侧压系数及埋深对巷道围岩应力分布的影响

运用FLAC3D数值模拟软件,分别对埋深600、800、1 000 m和侧压系数0.5、1、1.5情况下煤层底板岩巷顶底板和两帮的垂直、剪切应力分布规律进行了模拟分析。结果表明:随着侧压系数的增加,巷道帮部围岩垂直应力呈递减状态,剪切应力、顶底板围岩垂直应力呈增大趋势;随着煤层埋深的增加,巷道围岩垂直、剪切应力集中区范围不断增大,峰值点位置逐渐向巷道围岩深部移动。研究结果对巷道合理支护选择具有指导意义。     

某深井强采动巷道围岩破裂失稳的数值模拟

针对西部某矿回风巷在大埋深强采动环境下的长期大变形的工程现象,采用FLAC~(3D)数值模拟方法研究了不同煤层厚度、构造应力及煤柱宽度下的巷道变形破坏规律。结果表明,随着煤层厚度的增大,巷道顶板塑性区及变形量逐渐增大,对顶板影响显著。随着构造应力增大,偏应力作用下巷道围岩整体变形逐渐增大,应力集中区逐渐向帮部深处和底板转移。随着煤柱宽度的增加,巷道顶底板及两帮变形量呈现先增大后减小的趋势,当前煤柱尺寸设置不合理,应减小煤柱尺寸,优化围岩应力环境,提高巷道维护效果。     

侧压系数对半圆直墙拱形巷道稳定性的影响

为探究侧压系数对巷道稳定性的影响,利用有限差分数值计算软件研究了应力场中侧压系数对围岩应力场分布、巷道变形和塑性区分布的影响。结果表明,在λ1时,围岩应力集中于巷道两帮,巷道变形不大,塑性区随着λ的增大而减小;在λ1时,围岩应力由两帮向顶底板转移,并且随着λ的增大向围岩深部扩展,顶板变形量远小于底板和侧帮变形,塑性区在顶底板扩大而两帮变化较小;将淮北矿区海孜矿地应力实测结果和巷道变形破坏情况与数值模拟得出的规律进行对比,两者基本一致。     

埋深对矩形巷道围岩塑性区扩展的影响

为分析埋深对矩形巷道围岩塑性区扩展的影响,采用FLAC3D软件对矩形巷道不同埋深条件下的塑性区分布进行模拟研究。假设理想化的地质采矿力学环境,建立4组埋深数值模型,分析埋深对矩形巷道塑性区的影响。对比分析不同采深条件下的塑性区扩展规律,从模拟结果的塑性区图可以看出塑性区基本呈圆形分布,随埋深增大巷道表面中部破坏范围向顶、底角均匀扩展,塑性区扩展范围增大;随着煤层埋藏深度的增加,围岩扩展范围的增速不断减缓,在两帮出现随深度增加塑性区范围逐渐不发生变化。可以得出,随埋深增大围岩塑性区扩展范围呈负指数形式扩展,变化量最终趋近于0。     

构造作用下弱胶结泥岩巷道稳定性研究

针对构造岩作用下弱胶结泥岩巷道变形大、难控制等特点,以内蒙古西一五间房煤矿为研究背景,根据弱胶结泥的实际埋深(300 m),用侧压系数表示构造应力状态,建立了5组不同构造应力作用下的巷道开挖数值模型,分析了不同地质构造作用下弱胶结围岩巷道变形和塑性区演化规律。研究结果表明:当侧压系数小于1时,围岩塑性区主要发生在巷道两帮,呈蝶形分布,最大变形发生在顶底板;当侧压系数增加到1后,围岩塑性区近似呈圆形分布,随侧压系数继续增加,围岩塑性区主要发生在顶底板上,呈漏斗型分布,最大变形向巷道两帮转移。     

深部沿空掘巷围岩破坏机制与控制

针对深部沿空掘巷围岩变形与控制难题,以邢东矿21210工作面运输巷为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件,模拟了不同埋深巷道围岩偏应力与塑性区的演化规律及响应特征。结果表明,巷道两帮偏应力均随着埋深增加呈增大趋势,实体煤帮最大偏应力值大于煤柱帮偏应力最大值;巷道围岩塑性区范围随埋深增加不断扩展;偏应力与塑性区分布特征与演化规律基本吻合。基于巷道围岩偏应力与塑性区分布特点,采用高预应力锚杆索、菱形金属网以及钢筋梯子梁联合支护形式,有效控制了巷道围岩变形。     

近距离下部煤层应力分布规律研究

针对近距离煤层中上部煤层开采容易引起下部煤层应力环境复杂化而导致巷道难以维护的问题,采用数值计算的方式分析了近距离煤层的煤柱宽度、埋深、层间距等因素对下部煤层应力分布的影响。研究得出:随着煤柱宽度增加,上部煤柱底板附近应力呈降低趋势,但应力衰减速度和下部煤层应力增高区范围呈增加趋势;随着埋深增加,上部煤柱底板岩层应力和传递深度呈现增加态势,但下部煤层应力增高区扩散范围逐渐减小;层间距的变化对于上部煤柱底板岩层的应力传递影响较小,但下部煤层应力增高区扩散范围增大,且增加幅度高;当采空区顶板能够及时垮落时,工作面长度变化对于上部煤柱底板附近岩层应力分布影响并不明显,但使得采空区下方低应力区范围扩大,有利于下部煤层巷道布置位置选择。     

大断面巷道围岩控制技术研究

1301工作面两回采巷道为大断面巷道,变形速度快,支护效果不够理想,顶底板和两帮变形速度和位移量都非常大。数值模拟分析了回采巷道围岩变形规律,分析结果表明:随着应力增高系数的增加,煤巷顶板下沉量和两帮移近量加剧,尤其是底板拉应力塑性区较大。巷道宽度一定时,随着巷道高度的增加,顶底板的塑性区保持不变,两帮塑性区增加,采取锚网索优化设计后,巷道围岩变形得到有效控制。     

棚锚注联合支护技术在软岩巷道中的应用

结合青东矿工程实例,分析了青东矿104回风大巷的围岩地质特性、变形状态和破坏原因,确立了棚锚注联合支护方案,采用该方案后围岩应力分布范围和塑性区都显著缩小;围岩变形量明显降低,巷道围岩两帮及顶底板塑性破坏范围显著减少,顶底板出现屈服后很快趋于稳定。该支护方案在解决软岩巷道变形和位移量大等问题上,取得了良好的效果。     

不同水平应力对巷道稳定性的模拟研究

水平构造应力是影响巷道围岩稳定的重要因素之一,通过相似材料模拟试验和数值模拟方法研究不同水平应力作用下锚杆支护巷道以及无支护条件下巷道围岩变形破坏特征.物理模拟较好的反映了巷道顶板的冒落和底板的鼓起状况,数值模拟反映巷道周围塑性范围和应力分布.模拟结果表明,随着水平应力增加,水平应力向巷道顶底板深部传递的趋势明显,导致巷道底鼓及褶皱形破坏,顶板剪切变形及楔形冒落.顶底板变形破坏大于巷道两帮的变形破坏.因此,高水平应力作用下,巷道顶底板是巷道控制的重点.锚网索喷一次支护配合长环形U钢支架二次支护是解决高水平应力作用下巷道支护的有效手段之一.     

不同侧压巷道塑性区变异性特征模拟分析

侧压系数λ对巷道围岩稳定影响较大,在不同侧压系数作用下开挖巷道围岩的破坏区形态和范围均不同。应用数值模拟方法,分析了不同侧压系数条件下埋深分别为400 m和800m圆形巷道塑性区分布特征,并提出了相应的巷道支护对策。结果表明:λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;λ>1时,巷道围岩塑性区为竖椭圆形;λ<1时,巷道围岩塑性区为横椭圆形;λ>1时巷道支护应以控制顶底板为主,λ<1时巷道支护应以控制两帮为主;相同侧压时埋深越大巷道围岩塑性区范围越大,但增长幅度与埋深呈非线性关系。     

不同赋存条件巷道围岩力学特征数值模拟研究

为掌握巷道围岩力学特征,以淮南谢一矿513(3)工作面回采巷道的地质条件为背景,采用FLAC3D对不同埋深、不同倾角的巷道进行了数值模拟研究。结果表明:随着埋深的增加,巷道围岩水平位移、垂直位移、水平应力、垂直应力呈非线性增加趋势,并且随着埋深的增加,巷道围岩塑性区逐渐增加;岩层倾角变化对巷道水平位移、水平应力影响较大,对竖直位移、垂直应力影响不大,巷道围岩破坏范围随着岩层倾角的增加逐渐增大,可为安全生产提供指导。     

三软煤层巷道围岩变形机理及支护优化技术研究

为了解决15101工作面三软煤层巷道围岩变形破坏的问题,在确定巷道顶底板环境的基础上,对三软煤层巷道围岩侧向支承应力分布及变形机理进行了分析。研究表明:三软煤层巷道侧向应力呈现出应力峰值位置远离煤壁、应力最大值降低、侧向支承应力影响范围扩大等特点,巷道发生变形主要是由于力源集中区应力传递导致帮部剪切滑移破坏和底板挤压夹持破坏;建立了巷道围岩受力力学模型,理论分析了巷道围岩在横向变形和纵向变形的应力表达式,得出巷道变形受到巷道支护强度、底板支承能力、煤体应力传递衰减系数和底板剪切滑移等因素的影响。最后,提出了"控制顶板、加固两帮、强化底板和固定滑移"的巷道围岩控制原则,采取"长预应力锚索+帮部加密锚杆+底板注浆"的综合支护方式对巷道围岩进行了支护优化设计,确保了三软煤层巷道的安全稳定。     

两帮加固对控制深部巷道顶底板变形机理研究

通过数值计算,模拟了支护与注浆加固两帮后巷道的顶底板围岩稳定性。模拟结果表明,对巷帮加固处理后围岩顶底板变形量减小,承载能力增强,巷道围岩水平应力增大,顶底板破碎区与塑性区范围缩小。从而得出巷道两帮的加固有利于巷道顶底板围岩的稳定性。     

埋深及断面形状对巷道围岩应力及位移分布规律的影响

利用FLAC~(3d)模拟软件对3种埋深条件和3种巷道断面形状的围岩应力、位移分布规律进行了模拟分析,得出结论如下:随埋深加大,巷道周围整体压力增大,位移量增加;圆形巷道卸压区最小,最有利于巷道支护,而矩形巷道出现拉应力,最容易破坏,半圆拱形巷道底板较容易破坏;围岩位移量大小在两帮和顶底板都是矩形半圆拱形圆形巷道。     

不同地应力环境下巷道破坏变形特征数值模拟研究

利用坐标转换法将原岩应力转换为巷道轴向为基准的应力分量,通过调整转换后的应力分量,实现原岩应力方向的变化,并以此结合利用有限差分计算软件FLAC~(3D)分析原岩应力大小与方向对巷道围岩破坏变形的影响。研究得出,随着侧压系数增大,巷道破坏变形由顶底板为主向两帮为主过渡,当侧压系数为1时,巷道顶底板及两帮的破坏变形程度相近。当巷道轴向与水平最大主应力呈角度相交时,巷道两帮围岩破坏变形呈不对称分布,且当相交角在0°～15°或75°～90°时巷道围岩的不对称破坏变形程度最低,相交角为45°时最大。     

王庄煤矿大断面巷道的破坏特征及模拟分析

基于王庄煤矿6207工作面地质概况,分析了大断面巷道围岩的主要破坏特征,模拟了同一宽度不同高度巷道的变形破坏规律,结果表明:随着巷道高度的增加,巷道顶角处塑性区范围逐渐减小,巷道底板的塑性区分布范围没有明显的变化,而巷道两帮的塑性区范围在逐渐增大;巷道顶板位移的变化趋势是先增大后减少,巷道底板的位移基本上没有大的变化,巷道两帮的位移逐渐增大,并且高度超过3 m后围岩位移变化趋势明显加剧。     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

深部巷道围岩变形破坏机理数值模拟研究

针对深部复杂地质条件回采巷道围岩与支护结构变形破坏较严重的难题,山东七五生建煤矿3上煤层深部回采巷道为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件,建立数值模型,对不同埋深条件下的巷道围岩塑性区及应力分布状态做了数值模拟分析,阐述了深部巷道围岩变形破坏机理.结果表明:随着埋深的增加,巷道围岩垂直应力及水平应力均有显著增加,且...