不同地应力条件下巷道围岩松动圈演化研究

基于Mohr-Coulomb准则,建立考虑不同侧压系数条件下的巷道围岩松动圈理论计算模型,结合工 程算例对不同侧压系数的地应力条件下圆形巷道围岩松动圈范围进行了求解分析;采用数值模拟 方法对巷道开挖的松动圈范围进行了计算,并与理论求解结果进行了对比分析。结果表明：①当侧压力系数λ=1时巷道围岩的塑性松动圈为圆形,且松动圈半径随地应力的增大而增大。② 不同侧压力系数条件下巷道松动圈范围有所变化。顶底板围岩松动范围随λ的增大而增大。 而当λ＜1.0时巷道两侧壁松动范围随λ增大而减小,λ＞1.0时随λ增大呈增 大趋势,但整体上的变化量不大。③通过理论计算与数值模拟得出的松动圈分布规律基本一致。     

三层衬砌在高应力软岩隧道支护中的应用研究

以罗家隧道高应力软岩为例, 对隧道衬砌支护进行了探讨。采用三层衬砌设计, 一方面允许围岩产生一定变形, 增大变形释放掉的围岩压力; 另一方面提供较大的支护力, 防止围岩产生大变形, 保证隧道衬砌结构的安全。数值计算及现场监控数据表明, 三层衬砌设计合理, 对类似工程有一定借鉴意义。     

隧道衬砌外水压力的研究进展

隧道工程中地下水作用在衬砌上的外水压力是进行衬砌设计的一个重要因素,如何确定外水压力是隧道工程界迫切需要解决的一个问题.详尽论述了折减系数法、理论解析法、解析数值解法、水文地球化学方法和渗流理论分析法五种计算方法.对于隧道工程,这些研究还不能完全满足实际工程的需要,有待于进一步研究.     

衬砌内力计算的有限单元法

随着电算技术应用领域的不断扩大,以有限单元法计算衬砌的内力,逐步为各单位所采用.众所周知,地下结构除承受主动荷载作用外,还承受一种被动荷载,即地层的弹性抗力.利用有限单元法计算在外荷载作用下衬砌结构产生的内力时,定量计算围岩衬砌结构变形的约束作用有两类方法.第一类方法,引用局部变形理论,利用弹性链杆考虑围岩对衬砌结构受力变形的影响;第二类方法,将衬砌结构、回填层及围岩都离散为有限单元,共同形成在外荷载作用下互相制约     

软岩巷道注浆扩散及松动圈加固数值模拟

基于流固耦合理论,利用多物理场分析软件COMSOL,建立了软岩巷道注浆扩散瞬态计算模型及加固圈形成后变形计算模型,分别对软岩巷道渗流场和位移场进行了数值模拟研究。结果表明:注浆压力、围岩渗透系数和浆液黏度对注浆交圈厚度具有不同程度的影响作用,且通过增加注浆加固圈厚度对岩表面位移进行控制,效果会逐渐减弱。现场物探结果验证了软岩注浆加固规律。     

考虑管内压力损失及地层渗透扩散效应的顺层孔压力分布规律研究

以地面定向钻井压水试验中不同顺层段位置处的压力分布规律为研究目标，采用理论分析结合数值模拟的综合研究手段，建立顺层段压水试验的压力求解理论模型及数值计算模型，在所得理论结果与数值结论相互印证的基础上，进一步探讨不同顺层段位置处压力的分布规律，并对影响压力分布规律的各因素进行了系统分析。结果表明：管路1(由地表进入地层的垂直段)与管路2(连接垂直段与顺地层裸孔段的造斜段)中压力沿管路逐渐增大，在直线段呈线性增长，在弧线段呈幂指数型增长，管路3(顺地层的裸孔段)中压力沿管路方向逐渐降低，且下降的幅度逐渐减小；地层渗透系数对于管路3压力的影响较大，在高渗透地层中，流体更易从管路中向地层中渗流，管路压力下降快；而对于低渗透地层，流体主要在管路中流动，管路压力下降幅度较小。     

离子型稀土浸矿过程渗透性变化规律研究

为了解离子型稀土浸矿过程中浸矿效果与矿体渗透性的关系,利用自制浸矿过程渗透系数测定装置进行了矿体渗透系数测定试验,研究了离子交换条件下试样渗透系数的变化规律及形成机理,分析了初始渗透性对渗流规律的影响。研究表明:清水浸矿,孔隙内可运移颗粒向下迁移,有效渗流孔径逐步增大,进而试样渗透性逐步增强;(NH_4)_2SO_4溶液浸矿,在强阳离子结合水层的黏滞阻碍作用下,试样渗透系数随浸矿时间延长呈先下降后上升的趋势。pH测试识别模式可用于(NH_4)_2SO_4溶液浸矿全过程反应强度的识别,pH试纸显色为强酸性对应稀土阳离子的大量浸出,此区间的渗透性系数最小;浸出后期pH试纸显色为弱酸性则对应残余浸出反应阶段。初始渗透性各异的试样清水浸矿阶段的渗透系数变化幅度基本相同;(NH_4)_2SO_4溶液浸矿阶段,渗透系数变化趋势出现明显的差异,初始渗透系数大的试样渗透系数变化幅度最大,初始渗透系数最小的试样渗透系数变化幅度最小。对初始渗透性较差的矿体,应先用清水浸矿再用(NH_4)_2SO_4溶液浸矿。     

基于流固耦合效应的岩层渗透系数演化规律与断层活化突水数值模拟研究

针对断层活化突水数值研究过程常忽略流固耦合效应的影响且各层位渗透系数常设为固定值的弊端,采用FLAC^3D有限差分软件建立采动断层活化突水数值计算模型,并基于Fish语言编制断层及顶底板岩层在弹性及塑性范围内渗透系数随有效应力、初始孔隙率、残余孔隙率等变化的程序,用于采动断层活化突水数值计算,在考虑塑性区及孔隙压力、渗流矢量变化的基础上,分析了不同水压对断层活化突水的影响规律。结果表明,断层活化范围与承压水水压呈正相关的关系,当模型水压分别为3.0、3.5 MPa时,断层上部及底部发生了活化而中部未发生活化现象;当水压为4.0 MPa时,煤层底板断层整体发生了活化。通过对理论公式的赋参计算,得到了临界突水水压为3.97 MPa,验证了数值结果的正确性。     

煤体固液耦合的结构及渗透性演变规律

为了研究煤层固液耦合和渗透水压力(水力梯度)作用下的结构改造及渗透性演变规律,在MTS 815.02电液伺服岩石力学试验系统上采用瞬态压力脉冲法进行了煤体全应力应变过程中的渗透性测试。试验结果表明,煤体的渗透性与其内部结构密切相关,在全应力应变过程,煤体渗透性的演变与其内部裂隙的变化趋势一致。在应变软化至峰值强度的24.98%时,煤体渗透性达15.69×10-13cm/s,分别是弹性阶段和峰值时的79.30倍和16.34倍。在固液耦合不产生损伤的条件下,瞬态渗透系数整体与水力梯度成正比关系。渗透水压力可引起结构面的错动闭合或导致破裂碎屑集聚堵塞渗流通道。当煤样变形进入到弹塑性阶段以后,瞬态渗透系数随时间延长先整体降低,降低到一定值时突然急剧增大至一定峰值,然后再逐渐降低并趋于稳定。且煤样由弹塑性经塑性至破坏(残余强度)阶段,中间突变的峰值与初始瞬态渗透系数的差值越来越小,出现中间突变峰值所需时间越来越长。采用瞬态压力脉冲法测量评价岩石的渗透性时,应采用上下水压差第一次趋于稳定时的数据来计算其渗透系数。     

基于有限元法的隧道围岩压力计算与分析方法研究

隧道围岩压力计算,常规的公式法是假设应力为均匀分布,没有考虑应力集中现象,而有限元法适用于分析模拟围岩体和构造的各种特性,可以准确地计算出隧道围岩应力。据此,以实际工程为例,利用公式法对围岩压力进行计算,并运用有限元法的数值方法,采用专业软件对浅埋、深埋圆形隧道的围岩应力状态进行了数值模拟分析,得出其分析与计算结果对隧道围岩压力计算具有重要意义的结论。     

压水试验定量评价注浆效果研究

注浆后岩体渗透性和力学强度是反映岩体注浆效果的重要参数,为定量评价注浆堵水工程效果,以安徽某矿奥灰特大突水抢险注浆堵水工程为例,提出采用钻孔高压压水试验方法,对C53太原组灰岩堵源注浆效果进行定量评价。针对高压压水试验过程中岩体渗透性的剧烈变化特征,提出采用紊流渗透定律计算岩体渗透系数。研究结果表明:C53太原组灰岩注浆后表现出良好的隔水性能,阻水性能呈现出高阻弱渗的特点,渗透性等级属极微~微透水,与注浆前弱~中等透水的渗透性等级对比,渗透性能显著变弱,说明堵源注浆效果良好;可根据临界抗渗强度来评价C53太原组灰岩注浆后抵抗水力劈裂的力学强度,经计算其临界抗渗强度为1.83 MPa/m,依据阻水系数消能试验测试原理,注浆后C53太原组灰岩足以抵抗5.64 MPa奥灰水的劈裂破坏,可以消除煤层底板奥灰突水威胁,能够达到堵源注浆工程目的。     

余吾煤业轨道大巷破碎围岩控制技术

分析了破碎围岩弱面、水蚀、构造应力、大断面等因素对余吾煤业+400 m水平轨道大巷围岩变形破坏的影响,论述了轨道大巷两帮破坏诱发顶板变形的围岩破坏特征,进一步阐述了采用注浆加固减小帮顶围岩塑性区,锚杆支护提高了围岩的自承能力的锚注联合控制技术。矿压观测结果表明,注浆加固围岩弱面后,锚杆锚索初期快速承载,围岩最大表面位移约23 mm,控制效果显著。     

煤矿深部巷道群穿灰岩推覆体水害超前治理技术

煤矿深部巷道高水压和高地应力下掘进,水害和破碎围岩是面临的主要水文和工程地质问题,以淮北邹庄煤矿87采区系统大巷群穿推覆体高压灰岩含水层和F25断层为研究对象,提出利用地面定向多分支孔顺巷探查和分段高压注浆技术,对巷道群穿含水层和断层破碎带进行超前区域治理。查明了太原组灰岩和断层破碎带的空间位置和形态。通过分段高压注浆在巷道周边形成了隔水圈带,含水层有效改造范围大于30m,改造后验证钻孔出水率降低约50%,单孔最大涌水量小于2m3/h。高压劈裂注浆固结了断层破碎岩体,巷道在断层带掘进未发生片帮、掉顶,采用锚喷支护即顺利穿过。地面定向多分支孔注浆技术是解决深埋巷道掘进面临的破碎围岩和水害问题的有效手段,实现了由井下治理到地面治理,边掘边治到掘前治理,逐段治理到区域治理的治灾理念转变,可广泛应用在巷道穿深大断裂或高承压含水层的超前治理。     

板集矿井F_(34)断层导水性及可灌性评价

断层的渗透性或导水能力对井下巷道的施工速度和施工安全性有显著的影响。在巷道穿越已知的断层之前应尽可能地了解断层的渗透性以及断层获得地下水的补给能力。通过采用抽水和压水试验相结合的方法,从定性和定量两方面,对F34断层的渗透性与导水性进行分析与评价,并通过采用岩石透水率指标,对断层带内岩体的可灌性进行评价。分析计算表明,该断层具备一定的渗透性与导水能力,需要对其进行灌浆处理。     

破碎岩体注浆加固的二维分形平面模型构建与模拟分析

模拟注浆加固过程中注浆液在破碎岩体中的扩散特性时,构建与现场实际破碎岩体一致的几何模型对 模拟结果的准确性至关重要。 为构建与工程现场破碎岩体一致的几何模型,对于破碎岩体的注浆加固问题,提出了 一个构建破碎岩体二维平面模型的新方法。 首先,通过对破碎岩体的压水实验获得破碎岩体的透水系数;再根据裂 隙岩体的分形特征,运用透水系数计算破碎岩体的分形维数;最后根据分形维数确定最大和最小裂隙构建破碎岩体 的平面二维几何模型,并结合压水实验和数值模拟分析模型的可靠性。 结果表明:通过对分形维数所构建的平面几 何模型的数值模拟,对比分析数值模拟结果与现场压水试验结果,该方法能够获得与现场破碎岩体状况一致的二维 平面几何模型,为模拟分析破碎岩体的注浆加固提供可靠的参考。     

大型地质异常体极不稳定围岩耦合注浆控制技术

结合淮南矿业（集团）公司顾桥煤矿-780 m水平南翼胶带机大巷施工遇顾桂地质异常体时围岩所表现出的特殊地质与工程特征分析,考虑注浆位置、注浆范围与围岩承载特性相适应,指明了耦合注浆的内涵。基于FLAC^3D阐明了耦合注浆围岩控制机制,得出同样的注浆厚度,注浆深度越小,围岩控制效果越好;同样的注浆起始位置,注浆的范围越大,围岩控制效果越好;应力峰值至巷道表面围岩注浆可以有效地抑制塑性区的发育,破裂区注浆可以有效地控制围岩变形量。针对大型地质异常体极不利于围岩注浆治理工程,提出采用“整体注浆-区域注浆-局部注浆”耦合注浆的方法,对围岩实施联合控制;给出了耦合注浆技术中各注浆环节的最优注浆范围确定方法,得出整体注浆的范围应大于2倍的峰值深度,区域注浆和局部注浆范围可由围岩弹塑性力学求解确定。采用耦合注浆理念,联合运用地面预注浆、超前预注浆和短注短掘技术,在顾桂地质异常体内施工巷道的工程实践中取得了理想的围岩注浆控制效果。     

大倾角煤层动压巷道矿压显现规律及支护优化

针对3695回风巷受上工作面采动动压影响下巷道矿压显现剧烈的问题,基于3695回风巷所处的工程地质条件,运用FLAC3D数值模拟软件研究大倾角动压巷道在采动前后围岩的应力环境及塑性区范围.结果显示,受采动影响后,巷道顶板及左帮围岩垂直应力明显增大,巷道塑性区进一步范围扩大,围岩变形破坏严重.根据原有支护系统问题,提出了...     

两种含瓦斯煤样的渗透性对比试验研究

为了解井下煤层受采动作用的影响时原岩应力升降过程中引起的煤体瓦斯渗透性变化规律,利用MYS-Ⅰ型煤岩样渗透率测试系统,通过改变围压和瓦斯压力的方法,对比研究了成型煤样和原煤样渗透率之间的异同。试验结果表明：成型煤样和原煤样之间的渗透率差别很大,数值上相差在一个数量级左右;在瓦斯压力固定的条件下,原煤样渗透率随围压增大而下降的速度比成型煤样要缓慢;成型煤样和原煤样渗透率随围压和瓦斯压力改变的变化趋势基本相同,在实验室用成型煤样代替原煤样用于渗透性试验是可行的,但只能研究大致的变化规律。     

近断层巷道开挖稳定性分析与支护技术

为研究近断层巷道开挖稳定性及其合理的支护措施,以安里煤矿回风大巷为工程背景,采用FLAC3D对其开挖过程中FD49断层破碎带前后方围岩的应力场、变形场、渗流场以及塑性区进行了系统的分析,并在此基础上研究了锚杆排间距以及注浆加固范围对巷道围岩变形破坏特征的影响。结果表明:近断层巷道围岩越硬,其在靠近富水断层破碎带时的突水变形前兆特征就越不明显,因此,需在预留一定防突厚度的情况下对断层破碎带进行提前疏水降压处理;当巷道开挖揭露断层破碎带后,应对断层破碎带围岩进行注浆加固以及锚喷支护,其中,注浆加固范围宜取3~5 m,锚杆长度和间排距则可选2.4 m和0.8 m。     

地面L型定向分支孔注浆加固煤层顶板厚风氧化带技术研究

针对薄基岩、厚风氧化带下综采工作面顶板压力大,易形成出水、压架事故的工程问题,采用一种新型L型定向分支孔结构对顶板厚风氧化带进行了地面预注浆,设计了合理的注浆参数和施工技术措施。工程实践结果表明：采用地面多渗透源的注浆方式加固顶板风氧化带,注浆压力大,改善了上覆围岩结构的力学行为,封堵了砂岩裂隙水和上部含水层的导水通道,配套高强液压支架,实现了安全回采,为同类地质条件下工作面开采提供了一种新的技术途径。