锚固承载层作用下巷道围岩稳定性分析

针对现有巷道围岩稳定性控制方法是将锚杆支护阻力均匀作用于巷道表面,较少考虑锚杆与围岩耦合形成的锚固承载层的等效支护力问题,通过分析围岩力学模型得出锚固承载层等效支护力的解析表达式及巷道围岩在锚固承载层作用下的弹性区与塑性区应力、塑性区半径和巷道围岩表面位移的解析表达式。算例分析结果表明:(1)锚杆长度增加时,锚固承载层厚度随之增大;锚杆长度一定时,随着锚杆排距的增加,锚固承载层厚度减小;锚固承载层等效支护力随着锚固承载层厚度的增大而增大。(2)在塑性区中,相对于不考虑锚固承载层的Fenner解,考虑锚固承载层的本文解下的围岩切向应力较大,应力峰值位置更接近巷道中心位置;在弹性区中,相对于Fenner解,本文解下的围岩切向应力较小,径向应力较大。(3)随着锚固承载层等效支护力的增大,塑性区半径呈下降趋势;随着锚固承载层等效支护力的增大,Fenner解与本文解下的巷道围岩表面位移减小,且Fenner解下的位移变化量比本文解下的大。利用Flac3D软件对锚固承载层作用下的巷道围岩应力、塑性区半径和巷道表面位移进行数值模拟,数值模拟结果与算例分析结果基本一致,锚固承载层作用下巷道围岩稳定性更为可靠。     

采区轨道运输大巷支护技术研究

针对现行锚杆支护设计方法存在指标选取简单、计算误差较大、测试过程复杂等局限性,以某煤矿3号煤北翼准采区轨道运输大巷为研究背景,通过现场调查、实验室力学试验确定巷道围岩稳定性等级,以此为依据提出了不同的支护方案。通过数值模拟分析不同支护方案的支护效果,得出如下结论:巷道采用"锚索+锚杆+网+钢带"的支护方式时,巷道围岩塑性变形范围最小,巷道顶底板及两帮位移量也最小,该方案是所有支护方案中最合理的。现场实测结果表明,采用"锚索+锚杆+网+钢带"支护方式时,巷道围岩变形较小,支护控制效果较好。     

屯宝煤矿逆断层破碎带巷道变形控制研究

针对屯宝煤矿逆断层破碎带煤柱侧巷道受采动影响造成的巷道变形量大、巷道底鼓、煤柱侧帮鼓、巷道顶板局部下沉等问题,采用锚杆测力计对锚杆应力进行监测,采用PASAT-M应力探测方法对逆断层煤柱侧巷道应力分布和巷道变形规律进行了研究。研究结果表明:胶带巷煤柱侧锚杆应力峰值出现在超前工作面10~15 m,轨道巷上帮锚杆应力峰值出现在超前工作面5~10 m;巷道不同位置的锚杆应力、围岩应力及巷道变形量均受T 2逆断层影响,应力和变形量集中分布在逆断层附近;距离逆断层25 m内围岩应力中等危险区分布相对集中。根据研究结果,提出了巷道补强支护和大孔径卸压综合治理措施,工程实践结果表明,该措施为围岩提供了稳定的支护力,适用于屯宝煤矿逆断层影响区域围岩变形的防治。     

煤矿巷道围岩支护设计及稳定性数值模拟分析

本文在综合分析11采区工作面地质条件以及研究支护现状、围岩破坏的基础上,综合工程类比法和理论计算法得出二中车场联络巷道的初步支护方案;基于FLAC3D软件对比不同支护方案的围岩稳定性,最终得出最佳支护方案。     

煤巷底鼓破坏特征及支护技术研究

针对煤层巷道底鼓破坏问题,以某矿53082巷为研究对象,采用UDEC离散元模拟软件对该巷道掘进期间的围岩应力状态、位移分布及破坏模式进行了分析研究,结果表明:在较大的水平构造应力下,53082巷底板软弱煤层成为应力释放的主要区域,破坏特征主要表现为浅部拉伸破坏和深部的剪切破坏。针对53082巷原有支护方案无法控制底板位移,造成底鼓比较严重的问题,通过对不同底板支护方案进行支护效果模拟分析,提出了底板注浆与锚杆锚索联合支护方式,试验结果表明:底板注浆与锚杆锚索联合支护方式优于单一的锚杆锚索支护方式,大大改善了底板应力状态,抑制了底板深部的剪切破坏,顶底板位移量控制在150mm以内,两帮位移量控制在60mm以内,巷道围岩的控制效果较好。     

锚固体参数对冲击危险性巷道围岩稳定性的影响分析

针对冲击危险性的锚网支护类回采巷道,运用动力学理论分析了巷道锚固体抑制冲击矿压灾害机理,采用数值模拟软件FLAC3D研究了不同锚固体参数对冲击危险性巷道围岩稳定性的影响程度。研究结果表明,巷道围岩变形量的主要影响因素是锚杆长度与锚杆间距,巷道巷帮变形量对锚固体参数的灵敏度反应远高于巷道顶、底板。     

甜水堡煤矿煤巷支护参数与设备工艺优化研究

目前巷道快速掘进技术研究主要针对巷道快速掘进的影响因素、设备优化等,对巷道空顶距、支护参数、施工工艺联合优化的研究较少。针对该问题,以甘肃省环县甜水堡煤矿2号井1309工作面回风巷为研究对象,对煤巷支护参数与设备工艺优化方法进行研究。分析了巷道掘进各工序的用时特征,得出掘进、永久支护、临时支护用时最多,占比分别为25.3%,49.9%,6.2%;以耗时最长的3个工序为重点优化方向,构建了掘进工作面空顶区顶板力学模型,得出掘进工作面理论最大空顶距为2.32 m,考虑现场受设备、地质、工艺等因素影响,确定空顶距为2.0 m;根据不同支护方案下巷道围岩应力、变形、塑性区的分布特征,结合巷道高效掘进需求,确定最佳锚杆间排距为800 mm×1 000 mm。结合巷道实际的地质条件,配套优化了掘进设备、临时支护工艺与施工工艺。现场试验结果表明,优化后最大日进尺由8 m提高到10 m,巷道掘进速度提高了25%;巷道围岩变形基本处于稳定状态,最大变形量为226 mm。优化方案不仅保证了巷道的安全稳定,还显著提高了巷道的掘进速度。     

高应力软岩巷道大变形机理及返修支护技术研究

针对高应力软岩巷道围岩破坏及持续变形,已发生大变形巷道如何科学合理返修支护等问题,以白皎煤矿+300水平4号石门运输大巷为例,根据巷道围岩钻孔窥视、围岩力学状况及支护技术综合分析了巷道围岩变形破坏特征,指出构造应力突出、巷道围岩岩性软弱、巷道集中布置、巷道围岩支护强度低、支护材料不匹配、施工质量不达标等是导致巷道持续变形的原因。指出对于已发生离层、破坏的巷道破碎围岩,仅采用锚杆、锚索补强支护时,围岩中不连续变形的存在会导致巷道围岩结构整体稳定性不足,无法有效抵抗应力的持续挤压作用,巷道易发生持续变形,需进行注浆加固将围岩中不连续变形产生的裂隙进行充填,进而通过锚杆、锚索进行支护。在此基础上,提出了"高压注浆+高强高预应力锚杆、锚索联合支护+喷浆"的巷道返修支护方案,即首先通过注浆加固将围岩裂隙及不连续结构面进行及时加固,进而通过强力锚杆、锚索支护对围岩进行支护,在围岩中形成承载结构,通过表面喷浆封闭围岩,阻止围岩风化,提高表面围岩稳定性。数值模拟和现场试验结果表明,采用"高压注浆+高强高预应力锚杆、锚索联合支护+喷浆"后,顶底板最大移近量为109mm,两帮最大移近量为212mm,能有效控制巷道围岩变形。     

回采巷道锚杆支护可靠性设计数值模拟研究

针对回采巷道的围岩特点,采用岩梁理论对回采巷道进行了力学研究与分析。当岩梁自重和沿应力引起的拱座处水平推力不足以阻止剪切滑动力时,顶板将发生整体剪切滑动,当锚固体的强度不足以抵抗最大水平应力,则发生压缩破坏。采用RFPA软件对五虎山煤矿的回采巷道进行数值模拟实验,确定了安全经济的支护方案,结果表明改变角锚杆安装角可以提高回采巷道顶板的抗剪能力。     

轴承预紧力对转子系统静动态特性的影响

轴承预紧力的大小直接影响到滚动轴承-转子系统的静动态特性. 综合考虑离心力和陀螺力矩效应,在Romax软件中建立了5自由度轴承-转子系统动力学模型,分析了预紧力对轴承刚度、工作接触角以及工作寿命的影响,并搭建了轴承 转子系统试验台做验证试验. 在不同轴承预紧力下,分别研究了轴承刚度、工作接触角、工作寿命、静载荷作用下轴承 转子系统的静变形以及动不平衡载荷作用下主轴系统的振动响应等,并在轴承-转子试验台上进行试验验证,得到了轴承预紧力与这些因素的关系曲线. 在此基础上,研究了预紧力对转子系统固有频率的影响,结果表明加大预紧力有助于提高系统的固有频率. 研究结果可为轴承-转子系统的设计与分析提供理论参考.     

锚杆锚索载荷数据采集及分析系统设计

针对目前锚杆、锚索载荷数据采集与分析方法存在的准确性低、读数困难、效率低等问题,研发了一种新的锚杆、锚索载荷数据采集及分析系统。该系统利用无线传输技术采集载荷数据,并借助计算机软件对采集的数据进行数字化分析研究,提高了数据分析的准确性,为判断巷道支护的安全性提供了更为科学的依据。     

一种新型矿用锚索(杆)静态电阻应变仪的研究

为减少和预防煤矿冒顶事故的发生,要对巷道顶板受力进行监测。介绍了一种以单片机为主控模块,采用独特的平衡电桥臂结构并选用高精度运算放大器进行信号调理的新型矿用锚索(杆)静态电阻应变仪,它具有数据采集、存储、查询等功能,并以精度高、功耗低、操作简便、抗干扰能力强等特点,为从事巷道支护和锚固的工程人员提供了可靠的测试手段和技术保障。     

软弱破碎围岩隧道二衬施作的合理时机判别研究

为了合理判别软弱破碎围岩隧道的二衬施作时机,结合工程实践,通过洞室拱顶沉降和边墙变形收敛的现场监控量测,提出了利用围岩-初支系统变形实测数据判别软弱破碎围岩隧道二衬施作合理时机的考虑支护是否保守的五级速率比值法并研发了相应的软件,并通过工程实例进行了成功验证。研究表明：1研制的软件操作具有界面简洁、友好,以及操作简单易用的特点,具有测点围岩-初支系统位移和收敛的现场监测数据的录入、储存、修改和管理等功能,能方便地进行软弱破碎围岩隧道的二衬合理时机判别;2通过工程实例验证分析表明,提出的方法是可行的,与现行的二衬时机选择的方法本质上是相同的,但更加具有可操作性,研究成果可以为同类型隧道的二衬时机选择提供可资借鉴的方法。     

基于FLAC~(3D)的引水隧洞主、支洞交叉部位的围岩变形分析

圆形洞室开挖后,岩体中形成一个自由空间,使原来处于挤压状态的围岩,由于失去了支撑而发生向洞内松动变形;如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力,则围岩就会发生破坏。本文应用有限差分法数值模拟软件FLAC3D对主、支洞交叉部位的隧洞围岩变形进行模拟分析。模拟结果表明,隧洞开挖后,围岩各部分的位移量较大,围岩应力集中在主、支洞交叉部位。     

隧道洞口上方危岩崩塌块石运动规律及其对隧道的危害

为揭示危岩崩塌块石的运动规律及其对下方隧道洞口的危害,以都香高速昭通段乐红隧道洞口高陡边坡危岩区崩塌体为研究对象,运用理论计算与Rockfall数值计算2种形式对危岩区崩塌体失稳后块石的运动特征进行预测,运用Abaqus有限元软件模拟不同初速度、不同冲击落点下块石冲击隧道结构的动力响应,揭示不同因素对块石冲击隧道结构的...     

利科有限元分析软件开发

针对现有的通用CAE分析软件不能满足水工结构和岩土工程领域数值分析的需求,国内外还没有一款功能较完备的水工结构和岩土工程通用的CAE软件的问题,开发出面向水工结构和岩土工程设计、咨询、科研与高等教育的专业有限元分析软件——利科有限元分析软件(LinkFEA).计算模块的设置主要满足该领域中坝、闸、隧道和地下洞室、各类岩质土质边坡等中的渗流场、温度场、应力场(或位移场)及这3个场之间的耦合计算和结构安全性分析需求.前处理模块的功能有几何建模、有限元网格生成以及材料参数、载荷、初始条件和边界条件的设定等;后处理模块包括强度分析、渗透稳定性分析、边坡稳定分析和洞室围岩稳定性分析等,有限元计算结果和分析结果都能以等值线图或云图显示.LinkFEA已经过国内多个工程的渗流和应力(变形)计算的检验.     

下穿高压输电塔大跨度隧道结构监测中传感器的应用

为了保证上覆高压输电塔的安全正常运行,必须要掌握下穿隧道施工对地层的扰动和支护结构的受力情况。结合李家冲隧道下穿500kV高压输电塔实体工程的现场监控量测,介绍了相关监测方案及其监测结果。结果显示：隧道施工过程中,围岩变形趋于稳定,钢拱架和二衬内力的安全系数均满足设计规范要求,说明隧道施工方案合理,工程结构稳定可靠,所用传感器有效完成相关监测任务。     

巷道掘进过程中煤炮现象发生范围及机理研究

为了说明煤炮现象的发生范围和发生机理,采用RFPA2D数值计算软件对某煤矿巷道掘进过程中围岩的变形破坏过程和声发射现象进行了数值模拟研究。研究结果表明,矿井工作面回采巷道发生的煤炮现象是在巷道两帮15 m及顶板约10 m范围内在巷道变形破坏过程中积聚的大量弹性能量释放的过程,是一种能级相对较小的动力现象,不是冲击地压发生的前兆信息。     

Tunneling Analyst: A 3D GIS extension for rock mass classification and fault zone analysis in tunneling

In this study, an extension called Tunneling Analyst (TA) has been developed in ArcScene 3D GIS software, part of the ArcGIS software package. It dramatically extends the functionalities of ArcScene because it allows: (1) estimation of the 3D distribution of rock mass rating (RMR) values using borehole and geophysical exploration data, (2) the modeling of 3D discontinuity planes such as faults from field-based structural measurements, and (3) analysis of 3D intersections and 3D buffer zones between proposed tunnel alignments and some discontinuities. Because TA can handle and visualize both 2D and 3D geological data in a single GIS environment, the tedious tasks required for data conversion between various software packages can be reduced significantly. The application to the Daecheong tunneling project in Korea shows that TA could present a rational solution to evaluating the rock mass classes along a proposed tunnel alignment and can also provide specific 3D spatial query tools to support the tunnel design work. This paper describes the concept and details of the development and implementation of TA.