不同侧压系数下深部软岩巷道稳定性分析及控制

针对深部软岩巷道围岩大变形、岩体破碎及支护体损坏等控制难题,研究了不同侧压系数下深部岩巷围岩响应特征及支护技术。以邢东矿1126工作面运料车场为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法分析不同侧压系数下深部直墙拱形岩巷围岩应力、偏应力第二不变量和塑性区的分布特征,得出深部软岩巷道失稳机制为:开挖引起浅部围岩应力集中、较深部围岩高畸变能积聚→岩层剪切错动→高畸变能释放→扩容大变形。基于提高浅部围岩承载强度,并适度释放围岩高畸变能原则,提出密集长锚杆索+强金属网+二次喷浆的支护技术。井下试验结果表明,该技术能够有效控制深部软岩巷道的变形破坏,保证巷道稳定。     

复杂环境下软岩变形破坏机理与控制技术研究

在分析了复杂环境下软岩巷道的强烈持续塑性流变破坏特征和支护异常困难的基础上,对复杂环境软岩变形破坏的应力转移过程和力学机制进行了研究。通过古汉山矿软岩巷道工程实践,控制了巷道强烈变形,保持了巷道的稳定。为类似复杂工程环境软岩分析计算,明确了软岩巷道支护控制对象;提出了塑性区发育控制原则;提出了提高巷道浅部围岩的力学性质和残余强度的支护方法。并为类似条件下的巷道控制提供了成功经验。     

弱胶结软岩巷道围岩应力与位移分布规律及支护技术

针对西部浅埋弱胶结软岩巷道的复杂地质条件,基于X射线衍射试验、电镜扫描、岩石力学物理试验与现场监测,揭示了西部浅埋弱胶结软岩巷道围岩变形破坏失稳机理。根据巷道围岩大变形破坏特征,建立了FLAC3D数值模型,模拟演化了弱胶结软岩巷道的围岩应力位移分布规律和塑性区范围,研究结果表明:弱胶结软岩巷道围岩最大主应力决定了巷道围岩的破坏深度,且随围岩深度近似呈"へ"形分布;巷道围岩不同方向深部变形s与巷道表面距离h呈负指数衰减变化的关系。通过对比分析,数值模拟塑性区范围和地质雷达探测松动圈厚度基本一致,从而为弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护加固方案设计提供了科学指导。最后针对弱胶结软岩巷道塑性区范围,提出了"锚网喷主动支护+36U型钢支架+全断面锚注"的联合支护技术,现场监测结果表明改进的支护方案可以有效控制巷道围岩变形及塑性区的扩展,保证了巷道的长期稳定及安全。     

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究

针对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质,主要是膨胀性泥岩在浅部遇水破碎、扩容的特征、深部膨胀特征,通过现场测试、建立力学模型、数值计算,对西大巷稳定性的力学效应、受采动影响时围岩塑性区及破碎区宽度及变形与采动支承应力的关系分析,分析在采动支承应力作用下的软岩巷道,其围岩破碎区、塑性区的范围,巷道变形与破碎围岩塑性区范围、峰后强度、支护的关系,研究动压软岩巷道围岩变形机理、软岩巷道围岩流动规律,提出了深井巷道围岩控制的"内、外结构"稳定性原理.针对西大巷围岩地质条件,依据研究的成果,寻求巷道稳定控制技术,并通过工业性试验检验,使得西大巷由研究试验前的强烈变形到研究后的基本稳定.     

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究

针对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质,主要是膨胀性泥岩在浅部遇水破碎、扩容的特征、深部膨胀特征,通过现场测试、建立力学模型、数值计算,对西大巷稳定性的力学效应、受采动影响时围岩塑性区及破碎区宽度及变形与采动支承应力的关系分析,分析在采动支承应力作用下的软岩巷道,其围岩破碎区、塑性区的范围,巷道变形与破碎围岩塑性区范围、峰后强度、支护的关系,研究动压软岩巷道围岩变形机理、软岩巷道围岩流动规律,提出了深井巷道围岩控制的“内、外结构“稳定性原理。针对西大巷围岩地质条件,依据研究的成果,寻求巷道稳定控制技术,并通过工业性试验检验,使得西大巷由研究试验前的强烈变形到研究后的基本稳定。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点,首先分析了深部软岩巷道变形特征,采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出,深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态,相互翻转和滑移,岩体的模量和强度低;随着巷道埋深的逐渐增加,巷道围岩应力集中系数逐渐减小,巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大,塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

深部高应力穿层巷道变形机制及支护技术研究

针对深部高应力穿层巷道围岩变形控制难题,采用理论分析和数值计算等方法,研究穿层巷道围岩变形破坏机制及支护技术。研究结果表明:1)穿层巷道变形破坏具有不均匀性、非对称性和支护体与围岩的不耦合性,巷道以剪切变形破坏为主,拉伸破坏较少,且拉伸破坏主要集中在巷道浅部围岩。2)穿层巷道处于单一软岩时,巷道变形破坏严重,稳定性差,穿层巷道塑性破坏区主要分布在软岩中,塑性破坏区域沿着交界面增加。3)建立穿层巷道稳定性分析模型,确定不同工况下穿层巷道稳定性等级,提出穿层巷道分区联合支护方案,有效控制巷道变形破坏,提高了穿层巷道的整体稳定性。     

高应力软岩巷道围岩变形机理及支护技术研究

针对赵固二矿深部高应力软岩巷道围岩变形量大、支护体破坏严重和巷道多次维修的难题,采用实验室测试、理论分析和现场实测的方法,研究了高应力软岩巷道围岩变形机理。研究表明:巷道开挖后短时间内围岩较完整,在高应力、风化和水化共同作用下,巷道浅部围岩力学性质发生了变化,强度迅速降低,围岩变形急剧增加;当支护阻力达到在一定范围时,可有效抑制围岩变形,超过此范围不断增加支护阻力,不能改变围岩的塑性区范围和围岩变形量。提出了以锚网喷一次支护,并预留520mm让压量,工钢棚二次支护为技术核心的围岩控制方案。现场实践表明:该方案对赵固二矿高应力软岩巷道围岩变形的控制效果较好。     

极破碎软岩巷道失稳机理与动态迭加耦合支护技术研究

基于赵庄矿极破碎软岩巷道长期矿压监测、围岩力学参数测试与矿物成分分析及松动圈测试等成果,分析了巷道围岩变形破坏的特点,揭示了极破碎软岩巷道变形失稳机理;针对该矿极破碎软岩巷道提出了由预留变形量、锚网索喷耦合支护、二次锚注加固组成的动态迭加耦合支护技术方案,并通过相似模型试验和井下工程实践对该技术方案的支护效果进行了验证。研究表明：通过预留变形量释放围岩中的变形能和高应力,顶板高预应力锚索、帮部高预应力锚杆和低预应力锚索实现“控顶卸压”,低压浅孔充填和高压深孔渗透注浆相结合形成积极有效的锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,底角和底板锚注有效控制巷道底鼓,从而实现对极破碎软岩巷道围岩变形的有效控制。     

大塑性圈小煤柱巷道围岩移动及其控制

通过实测分析软岩小煤柱护巷巷道深部围岩移动规律,探讨了大塑性圈巷道围岩控制对策,确定了二次支护恢复围压的最佳时间,实践了二次锚网喷支护技术,有效地控制了巷道的大变形破坏,取得了良好的技术与经济效果。