用弹性力学的复变函数法求解矩形硐室周边应力

针对目前地下硐室围岩应力分布的解析解仅仅限于圆形和椭圆形等简单形状的情况，本文采用复变函数法计算矩形硐室的周边应力．采用保角变换法将Z平面上的硐室几何边界映射到善平面上的单位中心圆上，用多角形法求解矩形硐室的映射函数，定义了一个仅仅和硐室高宽比有关的系数，通过对硐室高宽比和这个系数的试算，可以得到映射函数的逼近解，得到了复变理论求解矩形硐室周边应力的基本公式．在给定硐室的高度和宽度的情况下，可获得硐室周边应力分布。通过算例表明，此法求解矩形、方形硐室周边应力是可行的，实用性强．     

副井马头门围岩变形监测及支护结构补强设计

马头门是矿井的咽喉部位,因其位置的特殊性,在马头门硐室开挖过程中,其受力状态十分复杂。尤其是对于千米深的立井,处于高应力下的围岩受多次施工扰动,应力集中严重,围岩应力往往会超过岩石强度,可能会引起马头门硐室围岩失稳,造成支护结构破坏,甚至危及马头门硐室处上下段井壁结构的安全。为此,开展了副井马头门围岩收敛变形监测工作,并基于围岩变形监测结果,对马头门支护结构进行了优化补强设计。     

深井高压防水闸门硐室试验研究

简单介绍了高压防水闸门硐室主体工程应力分布特征，并对国内第一座5．5MPa高压双门硐防水闸门硐室进行了工业性试验研究。给出应力测试，安全稳定性评价的方法和高压防水闸硐室计算公式。     

下石节煤矿214煤仓给煤硐室失稳破坏数值模拟分析

以下石节煤矿214煤仓因给煤硐室混凝土承载结构受围岩、水及压力的长期影响而变形破损严重，不能满足矿井正常生产需要为背景，结合理论分析与数值模拟，分析了214煤仓给煤硐室失稳破坏原因及煤柱高应力、水对给煤硐室稳定性的影响。研究表明：高应力作用下，硐室混凝土承载结构及围岩处于较大范围的剪切屈服状态，承载结构表面因围岩的强烈挤压而发生拉伸破坏；硐室底板炭质泥岩及根土岩遇水后的膨胀及弱化，会导致底板围岩的强烈鼓出，混凝土底板承重梁受底板围岩挤压而鼓出并几乎完全处于拉伸破坏状态，立柱也因受到挤压而发生强烈剪胀并完全处于拉伸破坏状态，导致了混凝土承载结构的整体失稳破坏。     

深井特大型箕斗装载硐室稳定机理及控制技术

针对葫芦素矿井特大型箕斗装载硐室的结构和地质条件,采用大型有限元软件ABAQUS研究了深井特大型箕斗装载硐室结构稳定机理,得到了硐室开挖后的应力变化规律和塑性区范围的扩展规律,提出了硐室的初次支护技术。通过数值模拟分析了支护前后位移场的变化规律,现场监测结果表明,井壁预加固与箕斗装载硐室初次支护技术能够有效控制井壁和硐室变形,保证了动态施工期间的井壁和硐室围岩稳定。     

灵湖金矿巷道围岩变形破坏及锚杆支护数值模拟分析

通过现场地质调查和监测,确立灵湖金矿330工程450巷道围岩体地质模型,查明硐室在受低地应力状态下的围岩等级,巷道围岩变形破坏程度及松动圈范围。针对硐顶掉(落)石块典型破坏类型,采用离散元UDEC软件进行数值模拟分析,反演硐室开挖后应力重分布,顶板产生拉应力区,导致围岩体发生变形破坏的过程和力学机制,并采取预应力锚杆支护措施稳固失稳岩体。     

主井箕斗装载硐室数值模拟及现场监测分析

为了保证主井箕斗装载硐室的安全与稳定,评价其支护结构设计与施工方法的合理性,采用FLAC3D软件数值模拟和现场监测的方法,研究了红庆河煤矿主井箕斗装载硐室围岩和砌碹支护结构的变形和受力规律。结果表明:箕斗装载硐室水平受力不均匀,两侧山墙受力要小于其余侧壁;砌碹支护结构数值模拟法向应力极值为4.13 MPa,切向应力极值为1.77 MPa;现场监测靠近下部硐室迎面弧墙内排钢筋应力最大,数值为72.0 MPa,远小于钢筋设计强度值;监测期内该箕斗装载硐室是安全稳定的,砌碹支护结构设计与施工方法是合理有效的。     

原岩应力对圆形硐室围岩塑性区的影响分析

为了探究原岩应力对塑性区应力的影响,采用SMP(Spatially Mobilized Plane)屈服准则对轴对称的圆形硐室进行理论分析,利用硐室周边和硐室围岩弹塑性交界处的应力边界条件,分别得到了塑性区的应力和硐室的支护力与原岩应力的关系式;研究表明,硐室围岩塑性区的应力和硐室支护力不仅仅与围岩的力学性质有关而且还与原岩应力有关。通过算例分析了原岩应力对塑性区的应力和硐室支护力的影响,分析结果表明:塑性区的应力会随着原岩应力的增大而增大,并且在不同深度处,沿着硐室围岩深部逐渐增大,并且塑性区的应力和支护力均与原岩应力存在明显的线性关系。     

高地应力环境下硐室开挖围岩应力释放规律

为研究高地应力环境下硐室掘进引起的围岩应力时空变化规律,以某地下工程模拟试验硐为例,开展了原地应力测量,应用压磁电感法高精度应力测试系统对地下硐室挖掘过程中围岩应力变化的全过程进行了跟踪监测。结果表明：高应力区试验硐掘进引起的围岩应力变化有应力释放、应力调整和应力平稳3个阶段;垂直于硐壁方向的应力变化最显著,距离硐壁0.6 m处原地应力基本完全释放;平行于硐壁方向的应力变化较小,释放掉原值的20％,应力在放炮时瞬间释放完毕;观测到最小主应力在调整阶段有2 MPa左右的应力加强现象。     

深井多硐室影响下围岩稳定性控制

河南磴槽煤矿十平巷泵房硐室因受复杂围岩应力条件、埋置深度等因素影响,造成了支护难度较大。针对此硐室的破坏情况,采用数值模拟软件ABAQUS对硐室失稳破坏机理进行分析,得出临近水仓施工对泵房硐室的应力、位移的影响,进而采用“三锚”支护手段,对泵房与水仓间的岩体进行整体加固,以达到对泵房硐室稳定性的控制。监测结果表明支护方案发挥了很好的作用。     

地下硐室岩爆的突变理论研究

用分段的岩石应力－应力全过程曲线作为本构关系，对圆形硐室受静水压力的状态作了分析，将受力岩层分成软化区和弹性区，用突变理论建立的势函数分析了突变模型，给出了发生岩爆准则，并与实测结果作对比，表明这种研究方法的有效性。     

高应力软岩硐室底鼓发生机理与控制技术研究

针对煤矿深水平高应力软岩机电硐室的严重底鼓情况，以淮北矿区邹庄煤矿-800m水平机电硐室为研究背景，依据弹性力学与塑性力学理论分析了底鼓的力学机理，同时基于围岩整体稳定性原理，制定了抑制底鼓的技术方案。现场实测数据表明该技术方案简便易行、效果显著，充分论证了研究成果的科学性和正确性。该成果不仅可以用于高应力软岩机电硐室底鼓控制机理与技术的研究，而且可以用于井下水仓、大断面高应力软岩巷道底鼓控制机理与技术的研究。     

高应力超大断面硐室围岩控制对策研究

针对深部高应力超大断面硐室围岩易失稳的问题,以红庆河煤矿设备换装硐室为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了在低扰动掘进条件下超大断面硐室的围岩应力分布特征及变形规律,结果表明：高应力条件下,超大断面硐室塑性区范围明显变大,硐室帮部及底板相对于顶板更容易发生失稳,并提出强力一次全断面支护对策,底板锚索采用水泥灌浆实现全长预应力锚固。现场实践表明,硐室围岩稳定,变形量控制在30mm以内。     

高地应力区地下硐室断面形状的选择方法

过去硐室形状优化一般是在围岩为弹性的假定下进行的，若原岩地应务很大时，可能再好的硐室断面３也不能避免围岩的破坏，此时按弹性假定找出的硐室形状能否是最优。用算例给出了回答：按此方法确定的硐形，就硐室围岩的破坏程度而言，与其他硐形相比，仍然是最优的。     

矿山井巷和采场冲击地压危险性的弹性能判据

探讨了处于弹塑性变形状态下井巷和采场围岩体弹性比能的计算方法，提出了用有限元法分析计算处于弹塑性变形状态受力煤岩体的弹性比能分布的理论与方法，以及产生冲击地压的弹性能判据.针对鲁村煤矿2217区段运输平巷的具体条件，进行了有限元计算分析,结果发现，巷道围岩中的弹性能主要储存于两帮煤壁中，煤壁中部煤体的弹性比能超过了产生动力破坏所需最小比能，顶、底板中储存的弹性能较少.计算表明,该巷道围岩不满足产生冲击地压的条件，与现场实际情况相吻合.     

露天矿临近边帮控制爆破岩石成缝机理的讨论

通过预裂爆破模拟试验，对应力波叠加理论，爆炸气体的“气楔作用”等分别进行了验证，同时以爆破测震为佐证，从理论上否定了预裂爆破，并以充分的证据证明，预裂爆破实施后，根本没有产生预裂缝，留下的半壁孔是实施主爆破时缓冲孔蓄能作用的结果，在此研究成果的基础上，提出了岩石成绩机理的回弹假说，并据此假说提出了一种新的临近近边帮控制爆破方法－蓄能爆破，回弹假说认为爆破的真正动力源是缓冲孔，缓冲孔爆炸后，邻近边帮的岩石受到压缩产生弹性变形，储存了弹性变形能，当有了足够的补偿空间后，岩石在惯性作用下恢复原状，变形能释放产生垂直于炮孔连心线上的拉伸力，当拉伸力大于岩石的结构力时，岩石产生裂缝。     

考虑空间和锚固效应的硐室围岩弹塑性分析

为研究圆形硐室围岩在开挖-支护过程中的力学机制,根据围岩力学特征将围岩划分为弹性区、软化区及残余区,考虑围岩软化、扩容和空间、锚固效应,引入软化模量、扩容系数和剪胀角,推出了围岩弹塑性区应力、位移和范围的解析表达式。通过算例分析了不同因素对塑性区范围、应力和硐室周边位移的影响。结果表明:对于软化模量较大的围岩,锚固效应可有效地减小塑性区半径和位移;而考虑空间效应时,当开挖面到计算面的距离x值越小,围岩应力、位移越大,当x值大于10 m时,空间效应基本失效;锚固残余区扩容系数h3对硐室周边位移的影响大于锚固软化区扩容系数h2;根据不同长度锚杆支护下的硐室周边位移为支护结构围岩预留变形量设计提供了参考。     

门克庆大型箕斗装载硐室支护设计

为防止大型箕斗装载硐室发生变形及破坏,门克庆煤矿对其支护方案展开设计,通过对某矿井箕斗装载硐室变形破坏原因的分析,对门克庆箕斗装载硐室装载工艺以及硐室支护方案的研究,提出了硐室底板采用反底拱,端墙采用圆弧拱、平台兼有支撑侧墙作用的设计理念;将硐室在高度方向上分成了3个空间结构,以避免断面上中下交界处产生应力集中的危害,并有效抵抗弯矩和围岩变形。通过数值模拟及实践校验,该硐室支护断面形式、结构受力、支护方式较合理,有效控制了变形,整体支护效果良好。     

超大断面硐室围岩变形破坏机理及控制

针对断面面积近100 m2的大采高支架换装硐室,采用现场观测、数值模拟等方法分析其变形破坏机理:硐室断面增大致使围岩破碎区、塑性区增大,超大断面硐室塑性区半径达到普通断面硐室的2.2倍;断面增大引起掘进扰动应力增高,而锚杆加固厚度小、初期支护阻力小致使软弱围岩严重变形破坏。针对支架换装硐室0~2.5 m的破碎区、2.5~8.0 m的塑性区,提出了分区耦合支护围岩稳定控制原理:硐室围岩由浅至深破坏程度逐渐减小,达到稳定所需支护强度逐渐减小,采用高强高预紧力"锚杆、注浆锚索、锚索"支护及"分区注浆加固"技术,可形成针对破碎区、塑性区和弹性区的3个相互联系的承载圈,从而满足各个分区支护强度需要,实现支护结构和围岩共同承载,保证围岩稳定。