层状岩体中矩形巷道顶板破坏高度

为计算层状岩体中矩形巷道冒落高度,考虑到层状岩体中矩形巷道顶板各层物理力学性质的不同,对其进行分层研究,建立岩梁计算模型同时应用结构力学两端固支梁模型计算层状顶板整体受力,再用弹性力学对每层岩层进行内力计算。考虑到岩梁两端固支处集中力作用对岩梁整体内力分布的影响即岩梁端部效应,利用弹性力学中半平面体受集中力作用的内力解,推算出岩梁上侧受拉破坏点位置,从而得到各层破坏面与垂向夹角,进而可推算出冒落拱的高度。通过与实际巷道冒落拱高度测试结果的对比,验证此公式较为符合实际工程情况。     

煤矿巷道冒落拱高度的测量方法

煤矿巷道的围岩条件复杂多变,且围岩力学性质参数难以及时取得准确值,因而用普氏理论计算冒落拱高度并确定围岩压力时往往造成偏差,这影响巷道支护参数确定的准确性。利用现场监测直接测定冒落拱高度可解决这一问题。以陕西某煤矿巷道为例,介绍利用顶板离层仪进行巷道顶板下沉观测,以获得巷道顶板冒落拱高度的方法。实践表明,这一方法能够准确、快速地得到巷道顶板冒落范围,进而可计算出正确的围岩压力值,对巷道围岩支护参数的合理设计具有一定实际意义和工程价值。     

层状顶板岩层中巷道稳定性研究

巷道顶板稳定性分析,是矿山巷道支护设计的主要根据,因此成为专门的研究问题,提出过多种计算模型和分析方法。本文则是根据板的柱形弯曲理论对层状顶板巷道稳定性进行研究,对顶板岩层进行了分析,建立了计算模型,确定顶板岩层稳定性的影响因素,从而提出维护巷道顶板稳定性的措施。     

层状岩体中巷道钢丝绳锚杆网支护研究与应用

通过对软弱层状岩体中沿脉巷道的失稳模式及破坏过程调查分析 ,提出了采用钢丝绳锚杆网进行支护 ,同时探索出了一整套简便易行安装工艺 ,通过应用证实 ,其支护效果良好 ,经济效益显著。对于同类矿山具有推广利用价值。     

基于普氏冒落拱理论的矽卡岩型底部结构支护优化研究

针对某铁矿复杂破碎大水矽卡岩型底部结构节理裂隙发育、岩石强度低、遇水易膨胀,以及现有锚网喷支护方式效果不理想等难题,本文展开支护参数优化研究。首先根据室内膨胀性试验确定矽卡岩岩体物理化学性质,其次以普氏冒落拱理论为巷道支护原则,采用理论计算与数值模拟方式确定矽卡岩底部结构支护参数,最后通过现场监测分析确定矽卡岩底部结构合理的支护参数合理性。室内膨胀性试验表明,现场矽卡岩中的黏土矿物遇水极易膨胀,20 h吸水后膨胀率达到85.06%。数值模拟结果表明,增加预应力锚索后巷道变形量明显变小,由30 d巷道收敛现场监测结果可知,顶底板及左右帮位移累计量仅为52 mm和39 mm。研究结果表明,矽卡岩型巷道开挖后应迅速进行素喷工序封闭,素喷+锚杆+预应力锚索联合支护技术可以有效解决某铁矿底部结构巷道围岩稳定控制难题,保证出矿进路在使用期限内的基本稳定和矿体安全高效回采及主要穿脉的长期稳定。     

层状岩体巷道断面形状优选及支护方式研究

在层状岩体中施工巷道工程时,岩层倾角很大程度上决定了巷道的变形破坏特征,选择合理的巷道断面形状和支护方式对于维护巷道稳定至关重要.采用数值模拟方法系统地研究了层状岩体巷道在不同岩层倾角下的破坏模式,并结合压力平衡拱理论确定了层状岩体巷道断面形状的优选原则,继而提出了相应的支护方式.研究结果表明,在岩层倾角由水平逐渐变为陡立的过程中,巷道顶板的破坏模式也由对称的拱形冒落演变为非对称的楔形冒落,甚至是整体滑移破坏;基于压力平衡拱下巷道的自稳特性,对于顶板发生拱形冒落及整体滑移破坏的层状岩体巷道,推荐采用直墙拱形断面,对于楔形冒落的层状岩体巷道,推荐采用五边形断面;根据兰氏锚杆经验准则确定的支护参数一般适用于顶板发生拱形或楔形冒落的层状岩体巷道,当其用于顶板发生整体滑移失稳的层状岩体巷道时,可能会导致支护参数不够稳健.     

沿空巷道锚杆支护参数优化及应用研究

通过数值分析手段,采用普氏冒落拱理论对沿空巷道内采用类比法得到的锚杆长度进行了重新校核,探讨了在此种条件下锚杆长度的变化对围岩变形、应力变化、巷道破坏的影响,并最终确定了合理的支护参数,得到了在此种条件下的围岩控制技术。     

巷道层状岩层顶板破坏机理

为了有效了解巷道层状岩层顶板的破坏机理,通过阐述岩石破裂过程分析软件RFPA,对具体的数值模型和参数进行设计,最后对围岩的变形特征和顶板的破坏机理进行讨论,以满足煤矿企业的安全生产需要。     

层状岩体圆形巷道破坏特征及锚固支护对比试验研究

为获得层状岩体圆形巷道变形破坏特征及锚固效果,采用CM60/10平面应变试验台配合三轴伺服试验机,通过相似材料模拟技术,对初始埋深400 m的层状岩体圆形巷道模型逐级施加载荷,对比分析了高垂直应力(λ1)条件下无支护及锚网索喷支护圆形巷道围岩变形破坏特征。试验结果表明:无支护状态下巷道两帮围岩出现明显的"楔形"破坏区域,以巷道腰线为中心,两帮浅部围岩亦出现相向垂向移动,顶板出现"月牙状"块状冒落,底板出现明显鼓胀,巷道围岩整体变形破坏严重;加载后期,无支护状态下巷道顶板下沉量、底板底鼓量明显增大,而锚固支护在相同地应力作用条件下,顶板下沉量、底板底鼓量基本呈线性增长且增长速率较慢,有效控制了巷道围岩的变形破坏。     

综放沿空巷道围岩系统稳定性的UDEC模拟分析

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出。本文以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行了围岩稳定性的离散元数值模拟,提取表征巷道围岩系统的顶板下沉量ydis、煤柱表面水平位移xdis、煤柱垂直应力syy等指标,判断巷道的稳定性,确定合理的煤柱尺寸和支护方式。通过综放沿空巷道稳定性的离散元数值模拟分析,得到了一定地质条件下,综放沿空巷道稳定性与煤柱尺寸及支护方法的一些关系,对煤矿成功解决综放沿空巷道的支护,提高围岩稳定性,具有一定的现实意义。     

综放沿空巷道围岩卸压控制研究

采用计算机数值模拟计算及现场观测方法,结合松动爆破技术分析了本煤层布置卸压巷对综放沿空巷道围岩卸压的机理,沿空巷道卸压控制的实质是使围岩高应力区沿倾向向煤体深部转移,卸压巷位置及松动爆破强度是卸压技术的关键,现场应用实践表明,卸压控制是治理综放沿空巷道围岩强烈变形破坏的科学有效方法,并取得了显的技术经济效益。     

深部层状岩体巷道承载特性的物理模拟试验研究

为研究深部高应力条件下层状岩体巷道的承载特性及失稳机理,采用物理相似模拟试验方法,并借助高速摄像机、静态电阻应变仪、位移计等手段,研究了不同支护方式(无支护、锚杆支护、锚杆索支护)层状岩体巷道的变形破坏特征和应力演化规律;同时,从压力拱的角度分析了层状岩体巷道的成拱特性。研究结果表明:无支护条件下,巷道围岩变形破坏严重,顶板大面积垮落,呈现倒V型破坏区,无法形成有效的压力拱结构;采取锚杆支护和锚杆索支护后,巷道围岩应力状态得到改善,能够形成有效的压力拱,围岩变形量减小。研究成果为类似地质条件巷道支护设计提供了依据。     

复杂不稳定煤岩综放开采不规则来压顶板垮断机理研究

复杂不稳定煤岩开采,由于涉及因素复杂,无法建立统一模型,现场实测数据分散,来压规律不易总结,需顶板垮断机理解释和指导.以同发东周窑矿复杂不稳定煤岩综放开采实测不规则矿压规律为切入点,通过理论分析,提出了该矿复杂不稳定煤岩综放开采顶板的8种典型垮断机理,从理论上解释了该区特殊矿压规律,对复杂不稳定煤岩顶板垮断机理进行了探...     

深部软岩巷道等应力承载拱强度理论研究

针对深部软岩巷道难支护的特点,结合围岩应力分布规律以及锚杆锚和锚索的支护特点,提出了深部软岩巷道锚杆锚索等应力承载拱强度理论.该理论是根据巷道所处的应力环境,通过锚索和锚杆的长短搭配,在巷道围岩中形成一个受力更为均匀的承载结构,从而提高围岩的自承能力,以此来维护巷道的稳定.此外,还推导出圆形承载拱的承载能力公式,对深部地应力较为均匀的工程具有一定的参考价值.     

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。     

基于尖点突变模型巷道层状围岩失稳机制及判据研究

巷道顶部围岩受力系统是高度非线性的复杂大系统,尤其是层状围岩的突变失稳问题更是目前实际工程中的难点和科学研究的重点。在基于层状围岩稳定性地质力学模型和势能函数的基础上,建立了弯折失稳破坏的尖点突变模型,注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统从连续渐变状态走向系统性质的突变,并据此分析了层状围岩突变失稳破坏过程中的能量转化发生机理。基于定态曲面方程和分支曲线方程,推导得出系统失稳的充要力学条件,建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据,揭示围岩的稳定性主要由外力(P,q),岩体的弹性模量(E),容重(γ_c),层间极限剪应力(p_t)以及几何形态(l,h)控制,并提出了防护建议。结合矿区巷道围岩实例,运用尖点突变失稳判据预测分析结果与实际情况相符合。     

综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制

通过分析综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制的技术难点,提出在过空巷合理的时空节点上实施停采等压、强力锚杆索支护、注浆固结修复和支架支撑力保障的综合控制技术,并阐述了相应的控制机理。建立了综放工作面过空巷时基本顶破断的结构模型,分析得出过空巷时长关键块条件下的支架临界工作阻力;采用数值模拟方法分析综放工作面过空巷时采动影响下围岩应力分布、变形与破坏特征,确定综合控制技术实施的时空节点与相关参数,进而结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用综合控制技术后,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性支架－围岩事故,解决了9102综放工作面过空巷的相关技术难题。     

软岩巷道掘进支护方法研究

针对塘子凹矿区软岩巷道的变形破坏特征,提出了软岩巷道支护与加固的技术措施和施工方法.采用有限元软件对花岗岩中巷道掘进过程中围岩的应力、塑性区及安全率进行了模拟分析.模拟结果表明:锚杆长度为1.8m,间排距为0.75 m×l.0 m,喷射混凝土厚度为10 cm时,采用反拱形式浇灌底板是比较经济、合理的施工方案.该方法有效...     

锚杆锚索支护巷道层状顶板变形特征及离层监测研究

从分析层状顶板离层特征和顶板离层观测的原理入手,结合现场观测结果,认为两基点离层指示仪的深浅基点应分别设置在与巷道顶板锚索锚杆上端头同一水平位置;各类回采巷道在经受工作面采动影响时,安设深基点的顶板岩层都将产生位移,因此,对锚杆锚索支护巷道进行顶板离层观测的同时,还必须开展巷道顶板下沉量观测,只有把这2种观测结果结合起来,才能准确和客观地评价巷道锚杆锚索支护效果以及巷道的稳定性。在全面分析研究不同顶板岩层赋存条件下锚杆锚索支护巷道的变形与离层的基础上,得到了各类巷道顶板离层的临界值。