煤巷围岩应力分布特征及帮部破坏机理研究

为探究煤巷开挖围岩应力分布特征,并基于此分析巷帮破坏机制及其影响因素,采用数值试验研究手段分析了煤巷开挖围岩垂直与水平应力分布规律及巷帮高度的影响,围岩应力变化全过程;构建了开挖卸荷应力路径下巷帮破坏机制理论模型,将受卸荷应力作用的巷帮煤体分为破裂区、塑性区及弹性区,推导了巷帮煤体破裂区及塑性区应力、破裂区宽度、非弹性区范围及水平位移的解析表达式。研究结果表明:开挖将导致巷帮一定范围内煤体所受垂直应力增加,水平应力不断降低,二者之间差值不断加大,围岩逐渐由三向受压变为只有两向受压,应力平衡状态被打破,变形破坏将会发生;应用高预应力强力锚杆支护后,能够在巷道围岩内部产生一定范围压应力场,巷帮煤体又逐渐恢复到三向受压状态。经工程实例验证可知,在一定范围内提高支护强度,能够降低巷帮变形破坏程度,但影响逐渐减弱。     

煤矿大断面托顶煤巷道围岩变形破坏机理

为了解决煤矿大断面托顶煤巷道支护难题,借助理论分析、数值模拟等方法对王庄煤矿7105工作面运输巷围岩变形破坏机制进行研究,分析了不同巷道断面、顶煤厚度在无支护时的围岩塑性区、位移场、应力场的演化规律。结果表明,顶煤厚度对大断面托顶煤巷道的稳定性影响重大,顶板下沉量随顶煤厚度增加而变大;随着巷道断面的扩大,围岩塑性区相应增加,两帮和顶板变化较大,底板无明显变化;适当减小顶煤厚度,即增大巷道高度,可有效控制巷道顶板变形,但应对巷道两帮加强支护;若巷道宽度,即跨度增大,顶板的位移量增加,应补打锚索加强顶板支护。监测结果显示,基于此结论设计的支护方案能有效地控制围岩变形。     

复杂应力条件下的围岩应力分布演化规律及围岩破坏原因分析

对于受多次采动影响的巷道,围岩破碎范围广,变形大,支护难,这也一直是煤矿生产中亟待解决的问题之一。该文针对山西沁和能源集团永安煤矿材料下山生产地质条件,通过FLAC3D数值模拟研究分析了材料下山在掘巷后、受一次采动、二次采动后围岩应力分布演化规律,并对围岩变形破坏原因分析进行了总结。     

全煤巷道围岩破坏规律数值模拟与工程应用

针对深埋矿井全煤巷道开挖后围岩松散破碎、变形大且难以稳定的特点,运用FLAC~(3D)数值模拟软件对巷道不同煤层厚度下的围岩变形破坏规律进行了研究。结合小庄煤矿202工作面回采地质条件,提出以"锚杆一次柔性支护,高强度锚索二次加强支护"为原则的支护方案。由巷道变形监测数据可知,围岩变形量大幅降低,支护体系与围岩耦合良好。     

大倾角煤层多重扰动煤巷围岩应力分布规律

基于山西大远煤业有限公司1202工作面运输平巷大倾角煤层赋存条件,采用理论分析和数值仿真的综合研究方法,研究巷道在采空区侧向支承压力与超前支承压力叠加作用下的应力分布规律,并基于应力分析结果,提出合理的区段煤柱宽度。研究显示：在叠加压力作用强烈影响下,巷道围岩应力呈非对称分布特征,帮部集中应力与煤层底板侧向支承压力峰值影响范围贯通;侧向支承压力成为导致工作面超前支承压力非对称分布的主要因素,两者产生强烈应力叠加效应,形成典型多重扰动叠加应力环境;从减小巷道围岩应力非对称程度出发,并考虑煤柱与顶板和底板岩层的滑移破坏,建议山西大远煤业有限公司大倾角煤层区段煤柱宽度取值范围为6-12 m。     

特厚煤层煤巷围岩松动破坏规律

以陕西彬长矿区4#煤层巷道为研究背景,采用现场的工业实践的方法,通过回采工作面和掘进工作面进行松动圈探测,确定采动和掘进过程影响下,巷道两帮的松动圈范围。以此为基础对煤体内部结构进行分析,判断煤体内部破坏情况,同时为确定两帮锚杆支护长度的设计提供依据,也是煤层巷道围岩稳定性的评价的重要依据。     

深部采场工作面围岩应力分布规律及围岩破坏范围研究

采场工作面地压显现规律分析和围岩稳定性控制是深部开采的研究热点。为研究工作面围岩应力分布规律以及工作面围岩破坏范围,基于断裂力学理论,将深部煤层开采工作面从开切眼推进一段距离时的采空区长度视为无限大岩体垂直剖面内一条裂纹,利用无限大薄板中裂纹周边受力分析方法对深部采场工作面围岩应力分布进行研究,得到了任意倾角煤层开采后工作面附近应力分布函数表达式,通过应力函数图像展现了煤层开采后应力变化规律。3个实际案例对比分析,得到应力理论计算结果与实测结果的最大相对误差为12.24%,且应力变化规律与实测结果吻合。最后通过岩石莫尔—库伦破坏准则得到了工作面边缘破坏距离的函数表达式以及采场底板破坏深度的函数表达式,并且编程试算了工作面前方围岩的最大破坏距离。研究结果表明:深部工作面围岩应力不是线性变化而是呈波动性变化;在一定条件下,深部采场工作面正前方围岩破坏距离与围岩内摩擦角、内聚力成反比,与煤层开采宽度及埋深成正比。研究结果可为地下深部工程设计提供应力及围岩破坏范围的初步估算,对深部卸压开采以及采场围岩控制提供理论指导具有重要意义。     

大断面煤巷变形破坏规律及控制技术

采用理论分析、FLAC3D数值计算和工程实践等方法,研究分析巷道宽度对巷道围岩变形、塑性区及应力分布的影响规律,提出了巷道临界宽度判定指标：巷道顶板拉破坏深度为1.5 m,顶板拉破坏深度大于1.5 m的巷道维护困难。并提出了超过临界宽度的巷道支护技术为：及时支护、高强高预紧力锚杆、锚索支护和高初撑力的临时支护。研究成果成功应用于王庄煤矿6207综放工作面运输巷。     

采场围岩应力分布特征及塑性破坏规律研究

文章采用FLAC3D数值软件分析了采动影响下围岩应力、塑性破坏区分布规律,得出工作面前方17 m处为支承压力最大值,老顶初次来压步距32 m,周期来压步距12 m;煤体强度是随时间、空间变化的动态值,支承应力最大值点不是弹塑性区分界点的结论。     

水平应力对巷道围岩变形破坏影响规律研究

通过数值模拟试验,研究了在无支护条件下、不同水平应力作用下的巷道围岩变形破坏规律和特征。结果表明:随着水平应力的升高,巷道两侧应力值也随之增大,应力峰值呈现远离煤壁的趋势,巷道主应力值和范围随之增加,塑性区范围在垂直方向呈递增趋势,在水平方向则变化不大,但是巷道围岩塑性区范围有明显增大的趋势。     

煤巷围岩变形破坏机制模型试验研究及工程应用

为研究煤巷围岩变形破坏机制,将汾西矿区煤巷作为原型进行物理相似模型试验研究。阐述了试验设计,改进了平面模型实验台,通过配比试验确定了煤岩层的相似材料,建立煤巷物理相似模型,研究煤巷在无支护状态下围岩应力分布规律、位移和变形破坏特征,分析煤巷变形破坏机制以论证煤巷强帮强角支护技术,并进行了工程实践应用。研究结果表明:煤巷破坏源于帮部和角部,帮部、角部与顶板相互加剧破坏,导致煤巷失稳。相对位移是反映围岩破坏程度的关键指标,帮部相对位移远大于顶板。煤巷帮部破坏最严重,属于局部垮落破坏,垮落深高比为0.29;顶板破坏属于整体下沉破坏,在角部2条主裂纹作用下有冒落趋势;角部属于裂纹破坏形式,贯通后会跟随帮部或顶板垮落。可见,控制煤巷帮部和角部变形破坏,提高其支护强度,是保证煤巷围岩稳定性的关键,论证了煤巷强帮强角支护技术。工程监测表明,强帮强角支护技术具有良好的适用性。     

煤巷围岩变形破坏机理及整体锚固理论研究

巷道围岩变形破坏机理不仅涉及到巷道的正常使用和维护,而且关系到劳动作业人员和机械设备的安全。本文通过对煤巷坏机理及整体锚固理论进行分析,得出为确保煤巷稳固,须经围岩提供一个约约束环境和尽可能将主动支护力最大限度地向深处扩散传递。     

过断层掘进煤巷围岩破坏规律研究

以新集二矿-750 m水平过F10断层掘进煤巷为例,利用数值模拟软件对掘进过程中围岩的破坏特征进行研究。结果表明:煤巷过断层时,断层容易发生活化,且煤巷掘进对下盘围岩的影响程度大于上盘,应当着重注意断层下盘围岩的支护加固。     

煤巷复合顶板变形破坏规律分析

基于现场实测巷道顶板变形规律提出了一个更为切合实际的煤巷复合顶板的概念。基于煤巷复合顶板破坏前及破坏的临界状态各岩层的变形曲率相同条件下,将顶板所受的荷载分配到各岩层中,进而分析复合顶板各岩层的受力状态。根据复合顶板的受力特征及其变形破坏规律,一般认为,复合顶板中软弱夹层因其自身强度低、厚度薄,巷道开挖后先将破坏,降低了顶板的整体刚度,使顶板结构弱化,从而产生较大的二次变形,随着顶板中的其他岩层应力变化,若顶板能够承受围岩荷载,则经应力变化顶板变形趋于稳定;若顶板不能够承受围岩荷载,则经应力变化顶板剧烈变形并失稳,提出了复合顶板有经过结构承载调整—结构刚度弱化—结构失稳的变形破坏规律。     

一面三巷煤柱应力分布及留巷围岩变形规律

为掌握一面三巷煤柱应力分布及留巷围岩变形规律,以泊江海子矿113101泄水巷及泄水巷和113101带式输送机巷之间联络巷为工程背景,采用GYW25围岩应力传感器及"十字"布点法,监测工作面回采前后煤柱应力分布及泄水巷围岩变形规律。结果表明,煤柱应力沿工作面推进方向可分为应力影响区、应力剧烈变化区、应力缓慢变化区及应力稳定区;煤柱应力稳定后沿侧向可分为低应力区和高应力区,应力峰值为29 MPa,距113101带式输送机巷16 m、距113101泄水巷9 m,应力峰值偏向泄水巷侧;泄水巷受本工作面采动影响主要为滞后影响,其中变形剧烈影响区为工作面采后0～450 m区段,750 m后巷道围岩变形基本趋于稳定,研究成果为类似条件煤柱尺寸留设及留巷围岩加固设计提供了实测依据。     

煤巷复合顶板变形破坏规律及稳定性研究

根据煤巷复合顶板变形破坏规律,对复合顶板进行稳定性分析,结果表明:①在结构承载调整阶段,巷道开挖后,会产生少量弹性变形,但不会立刻发生失稳破坏;②结构刚度软化的实质,是顶板中的软弱夹层受围岩应力作用,产生拉伸或压缩裂缝,并持续扩展;③在应力调整阶段,当纵向均布荷载超过临界值后,顶板岩层将会产生溃屈破坏;④在巷道支护设计中,采取有效措施,增强巷道整体刚度,就能保证安全。     

大断面动压煤巷变形破坏规律及控制技术

针对麻家梁煤矿大断面煤巷受相邻工作面动压影响变形破坏严重的问题,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了不同巷道宽度围岩变形规律、应力和塑性区分布规律,提出了围岩协同控制技术。     

深竖井围岩变形破坏规律及控制技术

随着浅部资源消耗殆尽,越来越多的矿山逐渐步入深采阶段,同时,深部围岩控制问题逐渐突显,亟需开展深井围岩控制技术研究,为深井开采地压控制提供理论和技术支撑。以某深竖井工程实际情况为 工程背景,运用FLAC3D数值分析软件,开展了不同地应力条件下竖井围岩变形破坏数值分析研究。在此基础上,通过高应力竖井围岩控制技术优选,开展了不同卸压孔布置条件下高应力围岩钻孔卸压技术研究,并进 行了现场试验。结果表明：随着原岩水平主应力差的增加,竖井围岩中塑性区范围逐渐扩大,首先向最小主应力方向发展,逐渐呈现为“X”形塑性区;在剪切塑性区范围外的最大水平主应力方向施工卸压钻孔,能将 围岩应力峰值向深部转移,降低井壁及围岩的收敛位移。通过工程应用,井壁位移总量小于2 mm,位移速率远小于预警阈值,井壁处于健康状态,并存有一定的安全余量。研究反映出,所采用的柔性初支+现浇混凝土 井壁支护配合钻孔卸压技术能有效保障高应力条件下井壁的安全性和稳定性,应用效果较好。     

深竖井围岩变形破坏规律及控制技术

随着浅部资源消耗殆尽,越来越多的矿山逐渐步入深采阶段,同时,深部围岩控制问题逐渐突显,亟需开展深井围岩控制技术研究,为深井开采地压控制提供理论和技术支撑。以某深竖井工程实际情况为 工程背景,运用FLAC3D数值分析软件,开展了不同地应力条件下竖井围岩变形破坏数值分析研究。在此基础上,通过高应力竖井围岩控制技术优选,开展了不同卸压孔布置条件下高应力围岩钻孔卸压技术研究,并进 行了现场试验。结果表明：随着原岩水平主应力差的增加,竖井围岩中塑性区范围逐渐扩大,首先向最小主应力方向发展,逐渐呈现为“X”形塑性区;在剪切塑性区范围外的最大水平主应力方向施工卸压钻孔,能将 围岩应力峰值向深部转移,降低井壁及围岩的收敛位移。通过工程应用,井壁位移总量小于2 mm,位移速率远小于预警阈值,井壁处于健康状态,并存有一定的安全余量。研究反映出,所采用的柔性初支+现浇混凝土 井壁支护配合钻孔卸压技术能有效保障高应力条件下井壁的安全性和稳定性,应用效果较好。     

深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律研究

针对深部大断面硐室围岩变形机理复杂的难题,以葛亭煤矿230采区扩容泵房的地质条件为背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了采动过程中深部大断面硐室围岩应力演化及变形破坏规律。研究表明:硐室开挖后水平应力主要集中在巷道的顶底板部位,而在拱角和巷帮位置处垂直应力集中现象比较明显;在掘进面后方,巷帮处的水平应力及顶底板处的垂直应力逐步向硐室方向释放,且随着时间的增加,降低的程度及范围进一步加大,但降低梯度逐渐变缓最后趋于稳定。