不支护情况下不同断面尺寸硐室围岩稳定性数值模拟研究

以许疃煤矿3_238风巷地质条件为背景,运用FLAC3D数值模拟方法,分析该风巷不同断面尺寸硐室在硐室开挖后,在没有支护情况下的断面尺寸对硐室围岩稳定性的影响。研究表明:随着硐室断面尺寸的增大,围岩垂直应力峰值增大,且峰值位置不断向围岩深部转移;更大范围的围岩通过硐室开挖来释放应力,硐室两帮水平应力回升至原岩应力所需的距离越远。塑性区变化,主要发生在硐室上下方。在距围岩表面4 m深以内,顶底板围岩位移差异明显;帮部围岩位移则随深度增加,越发明显。     

深部大断面硐室动静载作用下锚固承载结构稳定机理研究

针对动载扰动条件下深部大断面硐室围岩锚固支护结构稳定性差、支护设计不合理等问题,以新巨龙煤矿井下煤矸分离大断面硐室为例,采用现场调研、理论分析和室内试验等手段,研究在深部冲击应力与高围岩应力叠加构成的复杂应力环境下大断面硐室围岩锚固支护结构损伤演化特征,构建动静载荷作用下深部大断面硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,获得深部大断面硐室围岩锚固支护结构破坏机理并对深部大断面硐室的围岩锚固支护设计提出合理建议。结果表明:1)深部冲击应力与高围岩应力叠加是大断面硐室围岩变形破坏的主要原因,在受到强动载冲击时,深部大断面硐室顶板、两帮锚杆(索)受损严重,很容易造成顶板大面积垮塌及帮部煤体突出;2)通过室内SHPB动态冲击试验获得了动静载组合作用下,加锚试件的强度和峰后回弹斜率均随着动态应变率的增大而升高,加锚试件对动载冲击能量的耗散能占比与动态应变率呈现出正相关的特性,锚固界面(锚固剂/锚杆、锚固剂/岩体)的黏结程度在锚固体对应力波能量耗散过程中起到了关键作用;3)深部大断面硐室锚固承载结构的失稳破坏是由于动载作用下硐室围岩、锚固剂和锚杆三者之间不协同变形造成的剪切滑移及锚固体受动载压缩变形导致的。提高硐室围岩、锚固剂和锚杆的抗滑移特性,增加锚固密度提高抗压缩变形能力可有效降低动载应力波对深部大断面硐室围岩支护结构的影响。研究成果对井下永久硐室及巷道的加固工程具有一定的理论指导和借鉴意义。     

深部硐室围岩破坏原因与稳定性控制技术

煤矿开采逐渐转向深部,深部硐室围岩大变形特征给硐室群稳定性控制带来很大难度。根据深部大断面硐室围岩力学特征及变形特性,通过地质条件分析、原岩应力测试、岩石微观组分分析,对深部硐室围岩破坏的影响因素进行了总结,以抗让结合的原则,提出深部构造复杂区域大断面硐室围岩稳定性控制对策。采用关键部位耦合支护控制技术+底脚锚杆+全断面锚索加强支护对深部大断面硐室进行强抗微让的强力支护方式,在葛亭煤矿230扩容泵房硐室成功应用,并对泵房硐室围岩收敛变形、锚杆索工况、离层进行了长期监测,围岩顶底板移近量仅12.5 mm,两帮内移量7.5 mm,锚杆索受力均匀,内外离层较小,完全满足矿井安全生产需要。     

深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律研究

针对深部大断面硐室围岩变形机理复杂的难题,以葛亭煤矿230采区扩容泵房的地质条件为背景,运用FLAC3D数值模拟软件分析了采动过程中深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律。研究表明:硐室开挖后水平应力主要集中在巷道的顶底板部位,而在拱角和巷帮位置处垂直应力集中现象比较明显;在掘进面后方,巷帮处的水平应力及顶底板处的垂直应力逐步向硐室方向释放,且随着时间的增加,降低的程度及范围进一步加大,但降低梯度逐渐变缓最后趋于稳定。     

深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律研究

针对深部大断面硐室围岩变形机理复杂的难题,以葛亭煤矿230采区扩容泵房的地质条件为背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了采动过程中深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律。研究表明:硐室开挖后水平应力主要集中在巷道的顶底板部位,而在拱角和巷帮位置处垂直应力集中现象比较明显;在掘进面后方,巷帮处的水平应力及顶底板处的垂直应力逐步向硐室方向释放,且随着时间的增加,降低的程度及范围进一步加大,但降低梯度逐渐变缓最后趋于稳定。     

深部软岩大断面硐室开挖与支护方式优化

针对深部软岩大断面硐室围岩松动圈范围大、变形持续时间长、支护承载力不足等问题,以巨野煤田万福煤矿带式输送机机头硐室为工程背景,采用数值模拟和现场试验的方法,建立了围岩变形与塑性区控制指标,开展了不同开挖方式和支护形式的优化研究。结果表明：合理的台阶高度能够有效降低帮部围岩变形和塑性区深度;约束混凝土支护对全断面围岩变形和塑性区深度均有较好的控制效果。现场应用证明,带式输送机机头硐室采用台阶法开挖与约束混凝土支护体系,满足硐室稳定性控制要求。     

高应力超大断面硐室围岩控制对策研究

针对深部高应力超大断面硐室围岩易失稳的问题,以红庆河煤矿设备换装硐室为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了在低扰动掘进条件下超大断面硐室的围岩应力分布特征及变形规律,结果表明：高应力条件下,超大断面硐室塑性区范围明显变大,硐室帮部及底板相对于顶板更容易发生失稳,并提出强力一次全断面支护对策,底板锚索采用水泥灌浆实现全长预应力锚固。现场实践表明,硐室围岩稳定,变形量控制在30mm以内。     

深部超大断面硐室群围岩变形破裂演化规律试验研究

深部超大断面硐室群因初始地应力高、断面尺寸大、硐室间距小等原因,控制难度很大。本文采用相似材料试验方法,以龙固煤矿井下煤矸分离系统硐室群为背景,设置3条超大断面硐室,利用数字散斑测试系统、声发射监测技术、应力监测系统等进行综合监测,得到深部超大断面硐室群围岩变形破裂演化规律。结果表明:单一超大断面硐室开挖后围岩整体变形较小且呈对称分布,裂隙发育较少;相邻硐室开挖导致围岩变形呈非对称性,裂隙发育明显增多。上部硐室开挖后其围岩变形以底鼓和两帮收敛为主,下部硐室围岩应力集中和变形均有较大幅度减小,即对下部围岩应力集中起卸载作用,有条件时硐室群应优选"品"字形布置以有利于维护。硐室群开挖前后锚杆受力变化与围岩应力、变形近似呈正相关关系,不同部位受力差别较大,应根据硐室群不同部位特点针对性设计支护参数。本研究揭示了深部超大断面硐室群围岩破裂演化规律,可为其围岩控制设计提供参考。     

井底大断面关键永久硐室围岩变形机理及其控制技术

为解决井底大断面换装硐室一次支护围岩大变形问题,基于成庄煤矿大断面硐室围岩地质力学条件和变形特征,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法从大断面硐室围岩应力分布特点和支护承载结构稳定性两方面分析了大断面硐室围岩变形破坏的原因,并针对硐室围岩变形破坏的特征及其控制要求,研究提出在注浆原位加固提高原有锚网支护与围岩共同形成的支护承载结构完整性和强度的基础上,进一步采用全长预应力锚固强力锚索增强支护承载结构的稳定性的技术方案,对成庄矿井底大断面关键永久硐室进行二次加固。试验结果表明,巷道围岩变形量为8mm,底鼓为13mm,有效控制了硐室围岩的大变形。     

大断面硐室围岩塑性区变形及稳定性控制

针对蓄水电站排水大断面硐室围岩塑性变形失稳问题,采用现场调研与弹塑性理论及损伤理论相结合的方法,建立了支护作用下硐室围岩变形力学模型,推导出了围岩塑性区半径及其变形解析解,并运用算例分析了围岩塑性区半径及变形演化规律。同时,采用钻孔窥视仪探测了大断面硐室围岩破坏特征,提出了采用浅部锚固-深部悬吊与注浆相结合的支护方法对大断面硐室围岩的稳定性进行控制。经现场实践表明,该方法能够使大断面硐室围岩变形及整体性得到有效控制,围岩的稳定性得到保障。     

采动影响下暗斜井机头大断面硐室底鼓治理技术

采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,分析了采动影响下,硐室底板的变形和破坏规律,提出了硐室底鼓的治理方案.研究结果表明:(1)在回采扰动影响下,硐室底板垂直变形的速率与其所受到的垂直应力及水平应力都是正相关的,即垂直变形速率随着所受到的应力增大而增大.(2)在硐室帮部打密集孔,使帮部出现围岩破碎区,扰动应力得到一定程度释放,并向深部转移,底板应力集中程度得到有效降低.(3)采用"钻孔卸压和锚索+喷浆"联合支护技术,可以达到较好的控制硐室底鼓变形的效果,这样一来就保障了硐室的安全生产.     

深井软岩硐室群合理布置的数值模拟研究

以新河煤矿-980m硐室群为研究背景,对硐室群相邻壁龛之间的最佳布置距离进行研究。运用数值软件,模拟研究不同宽度保护煤柱下等断面硐室及不等断面硐室围岩应力及位移的变化规律,最终确定硐室间合理的分布宽度和硐室群的布置。结果表明,随着相邻壁龛之间的距离在一定的范围内变化,其应力分布及围岩变形呈现出相似的变形特征;将壁龛间距控制在5~6m范围内,其稳定性最佳。     

深部高应力硐室支护技术应用与实践

恒源煤矿-720 m水平变电所泵房由于该处巷道布置密度大,围岩应力比较复杂,各巷道施工时会相互扰动,造成硐室发生持续变形与破坏。为了控制深部高应力大断面硐室破坏,结合加固支护实例,提出了锚梁网喷一次支护,锚索、注浆二次支护的联合支护技术,有效地控制了硐室的变形,围岩稳定效果良好。     

深部构造复杂区大断面硐室群围岩稳定性模拟分析

以某煤矿-770 m扩容泵房为研究背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的综合研究方法,研究得到深部构造复杂区内大断面硐室围岩的变形破坏原因和稳定性控制对策,运用数值分析软件FLAC 3D 分析了耦合支护后泵房立体交叉硐室群应力场、位移场和破坏区特征,并对硐室稳定性和支护参数的合理性做出了评价。现场工业试验表明：硐室围岩变形量较小,30 d内顶底板移近量仅为12.5 mm,两帮移近量为7.5 mm,硐室围岩的稳定性较好,达到了理想的支护效果。     

大断面反井施工硐室围岩变形破坏机理及控制对策研究北大核心

针对大断面硐室围岩变形破坏严重的难题,以李家壕矿大断面反井施工硐室为研究背景,运用数值模拟、理论分析、现场监测等研究方法,分析了李家壕矿大断面反井施工硐室围岩变形破坏规律,揭示其围岩变形破坏机理,并提出了针对性控制对策。研究表明:大断面硐室顶板岩层为软弱岩层,受开挖扰动影响,顶板围岩破碎,顶板水平与垂直位移显著;大断面硐室空间较大,顶板岩层处于塑性区内,顶板垂直位移为1 450 mm,是常规断面巷道顶板垂直位移的2.8倍;大断面反井施工硐室围岩稳定性控制的关键在于顶板支护。工业性应用监测表明:常规断面硐室顶底板变形量无明显变化,大断面硐室顶板最大下沉值为132 mm,两帮最大移进量为74 mm,底板无明显鼓起现象,围岩变形得到了有效控制。     

深部硐室群破坏机理及其稳定性控制

煤矿开采进入深部以后,地质力学环境远比浅部复杂,由此引起的非线性力学现象日益严重,给深部硐室群工程稳定性控制带来很大难度.通过现场调查、室内试验和数值模拟等手段分析深部硐室群破坏机理,得出高地应力、膨胀型粘土矿物、工程偏应力集中及开挖顺序不合理是深部硐室群变形破坏的主要原因.并利用集约化设计优化硐室结构,消除硐室空间效应,降低工程偏应力对稳定性的影响.通过数值模拟得到最优施工顺序,选择最优应力路径,降低硐室开挖彼此间的扰动影响.针对高地应力和高膨胀力,采用锚网索加立体桁架耦合支护技术控制围岩稳定性.该研究可为煤矿深部硐室群工程稳定控制提供借鉴.     

煤矿深部超大断面硐室群围岩连锁失稳控制研究进展

煤矿深部超大断面硐室群因其围岩应力集中程度高、破坏影响范围大,特别是在复杂动载扰动下易发生连锁破坏失稳现象,其安全和稳定已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一.围绕煤矿深部超大断面硐室群围岩连锁失稳控制开展研究,针对现有煤矿硐室仅以断面尺寸划分的不足,综合硐室失稳临界埋深、断面面积、围岩综合抗压强度和围岩综合完整性系...     

深部高应力硐室支护方案数值模拟分析

针对峰峰集团九龙煤矿大埋深高地应力条件以及复杂水文地质情况,以临时变电硐室为研究对象,通过分析硐室围岩的工程地质条件,采用FLAC3D数值模拟软件,揭示了临时变电硐室围岩的位移场及塑性区的分布规律,提出了以"锚网喷+锚索+钢筋梯子梁"为主的联合支护方案。结合现场实测围岩位移的收敛规律表明,该支护方案能够有效控制深部高应力硐室的大变形、底鼓和流变现象。     

深部采区车场硐室群围岩变化特征与控制技术

为了探究深部延伸采区硐室群围岩稳定性变化规律,以裴沟煤矿深部四二采区为地质背景,通过现场实际地质及开拓条件分析,建立了具有针对性的硐室群工程地质数值模型。通过数值模拟分析了硐室群开挖后不同地段围岩的水平应力、竖直应力、塑性区和位移等变化及分布特征,获得了硐室群开挖后由于多次重复扰动对围岩变形破坏非常明显。在此基础上,提出了相应的支护控制措施。     

煤矿超大断面硐室判别方法及其工程特征

随着矿井大型化、井下机械化和智能化水平的提高,煤矿大型硐室的使用逐年增多,硐室断面增大导致其围岩变形破坏规律不同,控制技术和策略也相应改变。本文首先随机对国内外15个井工开采煤矿的29条主要硐室进行调研,统计其埋深、断面面积和围岩岩性等情况。然后,采用模糊综合聚类法,以硐室埋深、断面面积、单轴抗压强度和围岩完整性系数作为指标,建立基于模糊综合聚类法的硐室断面分类方法,将硐室断面分为超小、小、中等、大和超大共5类,并对所调研硐室中的超大断面硐室进行判别。最后,利用数值模拟和现场调研验证该判别方法的合理性和准确性,并探讨煤矿超大断面硐室的工程特征,即围岩变形破坏剧烈、多因素共同影响、围岩控制和施工难度大,为其围岩支护设计和稳定性控制提供指导。