蠕变巷道黏弹性参数实验研究

山东黄金盛大铁矿一采区-140 m水平采场进路开挖后,部分巷道围岩随时间推移持续向内收缩,显现出蠕变特性,对正常生产造成一定隐患。由于具有蠕变特性的岩体经开挖后应力释放,样块送至实验室后获取的实验数据不能很好地反映其真实特性,所以,为探明巷道围岩变形机理,在一采区中段采场进路巷道进行现场原位实验,利用测试数据曲线选取合适的蠕变模型,根据黏弹性蠕变位移公式,借助origin分析推导出模型所需要的参数。结果显示,围岩属稳定蠕变,参数具有一定价值,为采场进路巷道围岩蠕变的预测分析奠定了基础。     

龙首矿西二采区回采巷道围岩松动圈现场测试分析研究

龙首矿西二采区计划在1 595m水平开展无底柱分段崩落法工业试验,并已完成了试验采场的部分采切工程,回采进路的稳定性将直接影响到该采矿方法的试验效果。分析进路围岩松动圈的分布规律并对其实际范围进行测定,对于设计和优化进路的支护方式、支护参数有着重要的指导意义。采用不连续变形分析(DDA)方法对西二采区崩落法试验采场回采进路围岩松动圈分布规律进行了模拟研究,模拟结果表明在西二采区地质条件下,回采进路顶部的围岩松动圈范围要大于进路两帮松动圈范围。在此基础上,利用RSM-SY5型超声仪对回采进路松动圈范围进行了声波测试,测试结果表明1 595m水平回采进路的松动圈范围大约在1.3～1.8m,且进路顶部的松动圈实测范围要大于进路两帮松动圈实测范围。数值模拟研究及现场测试的结果为矿山巷道支护设计及优化提供了参考依据。     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。     

软岩巷道二次合理支护时间的确定

针对软岩巷道围岩破坏性强、难支护的特性,提出了软岩巷道二次合理支护时间的确定方法,用于指导工程实践。从岩石应力-应变关系、蠕变过程、长期强度和能量耗散的角度进行软岩巷道的流变破坏机理分析。采用圆形断面巷道及西原模型,结合弹性力学基本解与西原模型本构关系,引入损伤变量,应用拉普拉斯变换及逆变换,并求导得到围岩变形速率方程。通过蠕变试验结合最小二乘法拟合或者位移反分析法求出蠕变参数,进而确定软岩巷道围岩二次合理支护时间,对于地下支护理论设计具有一定的指导意义。     

基于塑性扩张的岩石变参数蠕变损伤模型与工程应用

为研究岩石蠕变损伤过程与围岩塑性区扩展之间的内在联系,建立基于塑性扩张的变参数蠕变损伤模型(BNMC模型),该模型认为岩石塑性屈服面随蠕变时间动态变化,在σ-τ空间内,强度包络线随蠕变时间的增加而逐渐内移。采用线性插值法对该模型各蠕变参数进行处理,获得任意连续偏应力水平对应的蠕变模型参数,从而实现BNMC模型的数值化。采用该模型对金川二矿区-1 098 m水平中段下盘运输巷的蠕变变形进行数值模拟,对比研究未支护裸巷和喷锚支护巷道的蠕变变形规律。研究发现,未支护裸巷围岩塑性区边界不是一成不变的,而是随时间的发展,塑性区边界逐渐向外扩张,围岩承载力逐渐下降,从而导致围岩加速蠕变显现,巷道蠕变失稳;通过对喷锚支护巷道的蠕变数值模拟结果和多点位移计实测结果的对比,发现数值模拟曲线与实测曲线在走势上基本吻合,但在量值上实测蠕变位移值要略大于数值模拟结果;由于支护与围岩的相互作用,支护在一定程度上改变了围岩的偏应力状态和位移,阻止了围岩塑性区边界扩张,喷锚支护巷道在0~200 d的蠕变计算时段内,未呈现出加速蠕变性态。     

重复采动影响下巷道围岩变形规律及其稳定控制技术

为解决米村煤矿-150m泵房受上覆两侧煤柱工作面重复采动影响而产生的支护困难问题,基于FLAC2D数值模拟和现场实测,分析巷道围岩变形规律,提出了锚索加厚增稳围岩控制技术,并进行了现场工业性试验。研究结果表明:在上覆两侧工作面重复采动影响下,底板巷道围岩应力场和位移场表现出明显的非对称性,顶底围岩移近量大于两帮,右帮大于左帮,且巷道两帮深部围岩位移对上覆两侧采空区整体位移场表现出一定的敏感性;采用锚索加厚增稳技术可以充分发挥深部围岩的承载能力,突出围岩-支护承载拱结构的"厚而稳"特性,能够有效控制重复采动影响下巷道的非对称变形。     

深部特厚煤层对采对掘巷道围岩综合应力场演化研究

深部特厚煤层对采对掘巷道受高应力及多次强烈采动影响,应力环境复杂,围岩控制难度大,井下综合应力场演化对于巷道支护方式及参数的确定有益。以麻家梁煤矿14103辅运副巷为工程背景,采用井下实测、理论分析和数值模拟方法,揭示巷道围岩原岩应力场、采动应力场、支护应力场及位移场演化规律。实测得出麻家梁煤矿巷道围岩原岩应力场分布特征;揭示出相邻工作面回采滞后采动影响阶段是巷道围岩采动应力增加的主要阶段;锚杆锚索施加高支护应力可在围岩中形成稳定承载结构。基于应力场、位移场综合分析,得出14103辅运副巷围岩采动应力增加先于巷道变形的增加;受二次采动应力作用,围岩发生扩容变形,出现应力增加不明显而变形显著增大的现象,揭示出采动应力场、支护体受力及位移场时空演化相互关系。该结果对巷道布置方式及支护方案提供了依据。     

底板跨采巷道锚网索支护效果分析

通过对Ⅱ28采区运输上山的顶板离层、表面位移、深部位移以及锚杆锚索受力状态实测分析,得出底板跨采条件下锚网索支护巷道的围岩变形规律;结果表明,围岩变形主要发生在上方跨采工作面采动影响剧烈阶段,尤其是对于裂隙比较发育的岩体,合理的支护可控制围岩的变形量,保证巷道的断面满足生产要求。     

底板跨采巷道锚网索支护效果分析

通过对Ⅱ28采区运输上山的顶板离层、表面位移、深部位移以及锚杆锚索受力状态实测分析,得出底板跨采条件下锚网索支护巷道的围岩变形规律;结果表明,围岩变形主要发生在上方跨采工作面采动影响剧烈阶段,尤其是对于裂隙比较发育的岩体,合理的支护可控制围岩的变形量,保证巷道的断面满足生产要求。     

高德煤矿花岗岩蠕变损伤模型研究

为了研究高德煤矿围岩的蠕变特性以及加载过程中的损伤演化性质,对花岗岩试样进行了分级加载蠕变试验,基于Burgers模型引入改进的Kachanov损伤模型,建立了能描述加速蠕变阶段的蠕变损伤模型,通过数值模拟计算对考虑和不考虑损伤的巷道控制点的变形量进行对比,探讨损伤模型在实际工程中的运用。研究结果表明:由径向蠕变确定的岩石长期强度小于轴向长期强度,且径向蠕变较轴向蠕变更加敏感;当应力水平达到径向长期强度时,开始出现扩容现象,当应力水平达到轴向长期强度时,体积应变开始由正值变为负值。结合轴径向蠕变试验曲线,对蠕变损伤模型参数进行辨识,决定系数达到0.97以上,模型曲线与试验曲线吻合度高,验证了所建立蠕变损伤模型的合理性;建立的蠕变模型考虑损伤比不考虑损伤的位移大许多,考虑损伤最大变形比不考虑损伤最大变形增大约0.055 27 mm,验证了蠕变损伤模型可以更好地反映巷道围岩的劣化效应,利于巷道的后期支护与安全。     

金山店铁矿粉矿围岩变形粘弹性有限元位移反分析

根据金山店铁矿粉矿围岩所具有的瞬时加载时弹性变形和随时间变化蠕变变形趋向收敛的特性,参照现场监测得到的位移 时间曲线,选择Poyting Thomson本构模型,应用有限元位移分析,得到包含粘弹性参数的综合弹性模量E′v(tj,j),考虑开挖步骤对围岩变形的影响,对综合弹性模量进行回归分离出弹性模量E1,E2,粘性系数η,将这些参数应用到类似粉矿巷道的变形预测中,可以预测该围岩不同时刻的变形量和变形稳定时间。     

大采高综放工作面巷道围岩变形特征研究

为了解决回采工作面巷道支护方式与参数布置等问题,以山西某煤矿为研究对象,采用FLAC数值模拟软件和现场测试的综合性方法,研究了大采高综放工作面巷道围岩变形特征,得出了大采高综放采场围岩位移场的变化规律;结合矿井实际情况,采用矿压监测系统在工作面回风巷布置测点进行工业性试验、实时监测观测数据,掌握了巷道围岩位移的变化状态,指导巷道围岩的支护形式与参数等的确定,具有重要的理论意义。     

迎回采工作面沿空巷道围岩稳定性机理及控制技术研究

迎回采面沿空掘巷经历邻近工作面回采引起的动压全过程,巷道围岩稳定性急剧恶化并发生较大变形,巷道维护困难。采用理论分析、数值模拟及现场工业试验来研究迎回采工作面沿空掘巷围岩稳定性及支护技术,得出此类巷道具体的支护技术。现场工业试验表明,该技术能有效控制围岩变形,保证了工作面的正常接替。     

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中,经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果,采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律,着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明：深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响,随着开采扰动次数增加,各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长;采场开采过程中,随着与采场距离的增大,开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m;距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前,巷道围岩松动圈与巷道位置无关,阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m;开采扰动后,采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。     

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中，经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果，采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律，着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明：深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响，随着开采扰动次数增加，各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长；采场开采过程中，随着与采场距离的增大，开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m；距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前，巷道围岩松动圈与巷道位置无关，阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m；开采扰动后，采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。     

开采深度对沿空掘巷围岩变形规律的影响

为研究开采深度对沿空掘巷围岩变形规律的影响,运用FLAC3D数值计算,建立了沿空掘巷数值计算模型,从巷道围岩应力分布、巷道围岩塑性区分布和巷道围岩表面位移分布3个方面分析了不同开采深度下沿空掘巷围岩变形规律,并成功指导了工程实践。     

基于贝叶斯网络的软岩巷道大变形影响因素分析

随着煤炭资源开采的深度和强度的大幅度增加,软岩条件巷道的维护出现了一系列新的控制难题,岩石性质、地应力类型、采场采动、含水层、巷道形状尺寸以及支护方案参数的选择等诸多因素耦合作用影响着软岩的位移量及巷道围岩应力场分布规律。为了实现对巷道围岩状态的实时定量化控制,将巷道监测数据通过全断面扫描仪等传感设备实时传入集控中心,利用贝叶斯神经网络方法进行软岩大变形相关影响因素参数分析,将巷道分段确定导致大变形的最高权重因素,并针对巷道断面形状、支护参数、支护方案以及回采工艺参数四个方面给出及时调整的最优方案。形成监测传感器-设备列车-集控中心-贝叶斯神经网络分析-方案定制-加强支护控制围岩的闭环机电智能化系统。可为类似条件下软岩巷道大变形机理与控制技术研究提供参考。     

深埋巷道围岩变形及支护技术研究

随着煤炭开采逐渐向深部转移,巷道围岩变形越来越严重。分析了深埋巷道围岩变形及支护技术,对研究巷道进行了三轴抗拉试验,得到煤和岩石力学参数,采用结构梁和弹性力学分析了巷道围岩变形,为模型分析提供了理论基础,然后采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了巷道变形位移,与现场实测相比,数值模拟能够较好地模拟煤矿巷道实际变形情况。研究能够为巷道参数设计提供借鉴。