含弱层巷道围岩滑移破坏规律的模拟研究

为研究弱层对煤矿巷道围岩滑移破坏的影响,基于UDEC岩土模拟软件,建立了含弱层煤矿巷道数值计算模型,对弱层与侧压力系数共同作用下巷道围岩滑移破坏规律展开研究。结果表明:弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,减弱了围岩深部向煤帮的应力传递,促进了顶板向煤帮的应力传递,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移;随弱层厚度增长,围岩临界破坏深度随之增大,煤体的剪切破坏也愈明显,围岩塑性区深度与水平滑移值也会进一步扩大;侧压力系数对含弱层巷道围岩的稳定性也具有重要影响,当侧压力系数为1.0时,煤帮围岩最为稳定,当侧压力系数介于1.0～2.0时,随侧压力系数的增大,围岩塑性区深度也会进一步增长,围岩滑移值呈非线性增长。     

大断面矩形和六边形煤巷围岩变形破坏试验对比研究

通过相似材料模型试验,对比分析了大断面矩形和六边形巷道在不同地应力环境下围岩的变形破坏规律。试验结果表明:六边形巷表面收敛率约是矩形巷道表面收敛率的40%,其帮深部内移量和顶板深部下沉量分别是同条件下矩形巷道的76.5%和67%。两种巷围岩以剪切破坏为主,裂隙在围岩上成环状分布。矩形巷顶板出现高度1.6m的冒落拱,巷帮出现大块楔形体并与帮脱离形成弧形帮;六边形巷右顶角附近有部分冒顶,其折边巷帮被压成弧帮,且部分出现楔形体脱落,片帮范围小于矩形巷巷帮。试验显示侧压力系数为0.75时,围岩突变破坏相对缓和,而侧压力系数为1.25时,围岩突变破坏较剧烈、破坏程度最大。     

采动巷道煤帮变形破坏规律与控制技术

针对采动巷道帮部围岩变形破坏剧烈、支护维护困难、扩帮施工工艺复杂等问题,以刘家梁矿复合顶板采动巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等综合研究方法,监测获取采动巷帮变形破坏规律,分析采动巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。研究结果表明:工作面回采过程中,采动巷道区域出现支承压力集中程度增大的同时,围岩周边主应力的方向也随之偏转,导致巷帮出现较大的塑性破坏深度且最大巷帮破坏深度偏向于巷帮中部,引发普通支护强度无法有效控制的巷帮围岩大变形,造成支护体损坏;采用高延伸性、可持续提供支护力、围岩变形过程中不破断的支护材料是此类围岩控制的有效途径。据此研发适用于大变形巷帮围岩控制的高延伸性组合锚杆,该锚杆杆体延伸率超过20%,具有较高的尾部抗剪能力,并可在扩帮施工后继续使用,现场应用效果良好。     

深部留底煤回采巷道变形破坏及支护策略研究

为揭示深部留底煤回采巷道围岩变形破坏规律、提出有效支护策略，以青云煤矿020202工作面轨道巷为研究对象，通过建立深部巷道力学模型，引入无量纲形式的敏感度因子，研究埋深、围岩强度、采动应力和支护阻力对围岩变形破坏的影响规律，基于此提出新支护策略，并采用数值模拟和现场实测验证。研究结果表明：围岩表面位移量和塑性区半径各影响因素按影响程度排序为埋深>围岩强度>采动应力>支护阻力；“去底煤注浆加固+高预应力强力锚杆锚索及时支护”策略可有效抑制巷道围岩塑性区发育，使围岩变形量减少约50%,无需返修。研究成果可为深部留底煤巷道支护设计提供借鉴参考。     

动静载荷下深部开挖巷道围岩变形破坏特征及支护优化

为了研究动静载荷对深部开挖巷道围岩变形破坏的影响规律,以马家田煤矿深部回采巷道为研究对象,运用FLAC^3D数值软件对动静载荷下深部开挖巷道围岩力学响应进行了分析,并结合现场巷道实际提出支护优化方案。结果表明：动载荷作用下巷道围岩变形破坏范围较为充分,硬岩中主要发生拉伸破坏,软岩中主要发生剪切破坏。巷道围岩最大垂直位移与破坏深度随巷道开挖距离的增加而增加。新的支护措施较好地控制了围岩变形,保证了矿井的安全生产。研究成果可为相同或相似条件下深部巷道围岩稳定性控制及支护设计提供参考和借鉴。     

高煤帮破坏机理及控制技术

针对高煤帮巷道两帮的大变形问题,以霍尔辛赫煤层条件为例,数值模拟分析了其煤帮破坏机理,即在围岩压力下产生压剪破坏,四角形成强剪切区,连接成似"C"形剪切带,上部煤体斜向滑移,在巷帮中部变形最大;采用锚杆锚索联合支护后,剪切应变值及塑性破坏范围均有所减小。根据模拟结果及相关成功工程经验,提出煤帮层次化支护技术,即锚索或注浆锚索配合锚杆支护。在西辅运大巷进行了强力锚杆锚索控制高煤帮的现场试验,监测表明巷帮锚索有效控制了帮部顶角剪切滑移造成的失稳,巷道变形和离层均较小,取得较好支护效果。     

深部巷道连续双壳加固机理及试验研究

由于深部巷道变形破坏严重,传统支护难以保证巷道稳定。本文在详细分析深部巷道围岩变形特征的基础上,提出深部巷道连续双壳加固理念,并分析双壳加固机理。通过相似材料模拟试验,对不同采深条件下裸巷、锚杆支护、连续双壳支护巷道围岩变形及应力分布规律进行研究。结果表明：随采深增大,裸巷围岩发生大面积整体破坏,不能自稳;锚杆支护巷道锚固区以里深部围岩继续发生离层破坏,巷道存在潜在破坏危险;连续双壳支护巷道只在巷帮浅部发生局部剪切破坏,围岩稳定性好。以陶二煤矿新南总巷道支护为例,验证了连续双壳支护的合理性。     

松软煤层高帮巷道巷帮控制技术

针对松软煤层高帮动压巷道围岩变形特点,以阳泉上社煤矿地质条件为对象,分析了巷帮破坏机理和解决对策。松软高帮在不均衡应力和顶帮不同强度的作用下,发生剪切破坏,并在巷道四角处产生剪应力集中区;高预应力锚索支护松软高帮时,可减小塑性破坏范围和剪应力集中程度。结合注浆加固作用特点,提出松软高帮的高预应力注浆锚索支护技术。井下实践表明,松软高帮巷道巷帮高预应力注浆锚索全高支护可有效控制巷帮大变形,提高围岩稳定性,试验效果良好。     

含夹矸泥岩煤层巷道外错滑移机理与支护对策

为了揭示三道沟矿区含厚度20 cm泥岩夹矸的5-2号煤层巷道副帮外错变形机理,通过巷道围岩钻孔窥视、围岩变形观测和夹矸泥岩矿物成分X-衍射分析,测定出泥岩夹矸中蒙脱石含量达到55%,高岭石含量达到24%;探明了巷道顶板存在垂直裂隙,巷道副帮(煤柱帮)破坏区较大,巷道收敛变形主要由相邻工作面开采引起,巷道副帮出现较明显的外错式变形。通过数值计算分析,揭示了巷帮外错滑移破坏的机理是相邻工作面侧方支承压力导致煤柱顶板产生垂直裂隙并向相邻采空区水平移动,带动巷道副帮沿夹矸层滑移,形成外错变形。据此,提出了采用长锚杆加强副帮夹矸层上部煤体的支护对策,实践取得了成功。     

花草滩煤矿轨道暗斜井变形破坏机理研究

随着煤矿开采深度的增加,U型钢被动支护难以缓解轨道暗斜井的变形。为解决轨道暗斜井巷帮移进和底鼓问题,采用数值模拟方法,分析了不同终采线位置时巷道的变形破坏规律,对煤柱宽度影响暗斜井围岩变形现象进行研究,总结出其内部应力分布规律。基于巷道塑性区演化规律,分析了暗斜井巷围岩的应力分布状态,发现巷道呈非对称性变形;此外,研究了相同应力分布特征、不同终采线时巷道变形的变化规律。研究结果表明,随着终采线距离增加,围岩最大变形量减小。     

基于3DEC的大采高回采巷道围岩变形特征研究

为探究大采高回采巷道围岩变形失稳特征,通过3DEC数值模拟软件,以22204辅助运输平巷为背景,分别分析了巷道围岩裂隙发育、应力分布、位移分布以及塑性区分布特征。研究结果表明：大采高回采巷道围岩裂隙发育、变形具有非对称性,随着工作面向前推进,巷道围岩位移量不断增大,其中较大水平位移向巷帮中上部及顶板位置转移,且靠近煤柱一侧巷帮水平位移、裂隙发育较为显著;采动影响下巷道围岩发生了一定程度的剪切破坏,导致其煤岩体应力释放,且煤柱长期处于高应力状态,因而靠近煤柱一侧的巷帮及巷道顶板塑性破坏较为严重和频繁。基于此,明确了大采高回采巷道围岩变形的重点防控区域,为该类巷道围岩稳定性控制提供参考。     

深部倾斜岩层巷道变形分析与控制

针对深部倾斜岩层巷道围岩大变形控制的难题,以九龙矿北翼二水平轨道大巷为工程背景,通过现场调研、数值模拟分析深部倾斜岩层巷道围岩变形破坏的特征和原因。研究结果表明:倾斜岩层剪切滑移破坏和弯曲变形、围岩松软破碎、底鼓严重、支护结构针对性差是导致巷道变形失稳的主要原因;随着岩层倾角的增加,深部巷道围岩的破坏模式由倾斜岩层层间滑移破坏和靠近巷道拱肩部位的岩体分离、弯曲变形共同作用,逐渐向岩层层间滑移破坏转变;基于以上研究,提出了采用高强度锚杆和高预应力锚索,在巷道变形关键部位加强支护,控制底鼓和架设U型钢,全断面喷射混凝土和注浆的支护技术,强化围岩的整体强度和承载能力。工程实践表明,巷道围岩变形控制效果显著。     

基于尖点突变模型的巷道围岩屈曲失稳规律研究

依据深部巷道围岩的稳定性特征,探讨了巷道围岩层裂板结构的形成机理,并建立了层裂板结构稳定性的力学模型。应用结构非线性稳定性的尖点突变模型,分析了巷道围岩层裂板结构失稳的力学机制,给出了2种条件下巷帮层裂板结构失稳的充要条件。研究表明:尖点突变模型能有效地预测片帮型煤矿巷道的冲击矿压危险性;通过加固巷帮及巷道顶底角围岩,提高巷帮围岩的结构刚度,增强巷帮围岩的抗屈曲失稳能力,可有效防治片帮型煤矿巷道的冲击矿压事故。     

开采扰动下底板巷道应力演化规律及围岩稳定性研究

为了研究开采扰动诱发底板瓦斯抽采巷围岩失稳问题,以龙凤煤矿5921底板瓦斯抽采巷为研究对象,采用数值模拟的方法分析了5921工作面开采过程中底板瓦斯抽采巷围岩应力演化过程及围岩变形破坏特征。研究结果表明：垂直应力在巷道跨度范围内随深度增加而增大,巷道位于工作面前方的位置,围岩应力分布特征大致相同,巷道位于采空区的部位,左帮岩体处于卸荷状态,而右帮岩体出现明显的应力集中现象;围岩变形在时空上相较工作面开采有一定的滞后,底板瓦斯抽采巷最大变形位置滞后于回采工作面10～30 m,工作面前方10 m范围内围岩变形呈增加趋势;底板瓦斯抽采巷位于采空区范围内的部位破坏以拉伸破坏为主,位于煤壁前方支承压力区的部位破坏则以拉伸-剪切组合破坏模式为主,巷道顶板垮落、底鼓的风险较大。     

深部巷道围岩破坏特征的数值模拟分析

针对深部巷道围岩失稳变形严重、围岩变形量大、应力集中程度高的支护特点,以淮南矿区丁集矿1422(3)工作面的巷道围岩为研究背景,运用理论分析和数值模拟的综合研究方法对深部巷道围岩的失稳变形机理及岩体破坏特征进行深入研究。相应探讨了围岩应力场的时空演化规律,揭示了围岩分区破裂的力学本质,为深部巷道的围岩治理及支护设计提供重要的理论参考。     

倾斜厚煤层沿空巷道变形破坏特征及支护控制技术研究

为解决倾斜厚煤层沿空巷道支护难题，以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06工作面轨道巷为工程背景，根据巷道实际工程地质条件，运用FLAC^3D软件模拟研究沿空巷道4 m和7 m小煤柱情况下的围岩变形破坏特征，巷道围岩呈现出明显的非对称变形破坏，尤其是沿空小煤柱侧帮部和顶板肩窝变形严重，进而揭示了倾斜厚煤层沿空巷道变形破坏特征。基于此，提出了倾斜厚煤层沿空巷道围岩深部+浅部+表面多层次支护控制技术，对现有支护方案进行了优化。数值模拟和现场试验结果表明，该支护方案实施后巷道围岩变形控制效果显著，特别是煤柱侧变形破坏的有效改善，确保了巷道的安全使用。     

三软煤层巷道围岩变形机理及支护优化技术研究

为了解决15101工作面三软煤层巷道围岩变形破坏的问题,在确定巷道顶底板环境的基础上,对三软煤层巷道围岩侧向支承应力分布及变形机理进行了分析。研究表明:三软煤层巷道侧向应力呈现出应力峰值位置远离煤壁、应力最大值降低、侧向支承应力影响范围扩大等特点,巷道发生变形主要是由于力源集中区应力传递导致帮部剪切滑移破坏和底板挤压夹持破坏;建立了巷道围岩受力力学模型,理论分析了巷道围岩在横向变形和纵向变形的应力表达式,得出巷道变形受到巷道支护强度、底板支承能力、煤体应力传递衰减系数和底板剪切滑移等因素的影响。最后,提出了"控制顶板、加固两帮、强化底板和固定滑移"的巷道围岩控制原则,采取"长预应力锚索+帮部加密锚杆+底板注浆"的综合支护方式对巷道围岩进行了支护优化设计,确保了三软煤层巷道的安全稳定。     

不同埋深条件下深部巷道变形特征分析

针对深部巷道围岩支护难、变形大等特点,理论分析了深部巷道围岩变形破坏特征、围岩力学特性以及应变软化理论。数值模拟分析了不同埋深条件下沿帮部路径的应力水平、顶板应力差峰值和所处围岩深度关系、深部巷道塑性区和残余区变化规律以及巷道埋深和位移的关系。研究为深部巷道支护参数设计提供了理论基础。     

含软弱夹层综放工作面煤帮大变形机理及其控制北大核心

含软弱夹层煤帮常出现大变形问题,影响巷道的正常使用。以东滩煤矿3308工作面轨道巷为研究背景,综合采用现场实测,数值模拟,理论分析等手段,分析含软弱夹层巷道帮部的大变形特征,基于莫尔-库仑强度准则研究其失稳机理,得到煤柱发生剪切破坏的判据表达式,探讨围岩力学参数对大变形的影响规律。结果表明:两帮水平位移的峰值在软弱夹层处,软弱夹层是煤帮发生大变形的关键因素;含软弱夹层煤帮发生大变形对锚杆所产生的轴向拉力不足以使锚杆(索)杆体发生破坏,锚杆(索)承载能力的丧失可能由于锚固区黏聚力低或尾部脱锚;通过提高围岩内摩擦角和黏聚力可使剪切带范围减小甚至避免发生剪切破坏。基于研究成果,提出了锚索注浆改性、摩擦让压锚杆适应大变形及锚杆尾部增锚、限位抗剪锚杆补强的支护原则并进行了工程验证。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。