深部挤压性软岩巷道围岩稳定性控制对策

淮南潘一东煤矿-848 m主胶带机大巷为典型的深部高地应力挤压性软岩巷道,现场调研、FLAC3D数值仿真计算、挤压变形等级评定均表明该巷道开挖后围岩产生了非常严重的挤压大变形,主要表现为变形量大、变形速率高、收敛速率小、变形时效特性显著,巷道稳定性控制非常困难。并分析了挤压变形的主要影响因素包括地应力、岩性、巷道群扰动、底板失稳等。针对主胶带机巷挤压大变形特征,基于深部岩巷围岩稳定性控制理论及"分步联合支护"理论制定了控制围岩挤压变形的支护方案,通过数值模拟和现场监测验证了该支护方案的效果,结果均表明采取该支护方案后围岩变形速率显著降低,并在较短时间内变形趋于收敛稳定,支护方案支护效果良好,能够有效的控制围岩挤压大变形。     

巷道变形观测与顶帮注浆预加固控制探讨

在地下采掘过程中必然要开挖许多巷道及采掘面,从而破坏了岩体原始应力的平衡状态,引起岩体内部应力重新分布,直至围岩重新形成新的平衡状态为止,而现在施工过程中往往会采用锚网、锚索、U型支架支护材料对围岩进行主动支护来控制及调整围岩的应力分布,达到平衡的状态,在长期的施工中,该支护仍解决了部分巷道开挖后对围岩的稳控,但同样存在部分巷道掘进后,经过锚网支护仍出现巷道变形而造成巷道重新扩刷及修复的难度,本文通过在巷道主动锚网支护后,预先对巷道顶帮浅、深层围岩进行不同程度的注浆,有效控制巷道围岩变形情况。     

基于约束收敛法的Hoek-Brown岩体巷道大变形分析

轴对称圆形巷道的弹塑性理论分析是深部软岩巷道施工过程的基础问题和重要问题。基于约束收敛法、有限变形次弹塑性理论、Hoek-Brown破坏准则、应变软化本构模型等基本理论,开展了深埋软弱围岩圆形巷道开挖诱致挤压大变形现象的基础研究。在相关大变形研究的基础上,以巷道开挖后围岩脆塑性解析解来表征岩体应变软化区划分圆环岩体响应解析解的方法,简述Hoek-Brown岩体深埋软岩巷道围岩各分区应力与变形解析解求解思路。通过现场监测数据和不同力学模型的计算结果分别进行模型有效性对比验证,并对m、s、a等岩体强度相关参数进行了影响分析。基于大变形和小变形理论下围岩特征曲线差别,提出软弱破碎岩体的支护建议,为深部不利赋存条件下软弱围岩支护工程设计提供理论分析手段和指导。     

TBM围岩挤压大变形特性分析与等级划分

为了预测评价TBM穿越深部软弱地层时围岩挤压大变形,分析了TBM开挖卸荷围岩挤压大变形力学特性。将TBM围岩挤压大变形定义为TBM开挖后变形速率大、变形量达到TBM扩挖预留的围岩与护盾间的变形间隙,同时收敛速度慢,变形时效性显著的一种变形。指出当围岩挤压变形与开挖半径间的比值大于等于1%且挤压变形与扩挖间隙的比值大于等于1时便产生挤压大变形,并根据这2个指标将TBM围岩挤压变形划分为无挤压变形、轻微挤压变形、中等挤压变形、严重挤压变形和非常严重挤压变形5个等级。     

深层软岩中硐室导巷大变形规律的数值模拟及应用

通过采用FLAC3D有限差分程序并结合现场实测的方法,对深层软岩硐室导巷法施工与支护技术进行了动态模拟与对比研究.系统分析了围岩应力应变分布受导硐影响的变化规律;硐室施工过程围岩与支护体共同作用下的变形规律.在此基础上,确定了硐室开挖、支护的合理参数.对于硐室导巷法施工,可以使围岩在原岩应力作用下充分产生流动变形,释放部分地应力;充分利用围岩自身的承载能力, 使地应力重新分布达到新的应力平衡状态,使地压力得到有效释放与控制,有利于永久支护.再次刷大处理时, 由于刷大的是围岩松动圈外圈的低应力松散带,避免了扰动深部围岩, 能有效控制巷道变形.     

大断面巷道交叉点围岩变形监测及分析

基于煤矿大断面巷道交叉点施工过程中,岩体应力复杂,围岩变形大,给安全生产带来隐患。采用现场布设监测仪器的方法,对掘进过程及支护阶段的围岩变形进行监测,通过对比来分析交叉点处围岩变形规律。结果显示围岩的变形符合三个阶段的变化规律,交叉点处围岩开挖后13d里变形速率较快,总体达到稳定的时间较长收敛量大,容易受到扰动影响。提出在交叉点施工应加强一次支护的强度,合理选择二次支护的时间,同时加强围岩变形观测的观点。     

基于开挖面空间效应的巷道围岩支护时机分析

基于开挖面空间效应理论,对圆形巷道开挖面空间效应进行了分析,研究了煤巷锚杆支护结构的支护特性,并讨论了不同巷道半径及掘进速度情况下巷道围岩释放载荷和支护结构支护压力的变化特点,从而为选择合适的支护时机提供理论基础。结果表明:巷道半径对围岩释放载荷的影响较小,围岩释放载荷随开挖时间的增加均呈现先快速增加后缓慢增加然后基本不变的变化趋势。巷道掘进速度对巷道围岩释放载荷影响较大,随着掘进速度的增大,围岩载荷释放较快,支护时间也相应提前。巷道半径越大巷道围岩假想支护压力随时间变化越平缓;随着巷道掘进速度的增大,巷道围岩假想的径向支护压力迅速减小,支护结构支护压力临界点所对应的开挖时间越短。     

不良地层竖井工程变形分析与返修支护设计

根据某矿山不良围岩的主井工程变形破坏特征,分析了该工程变形破坏的主要影响因素,在此基础上,进行了不同支护方案的井筒变形分析和稳定性研究,提出了释放位移的让压支护施工工艺,并通过数值模拟,建立了不同支护条件井筒收敛变形和工程稳定性与支护参数的关系,明确了最大允许释放位移量.根据理论分析和数值模拟确定了主井返修支护方案,并进行返修试验段试验.返修主井工程的变形监测和强度计算结果表明:主井返修支护方案是比较合理和安全可靠的,并在主井的返修施工中得以采用.目前,主井返修施工已经全部完成,工程基本处于稳定状态.     

南方复杂条件下的薄煤层开采巷道围岩支护问题及对策

针对复杂地质条件下南方薄煤层开采巷道出现的大变形与控制等问题,开展了一系列现场调查、理论分析和试验等研究。首先,分析了南方煤层地质条件、巷道变形特点和支护中存在的突出问题,同时进行了大量巷道变形的现场调研;然后,研究了薄煤层巷道变形破坏的影响因素和作用机理,主要体现在泥质岩类的物化膨胀与裂隙扩容、半煤岩巷道接触面滑移、水平构造应力挤压、工程扰动偏应力影响和高瓦斯孔隙压力弱化作用等;最后,阐明了复杂条件下薄煤层开采巷道的控制原理,强调应重视发挥巷道深部稳定岩体的承载能力,增强巷道围岩侧向支护作用,实现高阻让压和改善巷道围岩的整体力学强度等。提出了高强度自动让压桁架锚索支护系统和叠加拱“长、短”密集锚索支护技术,并分别进行了软弱半煤岩巷道的返修控制和松散煤岩体巷道支护技术的现场试验研究。监测表明,支护后的巷道围岩变形量都在可控范围之内,满足生产要求。     

采矿巷道的开挖变形及支护效果研究

对某铁矿采区水平巷道建立有限元模型,模拟了巷道开挖后围岩应力、应变变化状况,分析了围岩变形机理,并使用收敛观测法监测采区水平巷道开挖后的周边位移变化情况,验证巷道变形机理的数值模拟结论.最后对支护效果进行了模拟,并以此为依据对支护参数设计提出了优化建议.     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

淮南深部巷道挤压变形及其控制对策

为了研究高地应力软岩巷道挤压变形及其控制对策,根据实测地应力值和围岩力学参数,分别从基于Hoek-Brown准则的解析计算和有限元数值计算进行了围岩稳定性分析,计算结果显示巷道变形失稳严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合;此外,根据Hoek挤压变形等级曲线判定该巷道围岩变形为非常严重的挤压变形。基于深部巷道围岩稳定性控制理论和"分步联合支护"理论制定了控制围岩挤压变形的支护方案,通过有限元数值软件计算和现场监测验证了该支护方案的效果,结果表明所提出的支护方案能够有效的控制围岩挤压变形。     

煤矿超千米深部全断面岩石巷道掘进机的提出及关键岩石力学问题

为解决超千米深井巷道建设面临的严峻挑战,通过对现有的巷道掘进、支护技术与全断面岩石隧道掘进机(TBM)技术对比分析,结果表明：全断面岩石隧道掘进机优势明显,且满足超千米深井巷道建设的需求,现代化大型矿井也具备引入全断面掘进机的条件,将TBM引入超千米深井巷道建设,在解决所涉及的关键岩石力学和机械制造问题后加以改进,称之为全断面岩石巷道掘进机（RBM--Full Face Roadway Boring Machine）。由于煤矿深部巷道的建设环境与隧洞建设环境存在显著差异,RBM施工将面临两大关键问题--卡盾和刀盘破岩问题。为了揭示RBM卡盾机理,指出了其关键岩石力学问题,包括超千米深井巷道RBM开挖卸荷路径下围岩挤压大变形机理,护盾周围围岩挤压变形分布规律,围岩-护盾-支护相互作用机理,卡盾判据,卡盾防治理论及方法。     

断层带软弱围岩变形特征及支护优化研究

断层附近软弱围岩变形特征的研究对于巷道支护优化和防止围岩大变形具有重要意义。本文以河南城郊煤矿为工程背景,对二水平西翼轨道大巷在掘进过程中断层带围岩表面位移、顶板离层、围岩松动圈分布进行了现场监测。结果表明:在巷道掘进卸压作用持续影响下,断层构造应力逐渐减弱,巷道变形速度随着掘进面的推进先增大后减小,断层带内巷道变形的主要作用力来自断层构造应力;深部围岩受断层构造的影响较大,裂隙较为发育,顶板处于不稳定状态,浅部围岩由于巷道开掘卸压离层量较小。断层附近松动圈受断层构造作用较大,围岩顶板出现大松动圈。本文结合地质条件和现场监测结果提出了U形钢与锚网索相互配合的支护优化方案。     

基于TBM巷道开挖卡机风险分析的围岩分类

 本文试图将TBM引入深部巷道建设。由于深部巷道围岩高应力与低强度的矛盾突出，开挖后围岩易产生挤压大变形，TBM极易发生卡机事故。围岩分类是一种快速、便捷的卡机风险分析途径，可方便工程师们快速预测、判断卡机状态，减少损失。在煤矿深部巷道围岩分类的基础上，借鉴QTBM模型的经验，考虑影响卡机的挤压变形的相关参数，选取岩石的单轴抗压强度Rc、强度应力比、岩体完整性、岩石硬度四个指标，将TBM掘进条件下的深部巷道围岩划分为Ⅰ（好）、Ⅱ（较好）、Ⅲ（差）、Ⅳ（极差）四个类别，对每个类别均进行了岩体质量描述和岩种举例。最后建立围岩类别、挤压变形级别和卡机风险对照关系表，据此可定性预测TBM卡机风险。     

软弱破碎巷道围岩深浅承载结构力学分析及数值模拟

巷道围岩-支护相互作用体系中围岩承载区是围岩应力的主要承载体,控制围岩承载区域的稳定对巷道围岩的稳定具有积极作用。针对软弱破碎巷道围岩工程地质特性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对巷道围岩承载结构进行研究。考虑巷道开挖后岩体强度、应力和变形特征,建立了软弱破碎围岩巷道的理论计算模型,得到了围岩的应力场、位移场和塑性破坏区范围的解析解;考虑岩石峰后强度软化、剪胀扩容效应、原岩应力和支护阻力等因素的影响,在空间上将巷道围岩承载结构划分为"浅支撑层"和"深支撑层",同时在深支撑层内,存在一个高应力区域,承担了围岩的大部分荷载,对深支撑层的承载能力与稳定起着关键作用,称其为"关键支撑层"。通过算例分析了围岩残余强度和支护作用对深浅支撑层结构演化特征和巷道变形的影响。采用FLAC3D程序对深浅支撑层结构演化特征及巷道变形进行了数值模拟。研究结果表明:围岩的残余强度越大,深浅支撑层结构在空间上表现的越明显;剪胀扩容效应发生在深支撑层中的软化区内,但其最终导致浅支撑层发生变形;随着原岩应力的增大,巷道围岩深浅支撑层的厚度均不同程度的扩大。     

煤矿井下巷道矿压显现规律及控制研究

井下巷道开挖以后,围岩应力重新分布,并伴随围岩变形破坏,造成巷道损坏。运用理论分析、现场实测、实验模拟、数值计算等方法对巷道围岩因采掘等开挖工序引起的应力场段位移场的改变规律进行了系统的研究,取得了一定的结论,为有效进行回采巷道围岩控制奠定了理论基础。     

大倾角特厚复合顶板巷道支护稳定性分析

针对大倾角特厚复合顶板煤层倾角大、围岩强度低、层间黏结力弱且易离层等特点,结合永宁煤业4105工作面顺槽巷道实例,采用FLAC^3D数值模拟软件,模拟了不同断面形状与支护参数巷道围岩塑性区分布规律和围岩应力分布、变形等特征。研究结果表明,直墙拱形断面巷道可改善围岩的应力状态,减小围岩塑性区破坏范围,降低围岩的变形量,更加适合大倾角特厚复合顶板巷道的开挖支护。     

贯通节理砂岩峰后变形试验研究及其在隧道支护中的应用

深部资源开发中地下硐室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,但目前对峰值强度后的变形特征和强度特性研究不足,认识不充分,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机对不同围压贯穿裂隙圆柱体标准试件进行常规三轴压缩试验,分析裂隙岩体在不同围压下裂隙岩体的峰后强度和变形特性。试验结果表明:裂隙试件的峰值强度,残余强度和峰值应变基本上是随着围压的增大而增大;围压越小,裂隙岩石峰后扩容现象越明显,岩石扩容随围压增大而减小,且岩石可塑性和围压共同影响岩石扩容。结合试验结果分析发现将峰后非连续体变形控制在残余强度的初始阶段,能以相对较低的支护阻力有效控制过高的破裂膨胀变形发生,保证隧道围岩的稳定。     

建筑物下软岩巷道建设过程中的支护载荷问题研究

在软岩巷道建设过程中,软岩巷道失稳是影响建设安全的重要问题。通过分析巷道围岩与巷道支护之间的相互作用,经过力学计算,得出软岩巷道失稳的主要原因。经过理论分析与实例论证,软岩巷道的正确支护的设计前提是建立稳定的支护,在稳定的支护作用下使周围围岩的积蓄能可以最大限度地释放,另外,使以变形形式转换的工程力达到最大值,这样巷道围岩的自承力也能趋近于最大值,这时巷道的支护力可以趋近于最小值。