喀斯特地质条件下溶洞对弹性波传播的影响规律研究

岩体自由面是造成地震动力响应得以放大的重要因素,研究自由面放大效应对于存在溶洞情况下爆破工程的动力分析具有重要意义。采用弹性波动力学,辅以数值模拟手段,研究了应力波作用下单自由面、双自由面对应力波的放大作用。对于地下工程中复杂自由面(溶洞),借助于数值模拟,研究了溶洞几何形状、衬砌对应力波的作用,并根据弹性理论进行了动力学响应分析。研究结果表明:不同形状的溶洞对应力波均有应力集中作用,地震荷载作用下,城门洞形、矩形、圆形3种断面形状对溶洞位移响应的变化规律以圆形溶洞的位移响应最小,矩形溶洞位移响应最大,随着溶洞埋深的增大而应力作用影响减少,相对位移增加。     

动力失稳下煤矿巷道围岩松动变形特征与支护参数研究

为了提升煤矿巷道围岩的稳定性,解决现有支护方式支护效果差的问题,分析煤矿巷道在动力失稳状态下的围岩松动变形特征,实现支护参数的优化计算。探测煤矿巷道围岩内部结构,根据动压巷道围岩变形的影响因素及其作用方式,建立煤矿巷道围岩动力失稳模型。在该模型下,通过确定应力变化规律和应力—应变关系,得出围岩松动变形的特征分析结果。参考围岩松动变形特征,确定合理的支护方式,得出锚杆长度、锚间排距、组合拱厚度等支护参数的计算结果。根据变形特征与支护参数结果,进行数值模拟分析,完成围岩松动变形支护。将模拟结果应用到实际的松动变形修复工作中,能够控制围岩松动变形量控制在要求范围内,降低裂缝破坏程度。     

动力挠动对回采巷道冲击危险的数值模拟

煤矿开采过程中,顶板断裂等动力挠动常会导致冲击矿压等动力现象的发生.根据弹性力学理论,探讨了扰动波诱发煤层巷道冲击的机理.采用有限差分软件FLAC20模拟程序中动态模块,研究分析了挠动波在不同加载水平、挠动波强度以及频率影响下,从巷道一侧上方传入时内、外帮围岩的应力和塑性区动态响应变化情况,对开采工作面巷道内帮易发生冲击的现象进行了分析和解释.研究表明:动力扰动不仅使巷道周边煤体发生层裂破坏降低其侧向约束阻力,而且在煤体中形成了高应力.处于工作面支承压力带内的巷道内帮煤体,相比外帮而言,受到动力挠动时其最大垂直和水平应力上升较快,开采过程中更易发生冲击.     

深井巷道围岩松动圈现场测试及支护方案优化

巷道开挖后围岩应力重新分布,当应力大于煤岩体的极限应力时,巷道周边一定范围的煤岩体就会发生变形破坏,围岩将破碎产生裂隙进而形成松动圈。松动圈的大小与围岩强度、原岩应力大小、巷道断面、巷道掘进与支护等多种因素有关。在分析探地雷达松动圈探测机理的基础上,对轨道顺槽巷道不同断面位置进行了围岩松动圈探测,巷道围岩松动圈范围在1.1~1.6 m,并根据测试结果对巷道的支护方案进行了优化。     

综放异形煤柱沿空留巷围岩松动圈演化与控制

通过数值计算得出巷道周边的垂直应力分布,并根据垂直应力分布来判断巷道周边松动区的范围,近似认为垂直应力小于原岩应力的区域为松动区,从而得到了不同煤柱宽度时综放沿空留巷的松动圈厚度,并根据计算的松动圈厚度进行了锚杆参数设计。通过现场验证,取得了较好的支护效果。     

大松动圈下锚固承载层支护效应的弹塑性解

对于大松动圈围岩巷道,锚杆和围岩共同作用在松动圈内部形成了“锚固承载层”。为研究大松动圈下“锚固承载层”对巷道围岩应力分布的影响,通过理论推导和实例分析,认为“锚固承载层”在极限平衡状态下对塑性区提供的支护强度[pid]由锚杆支护强度[pi]和锚固承载结构强度两部分组成,根据支护强度[pi]和锚固层厚度b的关系提出了“锚固界限厚度”概念。对于松动圈外的围岩,将巷道周边的应力分布进行了重新计算并与传统的Finner-Kastner解进行了比较。研究表明：承载结构在巷道稳定性控制中占据主导作用,支护强度和承载结构协调作用更有利于巷道维护,修正Finner-Kastner解可为深部巷道围岩支护机理研究以及巷道支护参数设计提供理论依据。     

软岩巷道松动圈P波测试与锚杆支护数值模拟研究

某地下矿山开采深度较大,围岩体破碎且表现为软岩的特性,巷道开挖后,临时的锚网支护出现严重垮塌。为了分析该巷道的稳定性以及优化临时支护方案,通过对巷道顶板进行松动圈测试,根据松动圈范围优化锚杆的长度,并通过数值模拟分析支护效果。结果表明,适当增加锚杆长度,将锚固端设置在松动圈以外的稳定岩层能有效降低巷道顶板的位移量,进而确保巷道的稳定性。通过P波速度确定巷道围岩体的松动圈范围后,再选择合适长度的锚杆,为巷道开挖后的有效支护提供了可靠的安全保障。     

基于Hoek-Brown准则的围岩松动圈计算及现场测试

为了研究巷道开挖后巷道周边应力分布特征及松动圈半径的大小,根据霍克布朗准则探讨了松动圈形成的力学机理,提出了松动圈半径的计算公式,并介绍了松动圈测试原理、测试方法及结果。结果表明理论分析与现场实测是一致的,对井下支护设计具有一定的借鉴意义。     

震源扰动型巷道冲击矿压破坏力能准则及实践

针对震源扰动型巷道冲击矿压破坏机理进行研究,建立了巷道围岩冲击震源扰动型冲击破坏的动力分析模型,推导了巷道围岩承载结构在“静载+动载”组合作用下动力破坏的应力判据和能量准则。基于该力学模型及其机理分析,提出合理设置弱结构消波吸能的防冲理念,并从理论角度分析了弱结构消波吸能的作用机理。最后通过工程实例,应用能量准则进行了冲击煤层巷道的支护设计及其防冲性能核算,理论研究成果初步得到了应用和检验。     

不同侧压系数对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨侧压系数对动载诱发特厚煤层巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同侧压系数作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律及显现过程.研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,随着侧压系数的增加巷道底板的临界水平应力值和最大应力差呈线性增加,底板最大垂直位移在λ＜2.0期间呈非线性增加,在λ＞2.0后出现微降,说明底板失稳难易程度与底板冲击显现强度不完全呈正相关;底板冲击的显现过程是底板的水平应力瞬间达到临界水平应力,底板塑性破坏区域扩大,致使弹性能瞬间释放,最终导致底板垂直位移发生突然增大产生冲击.研究成果为探索底板冲击机理及防治提供借鉴.     

厚煤层条件下多级让压支护技术研究

针对厚煤层综放开采条件下煤层巷道围岩受应力冲击破坏严重的问题,基于板壳力学建立了巷道冲击破坏力学模型,分析了应力波传播过程中的巷道顶板冲击破坏主控因素。以夏店煤矿3118运输巷为例,采用FLAC^3D软件分析了应力波传递过程中的围岩动力响应特征,并提出了多级让压支护体系。结果表明：顶板梁结构冲击破坏时的应力值与围岩所受的应力与梁结构的长度呈正比关系,而与其强度、厚度、应力波传播距离呈反比关系。应力的“水波”传递特征会导致围岩的多级破裂,同时在顶板表现为拉伸破坏,在帮部产生剪切破坏。多级让压支护体系可以通过梯次让压增加锚索抵抗循环应力冲击的能力。经验证,优化支护后的围岩平均变形量降低了约40%.支护体系处于均匀受力状态,相比于原有支护体系具有更可靠的长期稳定性。     

深部巷道松动圈的计算与数值模拟

地下巷道在开挖过程中,由于采动作用对围岩的扰动,在巷道周围形成了松动圈。松动圈的拓展范围对爆破设计和支护设计都有重要的影响。运用莫尔库伦准则和霍克布朗准则对松动圈范围进行理论推导并与数值模拟相结合,研究某深部巷道松动圈的范围,结果表明理论计算和数值模拟运算的松动圈范围有较好的一致性。     

厚煤层条件下巷道应力冲击显现特征研究

针对厚煤层综放开采条件下煤层巷道围岩受应力冲击破坏严重的问题,基于板壳力学建立了巷道冲击破坏力学模型,分析了应力波传播过程中的巷道顶板冲击破坏主控因素。以斜沟煤矿23110泄水巷为例,采用FLAC^3D软件分析了应力波传递过程中的围岩动力响应特征,并选用了多级让压支护体系。结果表明：顶板梁结构发生冲击破坏的强度与围岩所受的应力与梁结构的长度呈正比,而与梁结构的强度、厚度、应力波传播距离呈反比。应力的“水波”传递特征会导致围岩的多级破裂,同时在顶板表现为拉伸破坏,在帮部产生剪切破坏。多级让压支护体系可以通过梯次让压增加锚索抵抗循环应力冲击的能力。经验证,优化支护后的围岩变形量得到有效控制,支护体系处于均匀受力状态,相比于原有支护体系具有更可靠的长期稳定性。     

大范围顶板岩体垮落冲击动载对 采场底板破坏的影响研究

为研究大范围顶板岩体垮落产生的冲击载荷对采场底板的破坏作用及其对底板突水的影响,本文基于动力基础半空间理论,将底板岩层等效为半空间无限体,建立顶板岩体垮落冲击采场底板的理论分析模型,推导出最大冲击动载应力的计算公式;并利用FLAC3D模拟分析了顶板垮落产生的冲击动载在底板中的传递规律以及底板岩层的动力响应特征。研究结果表明:顶板岩体垮落撞击采场底板,会产生远大于垮落岩体静态自重的冲击动载应力作用在底板上;冲击动载荷以应力波的形式在底板中传播,与采动应力叠加产生动态应力集中现象,会导致采场底板发生二次破坏,造成底板破坏深度显著增大,有效隔水层厚度减小,从而增加底板突水的危险性。     

褶皱区底煤厚度对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨褶皱区不同底煤厚度对动载诱发巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同底煤厚度作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律。研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,若底煤下方为厚度较大的坚硬粗砂岩,当底煤厚度d3 m时,当受一定强度应力波扰动时并不失稳;当底煤厚度d≥3 m时,底板容易受扰动失稳,且底板冲击显现强度呈缓慢增加;首次冲击失稳后,二次冲击矿压危险性降低。     

急倾斜煤层巷道变形特征及控制研究

针对急倾斜煤层高应力条件下巷道围岩易出现较大变形的问题,通过FLAC3D数值模拟分别对原支护静力和动力作用下围岩变形破坏规律进行了分析,采用声波法和钻孔窥视法对+475m水平B3+6煤层两巷道进行了松动圈测试。研究表明:巷道围岩变形的主要影响因素为巷道成形后形成的二次应力、顶底板岩性、采动扰动;围岩松动圈为1.6~3m,局部区域最大达到5m。基于数值模拟和松动圈测试结果,对乌东煤矿巷道支护参数进行了优化调整,形成了急倾斜特厚煤层高应力条件下锚网索支护为主、局部应力集中区U型钢金属支架补强支护为辅的巷道支护体系,通过优化采掘布局,降低巷道受上分层综放工作面回采扰动频次,提高巷道支护强度。     

震动波触发巷道动力失稳响应特征数值分析

井下煤岩体在震动波作用下的动力失稳特征是有效防治扰动型冲击地压等矿井动力灾害的必要条件,采用FLAC~(3D)软件,开发其Dynamic功能,模拟分析了不同震动波释放位置和震动波强弱程度对巷道顶底板和两帮产生的失稳响应特征。结果表明:震动波加载后迫使巷道围岩最大主应力发生强烈震荡,最大主应力最高可达到其初始状态的2倍,巷道底板释放的震动波对巷道顶板(尤其顶角处)产生的应力增量较大;4种加载方案下对巷道顶板变形影响强度顺序从大到小分别为B_1、B_2、A_1、A_2;震动波施加后,震源区塑性破坏逐步向巷道扩展,最终连通。矩形巷道顶底角为冲击地压等灾害的易发区域。     

声波测试技术在巷道围岩松动区测定中的应用

为了解决黄陵二矿巷道开挖过程中根据围岩松动圈的变化对支护长度进行调整的问题,对声波测试技术进行简要的理论分析,认为单孔折射法适合于巷道围岩松动圈的测定。围岩的破碎程度是研究巷道围岩稳定性的重要内容,依据据声波测试的基本原理,利用声波测试仪RSM-SY5N,在不同钻孔深度位置测出岩石的弹性波速度,改变探头深度并读取弹性波速度,直至波速不再改变为止;做出深度-波速曲线,根据测得的波速值的变化分析得到松动圈数值的大小并通过监测数据的提取找出声波测试存在的问题。     

深部高应力巷道围岩松动圈数值模拟研究

针对深部高应力巷道围岩软弱破碎、巷道变形大、长期蠕变、支护损坏严重的特点,基于围岩松动圈理论,运用FLAC3D进行了巷道围岩松动圈数值模拟研究,得到了巷道埋深-围岩松动圈变化关系,巷道断面形状-围岩松动圈变化关系,岩体黏聚力-围岩松动圈变化关系及岩体摩擦角-围岩松动圈变化关系,分析了它们对巷道围岩松动圈形成及发展的影响规律。     

软岩巷道围岩变形破坏规律与支护方案优化

针对清水煤矿高应力软岩巷道变形严重这一问题,通过对巷道围岩深部位移和围岩松动圈进行监测,确定巷道围岩不同深度的围岩变形特征和松动圈范围,进而对巷道支护方案进行优化。研究表明:顶板变形集中部位为1~4 m深范围,两帮变形集中部位为2~4 m深度范围,巷道围岩松动圈的范围为2.9~3 m;将原有巷道的支护方案改为长度为5 m的加长锚杆进行支护,通过数值模拟验证该方案可以有效的控制围岩变形。