷道围岩稳定性分析北大核心

为探究动静载荷下含软弱夹层巷道围岩变形破坏规律,以龙凤煤矿深部运输巷道为研究对象,运用FLAC^(3D)数值模拟软件对动静载荷下含软弱夹层巷道围岩力学变形特征进行了研究,并结合现场巷道实际情况提出支护优化方案。结果表明:动载荷作用对巷道两帮的影响大于巷道顶底板;动载荷作用下巷道围岩变形破坏范围相较于静载荷更加充分,软弱夹层与相邻岩层更易发生离层,且在巷道顶板形成有冒落风险的危险区域;新采用的锚杆锚索联合支护措施下围岩稳定性明显提高,保证了矿井安全生产。     

含软弱夹层巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为解决滇西某铅锌矿在转向深部开采过程中面临的巷道变形失稳加剧与支护结构破坏严重等问题,通过岩石矿物成分分析、地应力测试和松动圈测试分析围岩失稳机理,建立数值模型分析开挖后和现有支护下围岩变形情况。发现研究段属于高应力作用下的急倾斜薄层状破碎岩体,巷道薄弱部位为软弱夹层区域,根据围岩松动圈理论,提出了锚喷+薄弱部位补强+全断面钢拱架主被动联合支护的优化方案,有效控制了围岩变形破坏。研究结果为类似大埋深、高应力、含软弱夹层巷道围岩的稳定性控制提供了借鉴。     

10-201回风顺槽软弱夹层顶板及围岩控制技术

为保障木瓜矿10-201回风顺槽含软弱夹层顶板的围岩稳定,采用FLAC3D数值模拟软件进行软弱夹层位置对压力拱厚度就内边界位置的影响进行模拟分析;基于数值模拟结果,结合回风顺槽软弱夹层顶板的具体特征,确定围岩控制对策为协同耦合支护,包括:软弱夹层与硬岩层间的耦合、支护与围岩间的耦合和支护构件间的协同耦合.基于围岩控制对...     

软弱顶板煤巷围岩变形破坏特征数值分析

为了研究软弱围岩巷道变形破坏特征及其变化规律,借助FLAC^2D软件建立数值分析模型,模拟软弱顶板巷道围岩变形破坏全过程,分析得到在巷道从开挖初期到围岩失稳及后期达到新稳定过程中围岩应力场、塑性区分布情况及破坏特征的变化规律．结果表明,解决顶板问题是维护软弱顶板巷道整体稳定性的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联,并同时受到顶板下沉的影响．     

煤巷复合顶板变形破坏规律分析

基于现场实测巷道顶板变形规律提出了一个更为切合实际的煤巷复合顶板的概念。基于煤巷复合顶板破坏前及破坏的临界状态各岩层的变形曲率相同条件下,将顶板所受的荷载分配到各岩层中,进而分析复合顶板各岩层的受力状态。根据复合顶板的受力特征及其变形破坏规律,一般认为,复合顶板中软弱夹层因其自身强度低、厚度薄,巷道开挖后先将破坏,降低了顶板的整体刚度,使顶板结构弱化,从而产生较大的二次变形,随着顶板中的其他岩层应力变化,若顶板能够承受围岩荷载,则经应力变化顶板变形趋于稳定;若顶板不能够承受围岩荷载,则经应力变化顶板剧烈变形并失稳,提出了复合顶板有经过结构承载调整—结构刚度弱化—结构失稳的变形破坏规律。