考虑支护作用的巷道围岩塑性区边界方程及应用

结合Mohr-Coulomb强度准则,推导考虑支护力作用下的非等压圆形巷道围岩塑性区边界方程的近似解,通过理论分析和数值模拟,得出支护阻力对巷道围岩塑性区范围和形态的影响作用.研究表明:在现有支护条件下,支护阻力能够使浅部低应力巷道围岩塑性区范围有一定程度的减小,特别是对于双向主应力比值较大情况下浅部巷道围岩塑性区呈现...     

砂岩型铀矿巷道支护技术数值模拟研究

以北方某砂岩铀矿为研究对象,通过现场工程地质调查和室内试验研究等手段,分析巷道破坏的主要原因.借鉴煤矿软岩巷道支护理论,提出砂岩型铀矿软岩巷道支护技术,并利用数值模拟方法进行巷道形状和支护参数的优化分析,分析结果表明该支护技术具有一定的可行性.     

厚煤层综放开采窄煤柱沿空巷道支护技术

运用Mohr-Coulomb准则分析巷道围岩应力,并采用数值模拟软件FLAC3D模拟井下实际工作条件,总结巷道围岩变形规律并验证支护技术的有效性。通过井下监测,得出掘进影响下巷道最大变形量为38 mm,下区段回采工作面采动作用下巷道最大变形量为500 mm。数值模拟及工程实践表明窄煤柱沿空巷道围岩非对称性变形破坏得到了有效控制。     

复杂条件下巷道围岩控制机理及支护技术

以张集矿11418(W)回采巷道为工程背景,分析了巷道顶板岩性相变较大、顶板含砂岩裂隙水等支护难点,提出了采用组合支护来提高巷道的初始支护强度等支护对策;通过对巷道载荷的计算并结合理论分析,确定了巷道的支护参数,数值模拟结果进一步验证了其良好的控制效果。工程应用结果表明巷道控制效果显著。     

煤矿巷道变形破坏特征及支护参数优化

为了确保煤矿巷道的稳定性,采用现场调查、理论分析和数值模拟相结合的方法,现场调查分.析了煤矿巷道变形破坏特征,理论分析了巷道锚杆、锚索支护作用,数值模拟研究了不同支护方案下巷道帮部应力监测曲线、巷道围岩位移变化规律及巷道围岩塑性区分布.研究得出,优化后的巷道支护方案具有较好的支护效果.     

深部巷道围岩变形失稳的数值分析

采用Mohr-Coulomb塑性本构模型,Isotropic-Fluid-Flow本构模型,Fluid-MechanicalInteraction渗流计算模式,建立FLAC3D固流耦合的渗流计算模式的数值模型,采用"开挖-支护-再开挖"的模拟过程,模拟分析石嘴山一矿38区+600 m轨道巷的变形与破坏的机理,得出深部巷道变形破坏的关键部位,为深部巷道支护提供了新的理论依据。     

巷道围岩稳定条件初探

根据岩石长期强度特性和 Mohr-Coulomb强度理论 ,把岩石强度划分为摩擦强度和粘结强度两部分 ,进而应用巷道支护的限制与稳定作用原理 ,推导出了考虑摩擦强度时间效应与粘结强度时间效应存在差异的巷道支护阻力计算公式 ,并以典型条件分析了二者对巷道支阻力的影响关系     

巷道围岩稳定条件初探

根据岩石长期强度特性和Mohr-Coulomb强度理论，把岩石强度划分为摩擦强度和粘结强度两部分，进而应用巷道支护的限制与稳定作用原理，推导出了考虑摩擦强度时间效应与粘结强度时间效应存在差异的巷道支护阻力计算公式，并以典型条件分析了二者对巷道支阻力的影响关系。     

圆形巷道完整围岩最小支护阻力计算

为研究理想弹塑性模型应力发生跌落的临界条件,引入等效应变阈值。基于弹塑性理论和Mohr-Coulomb准则,计算圆形巷道围岩的应力场、位移场和等效应变。等效应变等于等效应变阈值时,围岩处于临界破坏状态,此时确定的支护阻力为巷道围岩不发生破坏时的最小支护阻力,为巷道支护阻力选择提供一定参考。     

锚杆支护参数的优化

以云南某铜锡矿为例,利用FLAC~(3D)模拟对巷道支护进行模拟,并用正交试验设计的方法对其巷道支护参数进行分析,然后结合悬吊理论分析,为矿山提供更好的锚杆支护参数。研究结果证明:在满足巷道稳定性要求的同时,也要选择经济可行的锚杆支护参数,当锚杆长度为2.1m,间距为0.8m,排距为1.0m时,现场支护围岩稳定,并且相比之前的支护方式在经济与效率上有很大的提高。     

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。     

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0.65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。     

基于弹性理论的煤帮极限平衡区宽度确定方法探讨

回采巷道开挖后,其围岩应力重新分布,两侧煤体在上方集中应力的作用下产生变形后形成极限平衡区,其理论宽度是合理确定巷道煤帮支护方案及其参数的重要依据,目前,计算煤帮极限平衡区的主要方法有:利用松散介质平衡理论建立煤帮应力平衡微分方程来求解极限平衡区宽度;或考虑工程扰动程度和煤体地质强度,运用非线性摩尔-库伦准则建立极限平衡区宽度方程。本文在总结现有研究成果的基础上,建立了回采巷道煤帮在高支承压力作用下体的力学计算模型,运用弹性力学理论分析了帮部任一点煤体的应力应变分量。基于弹塑性界面煤体在峰值支承压力发生片帮的柱条模型,确定该界面上发生最大水平拉应变的单元煤体位于距离底板0.65倍巷道高度处,进而提出了该单元煤体极限拉应变与煤帮极限平衡区及其破裂区宽度的理论计算公式。分析表明,煤帮极限平衡区宽度不仅取决于煤体的极限拉应变、泊松比及弹性模量,而且与原岩应力大小及巷道开挖后发生重分布的最大支承压力及煤帮弹性区宽度密切相关。具体表现为煤帮极限平衡区宽度随巷道埋深增大而不断增加,但随煤体弹性模量及其极限拉应变的增加却快速减小。在此基础上,利用所提出的理论公式计算了百良矿14501工作面运输巷350～400 m区段的煤帮极限平衡区和破裂区宽度,进而优化了巷道帮部锚杆支护参数,取得了良好的支护效果。结果表明,上述研究成果能够较好地进行深埋煤层巷道煤帮极限平衡区的预测分析。     

大倾角煤层巷道支护的改进研究与实践

掘进和支护大倾角煤巷时存在高帮打眼、架棚和维修都较困难的问题。通过对巷道支护相关情况的数值模拟和理论分析,并以数值模拟和理论分析的结果为依据,设计适合大倾角巷道支护状况的支架,能取得较好的支护效果。     

深部采区轨道下山巷道钢丝绳网锚注支护技术研究

深井采准巷道支护技术一直影响到煤矿的安全高效生产。针对平煤五矿采区轨道下山工程地质条件,采用理论分析、现场工业性试验等方法,对轨道下山巷道变形原因、变形特征和支护原则等进行了系统研究并进行现场支护试验。研究结果表明：①围岩应力高、岩性差、受采动影响,以及锚注支护方式及参数不合理是造成轨道下山巷道变形破坏的主要原因;②提出了全断面支护、强化围岩自身承载能力、柔性喷层的支护原则,确定了钢丝绳网混凝土喷层结构、注浆锚杆和注浆参数等钢丝绳网锚注支护有关技术参数。钢丝绳网锚注支护在轨道下山巷道翻修中进行了工业性试验,巷道经历了两侧工作面采动影响后,能够满足生产安全需要,减少了巷道维修次数,现场试验取得了成功。     

垂直重叠巷道安全距离分析研究

针对某矿在巷道掘进过程中需要解决两条垂直重叠巷道的安全距离及巷道支护问题,文章采用理论分析、FLAC3D数值模拟、理论计算和现场实测的方法,确定了两垂直重叠巷道的最小安全错距和支护方案,并通过现场矿压观测验证了支护方案的可行性。研究成果不仅可以为本矿井提供借鉴而且可以为其他类似情况的巷道支护提供参考依据。     

5102回风顺槽复合片帮原因及支护优化研究

采用理论分析计算和现场监测的方法,对永定庄煤矿5102回风顺槽片帮原因及支护技术展开研究。研究结果表明:当片帮体在滑移面上的应力分量大于其抗剪强度时,巷帮将发生失稳破坏;两帮支护采用高强度锚索联合锚杆支护技术替换原有锚杆支护,可以有效改善巷帮煤体破碎情况;支护优化后的巷帮位移量为36 mm,满足安全生产要求。     

软岩巷道锚注支护智能设计专家系统及应用

软岩巷道锚注支护设计是一个涉及水文地质、工程地质、开采条件、岩石力学等诸多因素的复杂非线性难题。针对这一难题,将人工智能领域中专家系统技术与煤矿软岩巷道锚注支护领域专家理论研究成果、实践经验相结合,提出了软岩巷道锚注支护设计专家系统结构模型。基于软岩巷道锚注支护工程知识的特点,建立了软岩巷道围岩地质力学性质知识库、软岩巷道锚注支护设计工程案例知识库以及软岩巷道锚注支护设计专家知识库;同时,运用计算模式推理、BP神经网络推理以及产生式规则推理等3种推理策略,构建了锚注支护专家系统的核心推理机,实现了对软岩巷道锚注支护方案与参数的优化设计。将该专家系统应用于淮北矿区某矿井软岩巷道锚注支护设计中,显著地提高了软岩巷道锚注支护结构和参数选择的科学性与合理性,有效地维护了该软岩巷道围岩的稳定。     

基于Drucker-Prager准则的深部巷道破裂围岩弹塑性分析

基于Drucker-Prager屈服准则和非关联流动法则,考虑中间主应力、塑性区弹性应变及岩体剪胀性的影响,推导了深部圆形巷道围岩应力、变形及塑性区半径的封闭解析解。结合工程实例,对比分析了不同屈服准则和围岩参数对围岩状态变化的影响,研究结果表明：中间主应力对围岩破裂范围和表面位移均具有重要影响,且表现出明显的区间效应;剪胀角越大,扩容系数越大,围岩破裂范围与表面位移也就越大;围岩参数(残余黏聚力、残余内摩擦角、初始黏聚力)和支护阻力越大,围岩塑性区及破裂区范围均越小;D-P准则解分别与统一强度准则解、双剪强度准则解和M-C准则解相比,围岩破裂范围及表面位移均偏大,但与M-C准则解最为接近;在满足相同围岩变形条件下,D-P准则解所需支护阻力较其他3种准则解均较大,更偏向于刚性支护形式,分析结果可为巷道围岩稳定性评价与支护设计提供重要理论依据。