用全封闭格栅钢架控制膨胀性软岩巷道变形破坏的研究与实践

膨胀软岩巷道围岩黏土矿物含量高、自身强度低、亲水膨胀性强,在复杂地应力和水理作用下极易发生变形失稳。结合小屯矿轨道大巷支护变更工程实践,通过地质调查、现场观测及室内试验等手段分析发现:巷道渗水量大,围岩节理裂隙发育、孔隙率高,膨胀性黏土含量高,水化作用后耐崩解性差都加剧了围岩的变形失稳。针对性地提出以格栅钢架为主体结构的"全封闭格栅钢架+挂网+锚杆+喷射/浇筑混凝土"联合支护体系,通过数值模拟,揭示了全封闭支护设计的整体性优势,并对支护方案的格栅钢架间距和锚杆长度进行优化,制定出适用现场工况的钢架规格参数及其施工工艺流程。同时辅以集水坑降低底板水位,最终以全封闭格栅钢架为主体结构的联合支护体系有效地控制了巷道围岩变形,在小屯煤矿膨胀软岩巷道取得了成功应用。     

软岩大变形巷道底臌破坏机制与支护技术研究

 随着资源开采由浅部向深部转移,如何有效地控制底臌成为深部软岩巷道支护中首要考虑的问题。针对国投新集刘庄煤矿围岩破坏严重、难支护的情况,结合刘庄煤矿制冷硐室所处的地质环境特点,在巷道围岩的物理力学特性、岩石矿物成分分析、现场地应力测量、现场大型真三轴流变试验的基础上,分析巷道底臌的主控因素,研究表明：本巷道底臌变形主要是由于软弱围岩在较高的水平构造应力作用下,产生明显的流变变形所致。在此基础上,对该巷道进行支护设计优化,提出一种由U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充结合预应力锚索的被动卸压与主动施压相结合的底臌变形控制方案,并通过数值方法验证该方案的合理性。     

高应力软岩巷道围岩变形破坏研究

 以某有色金属矿山巷道为例, 给出了高应力软岩的定义, 论述了高应力软岩的特征、形成条件以及高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征和类型, 分析了巷道开挖前后地应力状态的变化及其对围岩变形破坏的影响, 并从岩体和工程岩体围压状态变化和强度变化角度探讨高应力软岩围岩的变形破坏机理。     

软岩巷道变形的混沌研究

试验得出了软质页岩最大屈服应变,对软岩巷道变形进行了监测,用混沌理论研究了软岩巷道变形规律.根据监测数据,分别计算了巷道顶部和侧帮变形的分形维数和最大Lyapunov指数,并用Lyapunov指数法预测了软岩巷道的后期变形.研究结果表明:软岩变形具有混沌特性,混沌理论能较好地反映软岩巷道的变形与破坏特征;用重构相空间方法,能充分揭示软岩巷道变形与能量释放规律,据此可确定二次复喷时间;软岩巷道变形在相空间相邻点的距离以指数形式发展,当岩体变形达到最大屈服应变时便产生破坏,以此便可预测和分析巷道的稳定性.     

软岩巷道变形与压力分析、控制及预测

博士学位论文煤炭一直占我国能源的70%以上,在国民经济建设中占有举足轻重的地位。随着煤炭开采越来越向深部发展,矿井软岩巷道的支护与维护问题显得越来越突出。能否解决好软岩巷道的支护问题,是煤炭开采向纵深发展和安全生产的关键,迫切需要对其进行深入的研究和探索。本文系统地论述了软岩的特征及其力学属性、软岩巷道破坏的特点、围岩变形的影响因素和软岩巷道的支护原则及其巷道的维护方法等。从软岩巷道承载机理出发,分析了软岩巷道支护与围岩相互作用机理、锚杆与围岩的最佳匹配强度,并对软岩巷道围岩压力和支架载荷作出了解析分析,为软岩巷道围岩及支护变形控制分析和数值计算奠定了理论基础。本文重点应用矿压理论和非线性有限元方法,探索了软岩巷道支护变形和压力计算的反算法、内外边界元方法和开巷初期临时支护压力预测等新方法。这几种方法避免从正面直接研究问题的复杂性,而是以实测软岩巷道围岩位移(或压力)为依据,利用Hooke-Jeeves优化方法,将计算位移(或应力)向实测位移(或应力)逼近,从而反推算出作用于巷道支护上的围岩压力分布。实现边界罚单元与有限元法的结合,可直接预测开巷初期围岩压力的分布,推导了带有边界罚单元的有限元方程。论文中应用国际上著名的大型有限元分析SAP,ANSY     

深井软岩巷道底鼓变形破坏机理及控制技术

针对贵州金佳矿111813回风联巷底鼓变形严重等问题,本文通过现场调研、室内试验、理论分析及数值模拟等研究方法,揭示底鼓的变形破坏特点及破坏机制,提出相应的底鼓控制对策,认为巷修时对关键部位的支护增阻能有效防止点-面破坏;改善底板围岩的水理化环境,管控底板水平向应力状态是底鼓整体控制设计的关键。基于此设计了以底板灌浆+横向钢管梁+浅底锚注为主,配合U型可缩性支架,预制小挠度反拱的高阻联合支护方案,后期通过工业性试验对控制设计方案进行了验证,监测结果显示:支护50 d巷道变形趋于稳定,底鼓日均增幅小于1.0 mm,有害变形在可接受范围内,底鼓得到有效控制,断面施工设计满足支护预期。     

软岩巷道变形支护研究与实践

本文通过对黄陵二号煤矿井下巷道变形数据的实测,对破碎软岩巷道的变形规律及破坏特点进行了研究,得出了其变形规律,并对围岩的变形原因进行了探讨,得出了一些规律,基于巷道的破坏机理分析,给出了破碎软岩巷道支护的原则。研究结果对破碎软煤巷支护实践有一定的指导意义。     

软岩隧道锚渐进破坏演化特征的模型试验研究EI北大核心CSCD

针对软岩隧道锚的渐进破坏问题,通过相似模型试验,运用数字图像相关技术,研究软岩隧道锚承载全过程中岩体裂纹的起裂与渐进扩展演化规律。结果表明:软岩隧道锚的承载过程经历近似线弹性变形、非线性变形、塑性变形和完全破坏4种状态,隧道锚的渐进破坏由早期单一的岩体破坏转为岩体破坏及锚–岩接触面滑移–脱黏的双重破坏,具体为:塑性变形状态下隧道锚首先进入剪裂纹从锚体拱顶和底板后端的岩体中萌生的破坏阶段I;而后进入岩体压剪和拉剪破坏以及接触面滑移的双重破坏阶段Ⅱ;完全破坏状态下隧道锚进入裂纹延伸至地表及接触面脱黏的破坏阶段Ⅲ。锚体上部岩体中的裂纹在向地表延伸的过程中,经历剪切破坏→拉–剪复合破坏→拉伸破坏的演变,锚体下部岩体中的裂纹则以近似平行于锚体轴向的剪裂纹为主。地表裂纹自锚体在地表的投影处起裂,并经历拉伸破坏→剪切或拉剪复合破坏→拉伸破坏→拉剪复合破坏的演变过程。岩体内部被裂纹切割而成的块体形态,自锚体拱顶后端起向前由条状过渡为块状,相邻块体间的竖向位错值由后向前依次降低。岩体内部的裂纹随剥离深度的增大逐渐由上凸的喇叭状转变为下凹弧状,破坏区域向浅层地表和锚体拱顶前端收缩。     

底角锚杆在深部软岩巷道底臌控制中的机制 及应用研究

 底臌作为深部巷道围岩变形与破坏的主要方式,一直是煤矿深井开采及其他地下巷道工程中难以解决的问题之一,如何有效地控制底臌成为巷道支护中首要考虑的问题。通过多个试验巷道工程底臌控制措施的对比研究表明,底角锚杆技术对于控制底臌起到了积极的作用。运用三维数值模拟方法,研究底角锚杆在控制巷道底板变形中的力学过程,分析分步开挖下底角锚杆力学性能发挥的时间效应,从而提出底角锚杆控制底臌的工作机制。底角锚杆在控制底板变形中的作用,主要是通过成排置入底板的杆体,利用材料自身的抗弯刚度,切断底板基角部位的塑性滑移线,对于岩体结构为块状结构或块裂结构的深部软岩巷道支护工程,可以有效控制巷道底臌。同时,结合具体的深部巷道工程实例,针对巷道底臌的变形机制及变形特征,合理应用底角锚杆控制底臌技术,提出非对称设计方法,有效控制了底板变形,对于深部巷道底臌的控制及防治具有理论指导意义。     

稔子坪煤矿软岩巷道破坏形态和控制

软岩巷道支护历来是巷道工程支护的难题。本文以稔子坪煤矿历年来巷道产生的破坏形态和支护控制为例,总结出相应的井巷工程支护对策和措施。     

煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究

通过现场爆破振动、松动圈实测和分析,研究煤矿软岩巷道掘进爆破振动效应及其对巷道松动圈半径的影响。振动测试和小波分析结果表明：爆破振动速度3个方向的分量中水平径向最大、垂直方向最小,因此可将水平径向振动速度作为巷道掘进爆破振动的安全评判指标;爆破振动主振频率均＞100 Hz,爆破能量的80%左右都集中在100～150 Hz频带范围内,且存在2个明显的“子频带”。松动圈测试和分析表明：巷道稳定后的松动圈半径为1.8 m左右,其中爆破振动的影响约占10%。据此调整支护参数,增加锚杆长度,提高支护的安全可靠性。在此研究的基础上,从爆破参数和装药结构等方面提出降低煤矿软岩巷道爆破掘进爆破振动效应的措施。     

孔庄矿深部软岩巷道非对称变形数值模拟与控制对策研究

煤矿开采进入深部后,地质力学环境远比浅部复杂,由此引起的非线性力学现象日益严重,给深部支护与开采带来很大难度.孔庄矿-785 m水平轨道大巷地应力水平和围岩黏土矿物含量较高,并受上部采空区影响,呈现明显的非对称变形特征.在对孔庄矿进行工程地质调查与分析的基础上,结合室内岩石力学实验,运用三维数值模拟方法,研究巷道非对称变形时周围岩体的位移场分布规律,分析巷道推进到上部工作面下方时应力分布规律.数值分析结果表明,孔庄矿-785 m水平轨道大巷非对称变形主要受其上部采空区煤柱的集中压力控制,黏土矿物遇水膨胀、岩层结构及高地应力作用进一步恶化巷道围岩结构.该研究可为孔庄矿深部巷道非对称变形控制对策提供初步的理论依据.     

深部高应力极软岩巷道锚注支护技术研究

随着矿山开采的大规模进行和采深的加大,深部高应力极软岩巷道支护问题日益严重。基于深部高应力极软岩巷道国内外支护现状的分析,并针对其破坏特点,提出了以内注浆锚杆为核心的锚注支护体系,来解决深部高应力极软岩巷道支护难题。井下试验表明:锚注支护不仅保持了深部高应力极软岩巷道的稳定,而且提高了施工速度,节约了支护成本,技术经济效益十分显著,具有广阔的推广应用前景。     

延边地区公路沿线膨胀性软岩的发现与试验研究

延边地区公路沿线滑坡调查中，发现了一种工程性质不良、易于导致滑坡地质灾害的膨胀性软岩，通过对其物质组成、水理、力学和物化性质的一系列试验研究(包括蠕变、直剪、三轴压缩、膨胀、崩解、X光衍射和电镜扫描试验等)，认为该软岩属强膨胀性软岩，粘粒矿物成分主要为蒙脱石和伊、蒙混层矿物。通过研究它们的成因、分布和成灾机理，提出了治理措施。     

葛泉矿软岩大巷底鼓机理及控制研究

-190南翼运输大巷底鼓一直是困扰葛泉煤矿的重大问题。以该巷道大范围内的岩体为研究对象,通过对围岩主要物理和力学性质的室内测试、底鼓影响因素的理论分析和支护效果的数值模拟,掌握了原支护条件下巷道围岩塑性区范围和巷道周边应力分布状况,得出围岩性质、水和支护形式是产生底鼓的主要因素,提出了底鼓控制途径和全断面注浆、帮角锚杆加固控制底鼓的方案,并通过数值模拟优化了支护参数。现场观测表明,该方案取得了良好的底鼓控制效果。     

软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究

支架的高阻和可确保软岩巷道稳定性的关键,受力条件恶凶制着软岩巷道支架支撑能力的发挥,实施支架壁后充填使支架及早承载和均匀受力,可大幅度提高支架的工作阻力,有效地控制巷道围岩地强烈变形,     

荣华煤矿软岩巷道破坏机理与支护研究

基于荣华煤矿的地质条件,分析了软岩巷道围岩破坏机理,提出了"预应力全锚索加固+反底拱+注浆加固"联合支护技术方案,并采用FLAC3D软件对该支护方案进行相似模拟研究,结果表明,该联合支护方案有效地控制了巷道围岩破坏变形,提高了矿井的安全生产能力,具有较大的应用价值。     

复杂应力条件下软岩巷道支护的FLAC模拟研究

针对西北某煤矿2号巷道支护工程,提出了支护方案,并进行了FLAC数值模拟研究,研究表明,导致该巷道出现顶板下沉量大、底板强烈膨胀、两帮位移大的变形特征的主要原因是巷道埋深大、采空区矿山压力显现显著,进而确定了锚注锚网联合支护作为2号巷道支护方案,监测结果表明,该支护方案合理,效果良好。     

聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳在软岩巷道新型支护里的应用与研究

结合淮南煤矿大巷破碎段修复工程,完成了聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳复合衬砌支护结构的室内模型试,测试了其抗拉、抗压、抗剪等力学性能。得出该支护形式是软岩巷道一种优良的让压支护结构,具有较好的推广应用前景。     

基于地应力实测的深部软岩巷道稳定性研究

唐口煤矿埋深较大,地压显现剧烈,在回风石门大巷、西翼辅助运输石门等不同构造部位布置3 个地应力测点,采用YH3B-3型环氧树脂三轴空心包体应变计按应力解除法进行了现场地应力的测试,获得了矿井地应力的大小、方向及分布规律。采用FLAC 3D 研究巷道轴向与水平构造应力呈不同夹角时对深部软岩巷道围岩稳定性的影响,为巷道的合理布置与支护设计提供了可靠依据;当最大水平应力方向与巷道轴向近似平行时,巷道围岩的变形量和塑性区范围较小,巷道变形破坏相对较小;当最大水平应力方向与巷道轴向垂直时,巷道围岩的变形量和塑性区范围最大,巷道变形剧烈、变形破坏严重。