深部软岩巷道卸压支护技术研究

针对深部软岩巷道围岩应力高、松动范围大、围岩变形严重的特点,应用深部巷道围岩控制"内、外承载结构"耦合稳定原理,分析了水井头煤矿-500水平412下山巷道破坏原因,提出了深部软岩巷道卸压支护技术.该技术采用围岩卸压、锚梁网喷支护和U型铜支护控制外承载结构移动过程,采用围岩注浆和锚索加强支护促使外承载结构稳定.现场支护试验表明该技术能够保证巷道围岩的长期稳定,并取得了很好的经济效益.为同类软岩巷道支护提供了借鉴.     

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.     

深部软岩巷道支护围岩结构的变化规律研究

采用FLAC3D应变软化模型,结合顾桥矿11-2轨道下山工业性实验,对深部软岩巷道的围岩分区变化特征和承载机理进行分析,研究表明:在深部软岩巷道中3 m以内的围岩位移变形和应变较大,围岩破坏严重,是支护的主要对象;在3 m以外、12 m以内的围岩应力相对集中,是支护围岩结构的主体,控制位移变形向巷道深部发展,并保护巷道表面的围岩与支护结构共同发挥支护效应,有效提高了巷道的整体稳定性。     

“内-外复合承载结构”支护技术在软岩巷道围岩控制中的应用

为控制刘园子煤矿巷道围岩强烈流变现象,保证长期稳定性,采用现场测试、数值模拟、井下试验及矿压观测的方法,综合分析原支护下围岩变形破坏特征及原因,提出"内-外复合承载结构支护技术"并应用于软岩巷道支护实践中。矿压监测结果表明,应用该技术后,锚杆受力稳定,巷道围岩位移较小,无明显离层现象,围岩稳定性增强,对类似条件下软岩巷道治理提供一定借鉴意义。     

基于内外承载结构的软岩巷道围岩控制技术研究

为解决采动影响下赵固二矿14030回风巷软岩巷道围岩变形显著问题,采用钻孔窥视仪探测了围岩变形破坏规律,针对采动软岩巷道围岩破坏特征提出了控制对策,提出了软岩巷道主动式围岩加固控制技术,针对巷道参数设计了注浆锚索加强支护方案,并通过现场监测验证围岩变形控制效果。研究结果表明：随着扰动程度加深,浅部围岩的松散破碎范围不断扩大,难以形成有效的承载结构,深部围岩离层裂隙发育高度进一步增高;以提升浅部围岩的承载能力为出发点,通过增强内承载结构的支护强度及围岩自身抗扰动能力,可发挥出内外承载结构和支护体共同的围岩变形控制作用;在锚索力学性能允许承受载荷范围内,适当提高预紧力及加长注浆锚索长度可改善巷道围岩变形控制效果。     

近距离跨采软岩巷道围岩变形破坏控制研究

针对近距离跨采软岩巷道围岩变形破坏严重与难控制的问题,以内蒙古诚意煤矿II0116回风大巷为例进行研究,建立了底板应力增量计算模型,得出了底板应力增量变化规律,运用FLAC3D6.0软件模拟计算了跨采作用下底板巷道围岩塑性区的动态扩展过程,并分析了围岩的变形特征和破坏机理。根据理论分析和数值模拟结果提出了此类巷道的控制技术:顶板短锚索+帮部锚杆及时非均匀初次支护快速组合顶板围岩,形成内承载结构;全断面滞后注浆强化围岩,提高内承载结构的整体性;顶板长锚索二次补强支护,把前期形成的内承载结构与巷道围岩深部自有的稳定外承载结构联合成更大的承载结构,以抵抗跨采期间强烈采动影响。针对II0116回风大巷的特点设计了支护方案,工程实践结果表明:采用该方案降低了支护密度,有利于综合机械化快速掘进的实施,底板巷道围岩变形稳定,保证了巷道的长期使用。     

基于ANSYS的深部软岩巷道围岩控制机理分析

根据巷道变形与控制力学机理,采用有限元分析软件ANSYS对不同条件下深部软岩巷道围岩变形进行模拟研究分析。结果表明ANSYS软件能较好的模拟巷道围岩控制机理,即巷道围岩稳定控制在于及时采取有效措施加固围岩以提高其残余强度,支护的作用就在于优化围岩的力学性能,使其强度衰减得到遏制,在围岩中形成关键承载结构以阻止变形的扩展,从而维持巷道的稳定。     

深井软岩巷道二次锚网索支护技术

为解决超化煤矿深部软岩巷道支护难度大的问题,采用数值模拟、理论分析和现场观测相结合的方法分析了巷道原支护失稳的主要原因,被动支护不能适应深部高应力软岩巷道围岩的变形。在此基础上提出了控制深部软岩巷道围岩变形的高强稳定型二次锚网索支护技术,其中第一次高强预应力锚网支护及时加固巷道围岩,并与围岩共同形成有效承载结构,第二次锚索补强支护提高支护承载结构的稳定性和承载能力。结果表明:采用二次锚网索支护技术巷道顶底板最大移近量为73mm,两帮最大移近量仅为51 mm,顶底板平均移近速率约1.62 mm/d,两帮平均移近速率约1.13mm/d,有效控制了深井软岩巷道变形。     

深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。     

拜什塔木铜矿爆破开采软岩巷道围岩损伤规律研究

为了揭示中深孔爆破对软岩巷道围岩产生的损伤规律,以拜什塔木铜矿项目为依托,采用井下监测开采巷道围岩位移和巷道收敛变形的方法,对软岩巷道围岩在中深孔爆破作用下累计损伤规律进行了研究。结果表明,随着爆破不断向深部扩展,岩石蠕变速率不断增大,且靠近空区部分测点表现为向围岩深部移动的特征,软岩巷道围岩最大位移量为4 cm,表明现有支护形式可以抑制软岩巷道围岩变形的继续发展。10中段2^#测点的收敛速率介于0.02~0.5 mm/d之间,属于欠稳定巷道; 1^#测点巷道收敛速率均大于0.5 mm/d,属于不稳定巷道,虽有减缓趋势,但变形量不断增加,且水平方向变形大于垂直方向变形,不利于软岩巷道围岩的稳定,应采取措施加固软岩巷道。     

巷道补强加固协同控制技术及应用研究

深部软岩巷道围岩稳定控制技术是保障深部安全高效开采的关键技术。根据巷道开挖应力-应变本构关系及应力应变法则,提出了深部软岩巷道补强加固协同控制关键阶段为DE阶段前半段,数值模拟结果显示锚杆(索)主动支护与U型钢、锚喷被动支护协同补强,能够有效控制围岩变形。提出了8105运输巷围岩控制“高预应力强力一次支护补强协同支护”方案并开展了工程应用。巷道维护效果较好,满足了安全生产需要。     

基于锚固复合承载体理论的软岩巷道围岩控制

深部软岩巷道一直是煤矿巷道围岩控制的难题.针对 贵州盘江恒普煤业２１１２６运输巷掘进期间围岩变形剧烈、多 次维修但效果有限、严重影响施工安全和掘进进度的难题, 采用锚固复合承载体理论计算了锚固复合承载体的承载能 力,分析了巷道破坏的原因,提出了巷道支护参数优化方案. 数值模拟和现场应用验证结果表明,巷道变形较优化前有了 显著降低,巷道掘进约２２d左右,围岩变形速度大幅降低; ３２d内巷道顶板下沉量为１２７ mm,底鼓量为７３ mm,两帮 移近量为２５６mm,围岩变形基本稳定.满足了巷道围岩稳 定性控制的需要,为软岩巷道围岩的控制和支护技术提供了 借鉴和指导.     

深部软岩巷道围岩变形破坏的相似模拟试验

为模拟深部强度低,变形大的软岩巷道,运用地质力学模拟原理和以往相似模拟材料特点,针对曲江矿-850 m东大巷巷道围岩表现出来的两帮和顶底板实测不对称大变形特征,研制一种水泥为胶结材料,土和河砂为骨料的深部软岩相似材料.采用该相似材料进行大型深部软岩巷道模拟试验.结果表明:模拟的深部软岩巷道在开挖后因原岩应力解除具有一定的变形,而模型巷道底鼓和顶板下沉现象除受预加高应力和连续载荷影响外,巷道的左右边墙破坏对巷道顶底板结构稳定性也有影响;且巷道四周围岩变形破坏呈现非对称性特征.此研究成果可为进一步分析巷道围岩损伤及破裂演化规律奠定基础,也可为巷道支护设计,围岩控制等工程实践提供依据.     

软岩巷道围岩卸荷破坏力学模型及影响因素分析

为了研究深部软岩巷道开挖卸荷作用下的力学响应量及大变形失稳机理,基于统一强度准则和岩石三线段力学模型,建立了巷道围岩开挖卸荷力学模型,依据巷道开挖后围岩次生切向应力、等效剪应力分布特征,将围岩力学结构划分为浅承载圈、深承载圈、自稳承载圈、主承载圈和关键承载圈,通过理论分析,求解得到软岩巷道开挖后次生应力场、位移场以及软化区与破碎区范围解析解,结合某软岩工程相关力学参数,分析了巷道开挖卸压作用下围岩屈服应力,围岩破裂区、软化区影响范围以及围岩承载结构的影响因素。研究表明:围岩屈服应力随着初始黏聚力和内摩擦角的减小以及掘进速度的增大而减小,围岩越容易达到屈服发生破坏;围岩软化区范围与围岩初始力学参数相关,初始黏聚力越大的围岩,围岩软化区范围减小;破碎区范围随着黏聚力软化模量、剪胀角、掘进速度以及支护结构间排距等的增加而增大;主承载圈和关键承载圈的范围、径向应力和轴向应力的峰值随着围岩软化程度的增加而增大,且向巷道深部转移。     

不同支护结构对深部巷道围岩变形的时效分析

为合理选择深部软岩巷道的支护形式和支护时机,采用有限差分软件FLAC3D,考虑围岩强度的时效性,分别研究了锚杆锚索主动支护结构、U型钢和壳体被动支护结构及反拱加底板锚杆支护结构对深部软岩巷道围岩变形的控制作用。结果表明:因围岩强度的时效性,岩体之间作用减弱,锚杆、锚索等柔性支护结构调动岩体发挥承载作用的能力降低,围岩变形明显;巷道前期剧烈变形后,因锚杆锚索具有一定围岩自身承载能力,施加刚性支护可有效控制巷道变形;底拱和底板锚杆有利于改善底板围岩受力环境以及控制巷道围岩变形整体协调性;注浆是改善围岩变形时效性的有效手段。提出初期以高预应力、高强度锚杆等进行支抗与卸压,后期以刚性支护及注浆进行加固的巷道支护对策。     

支护阻力对软岩巷道围岩变形控制作用的研究

本文研究了围压对软岩峰后软化特性的影响 ,根据三轴压缩试验的应力—应变曲线 ,运用 Hoek提出的由主应力圆包络线确定粘聚力和内摩擦角等效值的方法和曲线拟合的方法 ,研究软岩的宏观物性参数峰后应变软化规律 ,建立了峰后应变软化数值模型。对软岩巷道的数值计算研究表明软岩巷道中支护阻力使巷道周边围岩由二向受力状态转变为三向受力状态 ,产生一定的围压 ,从而提高其残余强度 ,并减小其强度随塑性应变增大而衰减的速度 ,从而实现了对围岩破碎区范围的控制 ,最终控制巷道位移量     

深部软岩巷道围岩支护技术研究

为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题,针对信湖煤矿回风石门埋深大、应力高、围岩强度低的特点,在分析了信湖煤矿回风石门的围岩赋存条件、变形破坏特征以及原有支护方案已难以维持现掘巷道稳定的条件下,通过理论计算得到信湖煤矿回风石门围岩塑性区范围,从而提出了控制巷道围岩的基本理念：采用小承载体控制围岩破碎区的扩大,采用大承载体限制围岩塑性区的发展,2个承载结构共同维持巷道稳定,进而提出采用“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案对新掘巷道进行支护,并结合FLAC^3D数值模拟及现场工业性试验对“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案的合理性及可靠性进行验证。结果表明：信湖煤矿回风石门新掘巷道经“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案支护后围岩表面变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,支护体与巷道围岩形成了稳定的复合承载结构,联合支护方案能够保持巷道的长期稳定,该联合支护方案可为其他类似深部软岩巷道支护提供一定参考。     

深井软岩巷道内锚外架支护技术体系研究及在实践中的应用

 摘要：针对刘庄煤矿西区等候硐室复杂的围岩条件,对深井软岩巷道围岩塑性区半径进行了计算,并对巷道围岩的松动圈进行了测试,提出了内锚外架中间注混凝土支护技术体系。使用内锚外架中间注混凝土支护技术体系,可使巷道围岩形成有机的整体,明显改善了支护体系与巷道围岩的关系,可使支护体系有效、均匀承载。内锚外架中间注混凝土支护技术体系在工程实践中也得到了较好的应用,有效地防止了深部极软岩巷道的围岩变形,解决了刘庄煤矿西区等候硐室围岩的稳定性问题,取得了良好的技术经济效果。     

深井软岩巷道内锚外架支护技术体系研究及应用

针对刘庄煤矿西区等候硐室复杂的围岩条件,对深井软岩巷道围岩塑性区半径进行了计算,并对巷道围岩的松动圈进行了测试,提出了内锚外架中间注混凝土支护技术体系.该支护技术体系,可使巷道围岩形成有机的整体,明显改善了支护体系与巷道围岩的关系,可使支护体系有效、均匀承载.内锚外架中间注混凝土支护技术体系在工程实践中也得到了较好的应用,有效地防止了深部极软岩巷道的围岩变形,解决了刘庄煤矿西区等候硐室围岩的稳定性问题.     

一种基于应变软化模型的直墙半圆拱巷道开挖计算分析

为研究软岩直墙半圆拱巷道的变形破坏规律,以梅花井煤矿1110208工作面为研究对象,基于应变软化模型来反映软岩的泥化以及膨胀特征,计算了直墙半圆拱巷道开挖后围岩中塑性区及支承压力分布情况。研究结果表明,应变软化模型受巷道围岩中铅直应力影响显著,当埋深较大时,巷道围岩中铅直应力显著增加;基于应变软化模型计算得到巷道围岩中塑性区分布面积显著增大,巷道顶板及顶板中的拉应力分布区也显著增加,应变软化参数对巷道围岩中塑性区分布影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石材料内聚力下降幅度越大,巷道围岩中塑性区分布面积越大;应变软化参数对巷道围岩中铅直应力最大值及最小值应变不显著,但对巷道顶板及底板中拉应力分布区影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石内聚力下降幅度越大,巷道顶板及底板中拉应力分布区越大。