倾斜软岩平巷位置优化的数值模拟研究

结合工程实际,运用功能强大的FLAC3D等数值模拟软件,对不同层位倾斜岩层中巷道不支护允许大变形状态下进行数值模拟计算,研究巷道处于不同层位时巷道围岩位移、应力和塑性区的变化规律,研究表明,对于倾斜软岩平巷,其层位选择相当重要,当存在一定厚度的稳定岩层时,沿稳定岩层顶板掘进对巷道变形、应力集中及巷道塑性区分布等均较为有利,对控制巷道变形量、降低巷道支护成本、提高巷道掘进速度也有着重要影响,同时也减少了巷道使用期间的返修、保证了巷道的安全使用.     

深部巷道围岩变形试验与数值模拟研究

为了研究深部软岩巷道的变形破坏特性,以淮南矿区某煤矿13-1煤回采巷道为例,在现场调查回采巷道工程概况的基础上,开展了室内深部回采巷道围岩变形特性相似模拟试验,并基于块体离散元法,建立了深部回采巷道围岩的数值模型,模拟了开挖过程中围岩的变形特性。相似模拟试验和数值模拟试验结果表明,深部巷道围岩的典型特征为:巷道底臌量两帮移近量顶板下沉量,巷道不同围岩受开挖扰动的位移影响范围不同,底板为3.5 m,顶板为2.45 m,两帮为5.5 m。     

深井巷道顶板锚固体破坏特征及稳定性分析

结合深井回采巷道围岩锚固体变形破坏特征,分析了深井回采巷道顶板锚固体失稳机理,建立了巷道顶板不同破坏形态的稳定性模型,得出了深井回采巷道锚杆、锚索支护条件下顶板锚固体稳定性力学方程,并结合古汉山矿深井回采巷道锚杆、锚索耦合支护方案开展验证性研究,对现场试验巷道顶板锚固体的稳定性进行了力学求解及数据分析,提出的深井回采巷道锚杆、锚索耦合支护方案支护参数合理,顶板离层量小于25mm、顶底板及两帮位移收敛量小于180mm,均保持在可控范围内,锚杆、锚索耦合支护有利于巷道围岩的稳定.     

顶板软弱夹层渗水泥化对巷道稳定性的影响

在现场原位探测与实验室组分实验基础上,分析测试了典型巷道顶板软弱夹层的赋存特征和岩性组成,得到了软弱夹层岩体黏土成分遇水泥化特性和不同支护方式下注浆固结体内聚力C与内摩擦角ψ的演化规律.结合数值计算与相似材料模拟等手段研究了软弱夹层不同层位、泥化特性和动压影响导致软弱夹层顶板巷道失稳垮冒的规律.结果表明:软弱夹层位于锚杆锚固区边缘时顶板安全状况最差,渗水泥化后围岩结构承载力学性能急剧降低,动压作用后软弱夹层岩体发生剪切破坏使得顶板失稳垮冒.提出了针对软弱夹层渗水泥化巷道的安全控制对策,并成功应用于现场工业性实践.     

斜井圆巷围岩开挖面空间效应分析

在斜井圆巷工程的力学模型中,斜井倾角的存在对开挖卸荷过程中围岩的受扰动情况有一定的影响.基于工程现场勘探资料,采用FLAC 3D有限差分法进行数值模拟,考虑不同的岩性条件,分析静水压力下斜井开挖过程中围岩的力学效应,获取开挖过程中围岩径向位移沿井轴方向的变化规律.结果表明,斜井开挖面空间效应范围与围岩的位置有关,围岩顶板受开挖面影响最大,监测断面距开挖面6倍巷道半径的距离时围岩顶板已经开始受到扰动,开挖面远离监测断面8倍巷道半径的距离时开挖面空间效应的影响方可忽略,对围岩底板的影响最小.对斜井围岩开挖卸荷过程中围岩受扰动的特征及其理论的研究,具有重要的理论意义和工程实践价值.     

高应力区域煤层巷道耦合支护数值模拟试验研究

为了研究耦合支护控制巷道变形的效果,根据耦合支护原理,使用FLAC3D有限差分数值模拟软件对某矿11010工作面回风巷在不同支护参数下巷道的顶板、底板、左帮和右帮深部基点位移与围岩最大位移进行了研究.结果表明,当支护体与围岩以及支护体之间在强度、刚度、结构满足耦合支护时,巷道深部基点位移与围岩最大位移均较小,且巷道处于稳定状态所需时间较短.通过工程实例进一步说明了耦合支护能有效地控制巷道围岩变形,维护巷道稳定.     

不同断面形式深埋巷道围岩破坏数值模拟分析

以Ⅲ级围岩为例,利用有限差分软件FLAC对不同埋深情况下不同断面形式的巷道进行数值模拟,分析矩形、直墙拱形和圆形断面巷道围岩应力应变、围岩塑性区随埋深的变化规律及特点。结果表明：拱形断面巷道的围岩变形、围岩塑性区最小,尤其是顶板下沉量较矩形和圆形断面巷道的要小得多;圆形断面巷道围岩水平向位移最小;矩形断面巷道围岩应力及变形随埋深增加幅度都要大于拱形和圆形断面巷道。     

某矿回采巷道不同跨度数值模拟分析

以某煤矿工作面回采巷道为研究对象,通过试验和数值模拟研究了不同跨度巷道围岩变形规律.用数值模拟软件FLAC3D通过改变巷道跨度,研究巷道跨度对巷道变形破坏的影响.结果表明:随着巷道断面跨度的增加,巷道顶底板及两帮中点处位移不断增加,其中顶板增幅较大;应力也有一定程度的增加,巷道围岩塑性区面积增加,巷道围岩屈服破坏严重.     

煤矿巷道断面形状及锚杆支护围岩变形的数值分析

为了研究巷道不同断面形状和锚杆支护对巷道围岩稳定性的影响,采用ANSYS有限元计算方法进行数值模拟,通过对计算结果分析,得出半圆拱形巷道为最佳断面且煤矿巷道锚杆支护能够有效地控制围岩的变形;煤矿巷道锚杆支护对竖向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩1.8 m范围以内及巷道的两个底角部;对于横向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩顶板、两帮中部1.6 m范围以内及巷道的两个底角部.     

赵庄煤矿三盘区巷道断面合理宽度取值分析

为确定赵庄煤矿3307巷道最合理的巷道宽度取值,采用弹塑性力学能量法理论、薄板理论以及相关的支护理论,通过数学理论推导,得出了煤巷顶板跨中挠度与煤巷宽度的关系曲线。研究表明:当断面宽度小于4.8 m时,顶板处于预压状态,围岩相对稳定,顶板沉降量亦符合安全值;当断面宽度大于4.8 m时,随着巷道宽度增加,顶板跨中挠度快速增大,直至煤巷顶板破坏。根据理论计算结果,确定赵庄煤矿3307巷道断面宽度理论合理值为4.8~5.2 m。该研究成果不仅能指导赵庄煤矿巷道断面设计,而且也可为其他同类巷道断面设计提供理论参考。