大断面破碎硐室围岩蠕变模拟及控制技术

对大断面破碎围岩多次返修巷硐,锚网索支护方式难以有效控制其强流变。结合焦煤公司中马村矿39#泵房多次返修的状况,认为高应力作用下的不稳定强流变岩层,支架受力不均等因素是硐室围岩失稳的主因,提出了主动支护与被动支护联合修复方案：一次锚网索支护,二次封闭刚性支架联合支护,三次围岩注浆加固。采用蠕变数值模拟方法对原支护和返修加固方案进行了分析,结果表明：原方案在360 d时的断面收缩率达到92.2%,顶板最大下沉量达到2792 mm,围岩处在加速蠕变失稳阶段;返修加固方案在1000 d时的顶板最大下沉量仅56.8 mm,围岩处在蠕变稳定阶段;锚索作用在完整岩体范围内,锚杆大部分作用在塑性圈范围内,注浆范围外应力等值线密集,其峰值随时间的延长而增大,且逐渐内移。工业性试验表明：224 d时,硐室表面最大位移为18 mm,变形速率小于0.5 mm/d,修复加固取得了成功。     

深部开采全煤硐室围岩变形机理及底鼓控制技术

为解决深部开采全煤硐室支护困难的问题,根据胡家河煤矿特厚煤层物理力学特征,采用理论分析、数值模拟和现场观测方法研究了深部全煤硐室围岩力学特征及变形破坏机理,提出了锚网喷砌碹、底部超挖反拱钢筋网梁、底锚杆综合支护技术.现场观测结果表明:井底车场水仓硐室所测各断面顶底板累计移近量最大值为20 mm,移近速度为1.2 ～2.0 mm/d,两帮累计移近量最大值为36mm,移近速度为2.0mm/d.通过增强顶板、两帮支护强度和反拱控底可以提高底板承载能力和支护结构的整体性,有效控制了深部矿井软弱底板全煤硐室剧烈底鼓.     

深部高应力软岩硐室注浆加固技术

为解决城郊煤矿深部高应力软岩硐室的支护难题,针对城郊矿二水平南翼变电所的地质条件,提出在硐室帮顶采用壁后注浆和底板采用预应力注浆锚索的方式进行加固。矿压观测表明,加固修复90 d后,硐室两帮最大移近量为110 mm,顶板最大下沉量为80 mm,底板最大底鼓量为38 mm。断面收敛在设计范围内,支护效果理想,硐室围岩持续大变形得到控制,硐室维护满足矿井安全生产的需求。     

高应力软岩硐室围岩控制及数值模拟研究

鹤壁九矿-420水平31采区避难硐室多次返修,认为其处于高应力下的软岩流变岩层中,提出锚索+深浅部锚杆交错注浆+对穿锚索的硐室围岩加固方案。采用数值模拟方法对原支护与返修加固方案进行对比。结果表明:原支护条件下硐室断面收缩率达91.1%,顶板最大下沉量达到1 387 mm,围岩处于加速蠕变阶段;采用新的加固方案后顶板最大下沉量仅58 mm,围岩处于稳定蠕变阶段。     

煤层水仓围岩变形破坏特征及控制技术研究

矿井永久硐室作为矿井重要设施,硐室围岩的长期稳定对于煤矿安全生产至为关键。针对益东煤矿煤层中央副水仓围岩失稳大变形难以控制的技术难题,梳理了副水仓硐室围岩现场变形破坏特征,建立UDEC数值计算模型,反演分析了原始混凝土砌碹支护下硐室围岩应力、裂隙发育程度、变形破坏特征,综合分析了副水仓硐室围岩变形破坏机理。结果表明：原始支护强度低、支护系统不协调、底板膨润土遇水膨胀是围岩大变形难以控制的主要原因。结合现场实际条件及数值模拟反演结果,提出了一种“注浆加固+锚杆、索+反底拱”联合支护技术应用于返修实践。现场监测表明：返修后45 d内,两帮收敛量最大为55.8 mm,顶底板移近量最大为46.5 mm,满足副水仓硐室安全使用要求,确保煤矿安全生产。     

大断面硐室返修加固支护技术研究与应用

为有效控制曙光煤矿+585水平中央水泵房围岩的失稳破坏,通过现场调研、钻孔窥视等方法,掌握硐室表面及深部围岩的破坏情况,围岩内存在三个相互独立的破碎区,据此提出层次注浆+高强稳定型锚梁网索修复加固技术,返修加固完成后进行矿压监测,结果表明;修复半年后顶底板移近量稳定在70mm以下,两帮移近量稳定在40mm以下,硐室围岩变形及顶板深部岩层离层现象得到有效的控制,所设计的返修加固方案应用效果良好。     

软岩井底车场巷道变形破坏机理及支护技术研究

为解决兴安矿中生代软岩地质条件下的井底车场巷道变形严重,重车线大面积冒落,井筒马头门多次返修仍未稳定的问题,采用地质调查、室内试验和数值模拟等手段,划分了高冒区、严重变形区和一般变形区,分析了巷道以顶沉、帮缩、冒顶为主的变形破坏特征,以及埋深、地质构造复杂、支护不合理等破坏原因,揭示了由离层发育演化为岩板破断的渐进式层状顶冒落机理,然后利用冒落拱的自稳性和围岩自承能力形成上部硐室,采用柔层桁架耦合支护形成下部硐室的上下双硐室稳定耦合控制对策。现场返修加固工程实践表明:提出的兴安矿四水平重车线锚网索-桁架耦合支护设计方案能够有效控制围岩破坏变形,最大两帮移近量30 mm,最大底鼓量27 mm,变形趋于稳定。     

复杂岩层大断面硐室群围岩破坏机理及控制

针对复杂岩层巷道交叉点高应力集中区四周硐室群开挖围岩稳定性控制和支护技术等难题,通过对现场取样测试硐室群围岩物理力学参数、黏土矿物成分和松动圈大小,分析了赵庄煤矿三盘区带式输送机头硐室群及周边巷道围岩变形破坏特征和机理,表明硐室帮部煤柱和底板围岩是加固支护重点。利用FLAC3D数值模拟软件分析了硐室群开挖对硐室群及周边巷道围岩应力分布和塑性区分布范围的影响。基于理论分析和数值模拟提出了硐室及周边20 m范围内巷道围岩"强柱固底"的加固支护方案。现场工业试验表明,加固支护后,硐室群及周边巷道围岩变形得到了有效控制,围岩内部裂隙基本被浆液填充,60 d内围岩顶底板和两帮最大移近量分别为30 mm和50 mm,达到了理想的加固支护效果。     

深部大断面软岩硐室支护技术优化及应用

为解决深部大断面软岩硐室急剧变形失稳问题,以朱集西煤矿西翼11煤运输大巷机头硐室为研究对象,采用理论分析与数值模拟的方法,对4种不同支护方案及不同支护结构(锚杆支护、锚杆+喷层支护、锚杆+锚索支护、锚杆+锚索+喷层支护)的围岩塑性区破坏深度与位移进行分析,得出方案三锚网喷初次支护+预应力锚索二次支护为最优方案。工程实践表明,采用耦合支护方案三后,支护结构的整体性承载能力和围岩的自承能力提高,机头硐室两帮移近量为25.98 mm,顶底板移近量为43.45 mm,有效控制了深部复合围岩的大变形失稳问题,保证了巷道围岩的长期稳定。     

深井马头门软岩硐室复合支护技术研究

某矿副井马头门处于深井高应力、大断面、极破碎岩层等复杂条件下围岩破坏比较严重。通过分析马头门围岩破坏原因之后,提出了锚网索喷+反底拱钢筋混凝土砌暄的联合支护方案。利用FLAC~(3D)对原支护方案和优化方案模拟并对比分析之后,决定采用锚-网-喷-索初次支护、双层钢筋砼二次支护方案修复副井马头门破坏段部分。现场监测表明:加固支护后,拱顶下沉量为16 mm,底鼓量为10mm,两帮移近量为12mm,硐室变形得到有效控制。     

龙口海域软岩巷道锚注支护试验研究

针对龙口海域软岩巷道支护困难的问题,探讨了锚注支护技术在海域软岩巷道中的应用.为了研究注浆加固效果,首先进行了室内岩石注浆加固试验,结果表明,注浆岩体强度比未注浆情况下有了很大程度的提高;然后采用数值模拟软件FLAC3D,对海域软岩巷道锚注支护前后围岩变形情况进行了数值模拟,计算结果表明锚注支护能有效控制海域巷道的变形,并根据计算结果得出了巷道的变形规律;最后进行了现场支护试验,并对锚注支护后的巷道围岩变形进行了监测.监测结果表明,锚注支护能显著提高围岩的强度和承载能力,有效控制海域软岩巷道的损伤变形.     

Support of weak rock with grouted bolts and shotcrete

This paper presents a closed form elastoplastic analytic solution of grouted bolts considering four different approaches to bolt performance. The equations consider bolt loads and displacements round a circular opening subjected to hydrostatic pressure. The solutions allow for the interaction of bolts and a shortcrete lining. The analytic results are compared with bolt load data and readings obtained from instrumented bolts and extensometers in the Kielder Experimental tunnel excavated in mudstone. Two different support systems are included in the study, one with grouted bolts and one with grouted bolts together with shotcrete.The bolt load distribution obtained from the analytic solutions show good consistency with the measured results for two of the four different theoretical solutions. The analytic solutions that correspond to the measured values take into account the existing low bond strength between rock mass and bolt and the effects of local deformations in the rock mass under the end plate. It is shown, that a good contact between the rock surface and the end plate have effects on the magnitude of the bolt load and that it is important to use grout of high quality to secure the transfer of load from rock mass to the bolt.The displacement values, obtained from extensometers installed together with the two different support systems, coincide with the deformations obtained from the corresponding analytic solution.     

深部围岩巷道控制中的锚注支护

通过分析高应力状况下的巷道破坏机理,比较不同的巷道支护形式,指出锚注支护是一种适用于高应力破碎巷道的比较合理的支护方法。注浆加固实验表明,注浆岩体强度比未注浆有了很大程度的提高。锚注支护通过改善围岩内部结构,发挥其自身承载能力,提高了巷道的稳定性。     

锚杆锚固系统在瞬态激励下的动态响应特性

在考虑内外黏性阻力和底端岩层刚度的条件下,建立了端锚锚杆的纵向振动理论模型,求解得到了不同边界条件下端锚锚杆在瞬态敲击下的加速度动态响应,并基于该理论模型对影响锚杆锚固质量的参数进行了分析.最后将理论和数值模拟结果与实验进行对比,三者吻合较好,从而验证了理论模型和数值计算结果能较准确地反映锚固锚杆的振动特性和弹性波的传播规律.     

Ground water control by grouting in tunnels for a pumped storage scheme

The paper presents ground water problems encountered during the driving of tunnels for a pumped storage scheme in a developing country. The storage scheme is briefly outlined together with the geology and hydrogeology of the strata. The method of ground water control was based on the grouting technique incorporating cementacious and bentonite grouts. The scheme of grouting is described together with the ground water monitoring programme. The results indicate that the zone of highly permeable rock can be successfully grouted for ground water control by using the cementation technique.     

高应力巷道围岩控制技术研究

该文分析了高应力巷道破坏机理和锚注支护机理,得出锚注支护是一种适用于高应力破碎巷道的支护方法。利用有限元软件模拟了锚注支护效果。工程实践表明,锚注支护通过改善围岩内部结构,发挥其自身承载能力,提高了巷道的稳定性。     

超声导波在锚杆锚固体系中传播规律的研究

通过理论分析与实验测试,研究了超声导波在锚杆锚固体系中的波动能量的外泄特征,研究了超声导波在锚杆、锚固介质及其耦合体系中的传播规律,为锚杆锚固质量的无损检测提供了重要的理论依据。     

全长注浆岩石锚杆与围岩体相互作用下的锚固机理研究

首先根据锚固体与围岩体界面遵循莫尔-库仑屈服准则建立了注浆岩石锚杆的剪应力的分布函数。在此基础上,根据围岩体与注浆岩石锚杆相互作用机理,建立了围岩体中注浆岩石锚杆的实际受力下的剪应力的分布函数和轴向载荷的分布函数。同时,根据中性点的概念,建立了中性点的计算公式。最后,详细分析了影响锚杆实际受力的各种因素对其受力的影响,为分析其锚固机理提供了一定的理论基础。     

砌碹巷道冒顶机理及控制技术研究

以某矿辅助轨道大巷为工程背景,研究分析了砌碹巷道冒顶失稳机理,主要是：①碹体与帮、顶之间存在空隙,碹体不能及时有效支护围岩;②巷道锚杆支护参数不合理,锚杆、锚索不能有效控制顶板下沉,最终导致巷道发生冒顶事故。针对砌碹巷道冒顶的特征和机理提出冒顶段巷道支护技术：①重新砌碹,应用高水速凝材料对碹体与巷道围岩之间的空隙进行壁后充填;②应用高水速凝材料对破碎围岩进行注浆加固;③应用锚杆、锚索对冒顶段巷道进行加强支护。现场矿压监测结果表明,该技术不仅保证了施工安全,而且提高了围岩整体性和承载能力,有效控制了巷道围岩变形。     

隧道围岩中全长粘结式锚杆受力的非线性分析

为分析隧道围岩中全长粘结式锚杆锚固界面剪切作用的非线性特性及其受力特性,建立了锚固界面剪应力与剪切位移的双曲正切函数模型,推导了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的荷载传递方程,采用有限差分方法和Newton迭代公式建立了锚杆受力特性计算方法,并采用典型隧道工程锚杆试验实测结果进行了验证。在此基础上,分析了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的轴力和界面剪应力分布特征,探讨了锚杆长度、界面剪切强度和初始剪切刚度、围岩位移释放系数等因素对锚杆受力的影响。研究结果表明：①双曲正切函数模型采用单一函数曲线刻画了界面剪应力与剪切位移的非线性关系及锚固界面剪切刚度演变规律,可有效描述隧道围岩中全长粘结式锚杆的受力特性;②锚杆锚固力随着锚固长度的增加而逐渐增大,但其锚固长度存在临界值;超过临界值后,锚杆锚固力基本不变;③随着界面剪切强度和刚度的增加,锚杆锚固力逐渐增大,中性点位置移向临空面一侧,界面剪应力向临空面和锚杆末端聚集;④围岩位移释放系数越小,锚杆支护后所提供的锚固力越大。实际工程中,宜根据围岩稳定状态及所需锚固力大小,合理确定锚杆支护时机和长度。