回采巷道围岩松动圈影响因素分析

在对平顶山矿区回采巷道围岩松动圈数据统计基础上,应用粗糙集理论对围岩松动圈影响因素的重要性进行研究,得到了各影响因素的权重;通过实例验证了回采巷道围岩松动圈影响因素权重的准确性.分析表明:在影响回采巷道围岩松动圈的4个主要因素中,围岩节理发育程度对其影响最大,其次是巷道跨度和巷道埋深,最后是围岩强度.     

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。     

巷道围岩松动圈测试及影响因素分析

通过地质雷达法选择不同测站对某矿区典型巷道围岩松动圈测试,分析不同埋深和不同断面巷道围岩松动圈分布规律,得出巷道开挖后松动圈形成要经历一定过程,围岩松动圈大小与巷道埋深呈线性关系,矩形断面巷道松动圈范围比直墙拱形巷道松动圈大。     

大埋深大采高回采巷道矿压显现规律研究

为研究大埋深大采高工作面两巷在回采期间矿压显现规律,对巷道围岩变形、应力变化和松动圈大小进行了现场监测。分析监测结果得出,工作面超前支承压力影响范围为40～50m。巷道两帮最大移近量为0.35m,底板最大移近量为0.25m,顶板最大离层量为0.32m。煤体内应力集中系数3～4左右。未受采动超前支承应力的影响前巷道松动圈最大为1.8m,受影响后增加至2.6m。     

影响巷道稳定性因素的正交数值模拟试验研究

选取巷道宽度、高度、埋深、侧压系数和围岩综合强度5个因素,采用正交数值模拟试验方法,研究了以上5个因素对巷道稳定性的影响。试验结果表明:5个因素对巷道稳定性均有影响,但影响程度不同,其影响主次依次为:埋深>围岩综合强度>侧压系数>巷道宽度>巷道高度。该试验结果与相似材料模拟试验结果基本吻合,表明该方法是研究巷道稳定性的一种行之有效的方法。     

巷道围岩破碎区分布特征及其影响因素的数值模拟

基于圆形巷道经典松动圈解析解进一步推导了破碎区范围的分布特征,分析了围岩破碎区与巷道断面、侧压系数、埋深等因素的关系,评价了围岩稳定性。研究结果表明:巷道断面形态对围岩破碎区范围的影响较小;侧压系数<1.0时,巷道的两侧易发生失稳破坏;在侧压系数等于1.0时,巷道围岩破碎区分布最为均匀,巷道处于相对稳定的状态;侧压系数>1.0时,巷道顶底板处则较巷道两侧易发生失稳破坏;围岩破碎区范围随着埋深的增加而增大,在埋深为1 500 m时,巷道围岩达到了极限强度,从而认为巷道开挖存在一个极限埋深。     

深部巷道交岔点围岩变形及稳定性研究

针对深部软岩巷道设计、支护和围岩稳定性控制方面存在的问题,通过数值模拟正交试验得出水平应力作用角、侧压系数、岩体强度和分岔角等主要地质结构因素对深部软岩巷道交岔点围岩变形和稳定性的影响变化规律.研究表明,与可控因素分岔角相比,埋深、平均侧压力系数、围岩强度对深部巷道交岔点的影响是显著的,而岩体强度则是影响深部巷道交岔点稳定性的最主要的因素,并以此得出了深部巷道设计的最佳地质和结构参数.     

巷道围岩松动范围预测公式拟合分析

围岩松动圈理论是分析锚杆作用机理及指导锚杆支护设计的有效理论依据。针对澄合矿区巷道围岩变形影响因素,基于数学理论,利用现场斜井监测数据对巷道顶底板和两帮进行了围岩松动范围与埋深、原岩应力与强度比值、巷道宽度、围岩岩性等多因素不同形式的公式拟合,得到了王村煤矿斜井单因素和多因素的围岩松动范围最优预测公式。围岩松动范围预测值与实际监测值的对比误差较小,各拟合公式在一定程度上能较好地反映澄合矿区王村煤矿斜井监测巷道围岩松动圈的基本分布规律,为王村煤矿斜井巷道锚杆(索)支护优化设计提供了依据。     

千米深井围岩松动圈范围的研究

为了更加合理的设计唐口矿井千米埋深巷道支护,有效控制巷道变形,采用YTJ20型岩层钻孔探测仪对千米埋深的围岩松动圈进行了直观测量,得出了超千米埋深条件下的松动圈范围,是浅埋深条件下松动圈范围的数倍。     

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。     

不同地应力条件下巷道围岩松动圈演化研究

基于Mohr-Coulomb准则,建立考虑不同侧压系数条件下的巷道围岩松动圈理论计算模型,结合工 程算例对不同侧压系数的地应力条件下圆形巷道围岩松动圈范围进行了求解分析;采用数值模拟 方法对巷道开挖的松动圈范围进行了计算,并与理论求解结果进行了对比分析。结果表明：①当侧压力系数λ=1时巷道围岩的塑性松动圈为圆形,且松动圈半径随地应力的增大而增大。② 不同侧压力系数条件下巷道松动圈范围有所变化。顶底板围岩松动范围随λ的增大而增大。 而当λ＜1.0时巷道两侧壁松动范围随λ增大而减小,λ＞1.0时随λ增大呈增 大趋势,但整体上的变化量不大。③通过理论计算与数值模拟得出的松动圈分布规律基本一致。     

信息窗口

济二矿巷道围岩松动圈测试研究有成果　　兖州矿业 (集团 )公司济宁二号煤矿和山东省煤炭科学研究所合作 ,对该矿巷道围岩松动圈进行了测试 ,并研究了围岩松动圈的影响因素及其形成和发展的规律 ,为实现采准巷道锚杆支护和全矿巷道支护的锚杆化提供了条件。测试和研究表明 :该矿巷道围岩松动圈属大、中松动圈 ;由于煤层埋藏深、地压大 ,巷道开挖后压力释放快 ,巷道围岩松动圈在开挖后即可达到 1ｍ左右 ,因此要特别重视临时支护 ;巷道围岩松动圈受到围岩强度、地应力等因素的影响 ,支护方式的不同也影响松动圈的大小 ,及时支护以提高初锚力对…     

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。     

深埋巷道围岩工程地质特征及松动圈厚度测试

巷道围岩工程地质特征及松动圈厚度是确定合理支护参数的重要依据。以城郊煤矿二水平深埋巷道为研究对象,通过室内实验,综合研究了大埋深巷道围岩力学性质、水稳性特征、完整性等工程地质特征;采用地质雷达探测技术对围岩松动圈范围进行测试,通过雷达波形图分析,得出围岩松动圈范围。研究结果为该矿深部巷道稳定性分析、支护方式及参数设计提供了依据。     

梯形断面掘进巷道围岩稳定性数值模拟

针对埋深和断面对巷道围岩破坏这一煤矿安全的关键问题,通过对掘进巷道围岩的理论建模,分析了不同埋深梯形掘进巷道的围岩应力场和位移的变化规律,结果表明:随着埋深增加,无锚杆支护的巷道两侧会受到很大的应力而发生变形直至破坏,而锚杆支护后,可以明显降低围岩周围的应力,且巷道位移较小,不产生破坏。煤矿巷道开挖后,应立即进行锚杆支护,可以十分有效的控制巷道两侧围岩以及顶板和底板的变形,从而使巷道处于安全状态。     

含软弱夹层巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为解决滇西某铅锌矿在转向深部开采过程中面临的巷道变形失稳加剧与支护结构破坏严重等问题,通过岩石矿物成分分析、地应力测试和松动圈测试分析围岩失稳机理,建立数值模型分析开挖后和现有支护下围岩变形情况。发现研究段属于高应力作用下的急倾斜薄层状破碎岩体,巷道薄弱部位为软弱夹层区域,根据围岩松动圈理论,提出了锚喷+薄弱部位补强+全断面钢拱架主被动联合支护的优化方案,有效控制了围岩变形破坏。研究结果为类似大埋深、高应力、含软弱夹层巷道围岩的稳定性控制提供了借鉴。     

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。     

围岩松动圈理论计算方法的评述与展望

研究围岩松动圈的目的是指导地下工程的设计与施工,相比于现场实测和数值模拟分析,理论计算围岩松动圈更为方便快捷。综述了2种主要的松动圈理论计算方法——强度准则法和数学模型法。强度准则法以Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和Druker-Prager准则为主,普遍经塑性区半径推导、松动区与塑性区界分和岩石强度参数修正可得到较准确的松动圈半径,其关键在于松动区的边界条件和岩石软化方法,并建议以应力梯度作为边界条件和以参数反演修正岩石参数进行计算,同时也简要评述了以动静力学思路和统一强度准则为基础的松动圈计算。数学模型法主要是基于对松动圈影响因素的研究,常采用神经网络模型和支持向量机模型,以及未确知聚类模型和多元回归函数拟合等,其关键在于松动圈影响因素的选择和建模选型。松动圈影响因素选择的重点在于次要因素,而建模选型在于引入其他模型对原有模型的核心元素进行寻优。建议应因地制宜地选择影响因素或引入灰色预测模型,同时必须经本地数据库训练修正后使模型达到最佳。实际工程中,由于强度准则法基于均质岩体中静水应力作用下的圆形巷道模型,巷道半径和侧应力系数取值及岩性不均一将会严重影响计算精度;数学模型法受制于影响因素考虑不足及现有数据库噪声等条件而难以提高预测精度。结合围岩松动圈实测技术,由于受众多因素影响,巷道同一横断面内、同一巷道相邻地段的松动圈均在一定范围内波动,故任何非实测方法均不能精确预测松动圈厚度。在工程应用中,不主张在难以符合强度准则法的假设条件或者数学模型中未知的次要因素影响较大的条件下采用计算的方法确定松动圈厚度。后续研究可从新强度准则推导或多个单预测模型相结合与数据等维等方面进行,同时应关注在深部多种地质条件下松动圈的理论计算以及矩形和其它非规则形状巷道松动圈的理论计算,并提高预测精度。     

围岩松动圈影响因素的数值模拟

采用大型计算软件ANSYS, 对矩形巷道的围岩松动圈进行数值计算, 得出松动圈与其影响因素之间的定性及定量关系。指出地应力和围岩强度是松动圈的主要影响因素;虽然巷道跨度对松动圈影响较小, 但实际工作中它的影响仍不能忽略不计。     

深部缓倾软弱夹层巷道围岩变形演化与非对称支护

以河南城郊煤矿含软弱夹层千米埋深巷道围岩非对称变形破坏为背景,基于自主研发的巷道围岩结构失稳全过程物理模拟试验系统,采用超声波与数字照相等探测手段,系统研究了软弱夹层位于巷道顶、底板不同位置时,支护与未支护巷道围岩应力场、位移场、松动圈演化及非对称变形破坏机理。通过将超声波速突变位置定义为松动圈厚度边界值,反映围岩破裂特征及松动演化规律。研究结果表明：当软弱夹层位于顶、底板不同位置时,未支护巷道围岩最大松动圈分别位于顶-帮和底板处,支护后顶-帮和底板松动圈厚度分别减小了9.09%～50.00%和12.00%～75.00%,对应的顶底板围岩应力释放率分别下降40%～60%和35%～60%。未支护时巷道围岩呈明显非对称性变形破坏特征,常规的对称支护方式尽管整体上提高了围岩的刚度和强度,使得松动圈形状趋于均匀化,但巷道非对称变形破坏特征显著。基于此,提出深部穿越软弱夹层巷道围岩局部非对称加强支护以实现巷道全断面等强协同支护的解决思路,并开展了工业性试验,应用效果良好。