随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。     

基于FLAC3D的节理岩体巷道锚注加固数值模拟

通过对节理面锚注加固抗剪切强度的力学推导,得出锚注加固在节理岩体巷道中的作用机理以及锚杆和注浆的联合应用增强和加固了围岩的支撑能力。通过FLAC^3D大型数值模拟软件,对节理化软岩巷道未支护、锚注加固时的岩体巷道围岩进行数值模拟分析研究,锚注加固对于改善节理化软岩巷道围岩的受力状况、限制巷道围岩变形量具有重大的作用,对节理裂隙岩体进行锚注加固是一种有效的节理岩体支护方法。     

深部蚀变岩型巷道锚杆锚索联合支护应用研究

为了确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道合理的支护方案,本项目对焦家金矿 15 中段蚀变岩型巷道进行岩体质量分级,计算出分级结果并提出初步支护方案,运用 Unwedge 进行楔形体冒落分析,模拟深部高应力影响下蚀变岩型巷道楔形体大小及初步支护方案合理性,对初步支护方案进行优化分析。根据巷道形状及规格加工制作双钢筋,将其运用到锚杆锚索联合支护方法中,大大地提高了整体支护强度。最终确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道采用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案。在此基础上,开展支护方案的现场工业试验,由巷道顶帮连续收敛监测结果表明,当应用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案支护后,巷道顶帮收敛变形在 1 个月内基本不再增长,可有效保证焦家金矿高应力下蚀变岩型巷道围岩在服务周期内的稳定性。     

深部蚀变岩型巷道锚杆锚索联合支护应用研究

为了确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道合理的支护方案，本项目对焦家金矿 15 中段蚀变岩型巷道进行岩体质量分级，计算出分级结果并提出初步支护方案，运用 Unwedge 进行楔形体冒落分析，模拟深部高应力影响下蚀变岩型巷道楔形体大小及初步支护方案合理性，对初步支护方案进行优化分析。根据巷道形状及规格加工制作双钢筋，将其运用到锚杆锚索联合支护方法中，大大地提高了整体支护强度。最终确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道采用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案。在此基础上，开展支护方案的现场工业试验，由巷道顶帮连续收敛监测结果表明，当应用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案支护后，巷道顶帮收敛变形在 1 个月内基本不再增长，可有效保证焦家金矿高应力下蚀变岩型巷道围岩在服务周期内的稳定性。     

充填节理巷道支护技术研究

针对充填节理岩层抗剪强度低,易发生滑移剪切和弯曲下沉的问题,而采用锚杆支护可为充填节理提供法向应力以提高其抗剪强度和粘聚力,因此提出以锚杆支护为主,锚索和锚网支护为辅的支护形式来控制充填节理巷道围岩变形的方案。矿压观测表明,该支护方案可保证巷道围岩稳定性。     

复合顶板动压巷道变形破坏机理与锚杆支护技术

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。     

锚索的应用述评

锚索的典型应用包括:把易于沿断层面移动的岩层系紧在断层另一侧稳固的岩层上;在随掘随支护的隧道中系紧顶板和侧帮;在软弱的或多断层节理的含水岩层中平衡隧道结构的浮力。锚索结构的设计可以在锚固端和巷道表面之间不灌浆胶结,或者沿整个长度完全胶结。为了增加锚索的支护效果,前者必须拉     

“三锚”联合支护在软岩巷道的应用及数值模拟研究

针对彭庄煤矿巷道岩层节理、裂隙发育,特别是薄页岩层含水丰富,岩层软化严重的特点,提出了采用"三锚"联合支护技术对软岩巷道进行支护,并用FLAC3D软件进行数值模拟,模拟结果与现场监测数据进行对比验证。工程实践表明,该联合支护方式有效地控制了巷道的持续变形,成功地解决了节理裂隙岩体在地下水侵蚀下巷道支护的难题,为解决类似复杂条件下的巷道支护难题提供了借鉴经验,具有较大的推广价值。     

软岩回采巷道锚注支护技术研究

高应力软岩巷道支护是目前巷道支护研究的重点和难点,由于该类巷道结构破碎,节理发育,岩体强度较低,造成巷道底鼓量大、片帮严重及拱顶剪切剥落。依据具体工程实例,分析认为软岩巷道变形破坏主要影响因素是支护方式不当、高地应力和岩溶水等共同作用造成了围岩强流变性。针对原支护存在的问题,结合软岩巷道支护对策,提出了锚、喷、注、索一体化的锚注支护技术方案。     

高应力软岩复合顶板回采巷道全锚索支护技术研究

针对赵庄煤矿回采巷道地应力高、软岩复合顶板、断面大以及回采期间巷道变形大等特点,提出了全断面高预紧力锚索支护技术。利用室内实验测试、现场测试、钻孔窥视方法,明确了3号煤层地应力和巷道顶板岩层属性、结构特性及煤岩体的物理力学特性,采用数值模拟方法确定了锚索支护参数,并进行了现场工业试验。结果表明:赵庄煤矿3号煤层最大埋深超过850m,最大和最小水平地应力侧压力系数为1.33和0.58,为典型的高应力煤层;3号煤层直接顶为泥岩和砂岩互层,裂隙较发育,岩体强度较低,为典型的软岩复合顶板;高预紧力全锚索支护技术能较好地控制回采巷道的围岩变形,关键区域通过及时施加补强锚索及注浆加固措施后,二次复用工作面巷道基本不需二次返修,保证了工作面的安全高效回采。     

矿山裂隙岩体锚注机理及数值模拟研究

通过分析矿山节理裂隙岩体锚固机理,得出节理岩体的剪切强度和最佳锚固角等参数的本构关系。同时结合大型数值模拟软件FLAC3D,分别对节理化岩体双轨巷道未支护和锚注加固时的岩体巷道围岩进行了数值模拟分析。模拟结果表明:锚注加固支护极大增强了节理巷道围岩自身的承载能力,改善了巷道围岩的受力情况,限制了巷道岩体围岩的变形量。     

断续节理方位对巷道稳定性的影响

采用模型试验,研究了不同节理方位的断续节理岩体中巷道围岩破裂区的产生与扩展机理,分析了围岩破坏和碎胀变形的发展规律.研究表明：随着应力的增大,围岩破裂区历经初始阶段、发展阶段与稳定阶段;不同的节理方位,巷道两帮位移的大小不同,具有节理临空面的巷道上帮位移大于下帮;围岩收敛速率的每一次突然增大,意味着巷道围岩产生一次剧烈的破坏,因此必须及时地加强支护;当节理角度在30～75°时,节理方位对岩体强度的影响较大,并且影响最大的角度在60°左右,此时围岩的强度最低,稳定性最差;相比节理岩体,完整岩体的变形量小、稳定性更好.     

煤巷锚杆(锚索)支护强度计算方法探讨

基于固定岩梁和顶板岩层形变压力的假设,研究认为巷道顶板岩层的变形与破坏是在地层压力作用下,从顶板表面开始,由下而上、逐层向上发展的,直至到达可以承载地层压力而不被破坏的顶板岩层。据此研究提出了层状顶板巷道锚索(锚杆)支护载荷的计算方法,为煤巷锚索(锚杆)支护强度设计提供了依据。     

高应力泥岩顶板巷道围岩失稳特征及控制分析

通过对高应力泥岩顶板回采巷道破坏特征、力学变形机制及失稳原因分析,建立了回采巷道锚杆-锚索支护区变形协调方程,提出了高应力泥岩顶板回采巷道围岩控制关键技术,确定了预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护方案,并对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:高应力泥岩顶板巷道表现为顶板破碎严重及离层量大、两帮呈非对称收敛变形与底鼓量大的特征;高应力及泥岩顶板软弱围岩是巷道围岩产生破坏的内在原因,锚杆-锚索支护强度过低及锚杆-锚索支护区非协调变形则是巷道围岩破坏失稳的外在原因;古汉山矿13051回采巷道围岩为高应力-节理化-膨胀性复合型(HJS)软岩,为Ⅰ_(AB)Ⅱ_(AB)Ⅲ_(ABD)复合型力学变形机制,采用设计支护方案后,巷道围岩变形能利于释放,围岩压力减小,锚杆-锚索受力均匀,巷道围岩变形保持在可控范围内,预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护利于巷道围岩稳定。     

高应力破碎岩体中巷道支护技术的应用与探讨

金川矿区不良岩层较多,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大。巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重,其中40%的开拓巷道需在半年之内重新进行返修。基于高应力破碎岩体及采矿过程的扰动影响,本文主要叙述了包括高强度锚杆锚索支护、底部钢管梁支护及早期强度最大化等巷道支护新工艺、新材料的施工技术措施,对支护参数等相关技术问题进行了分析探讨,提出了提高岩体强度、支护体强度及确保巷道稳定性的有关技术措施。     

高应力破碎岩体中巷道支护技术的应用与研究

金川矿区不良岩层较多,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大。巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重,其中40%的开拓巷道需在半年内重新进行返修。基于高应力破碎岩体及采矿过程的扰动影响,主要叙述了包括高强度锚杆锚索支护、底部钢管梁支护及早期强度最大化等巷道支护新工艺、新材料的施工技术措施,对支护参数等相关技术问题进行了分析探讨,提出了提高岩体强度、支护体强度及确保巷道稳定性的有关技术措施,提高了岩体自身的承载能力,加强了巷道的整体稳定性。     

不同支护结构对深部巷道围岩变形的时效分析

为合理选择深部软岩巷道的支护形式和支护时机,采用有限差分软件FLAC3D,考虑围岩强度的时效性,分别研究了锚杆锚索主动支护结构、U型钢和壳体被动支护结构及反拱加底板锚杆支护结构对深部软岩巷道围岩变形的控制作用。结果表明:因围岩强度的时效性,岩体之间作用减弱,锚杆、锚索等柔性支护结构调动岩体发挥承载作用的能力降低,围岩变形明显;巷道前期剧烈变形后,因锚杆锚索具有一定围岩自身承载能力,施加刚性支护可有效控制巷道变形;底拱和底板锚杆有利于改善底板围岩受力环境以及控制巷道围岩变形整体协调性;注浆是改善围岩变形时效性的有效手段。提出初期以高预应力、高强度锚杆等进行支抗与卸压,后期以刚性支护及注浆进行加固的巷道支护对策。     

中空高强度锚注锚索在金川矿区中的研究与应用

金川矿区具有大量的不良岩层,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大。巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重。采用中空锚注锚索进行巷道支护,其支护系统刚度大,锚索的载荷传递特性好,同时利用锚注一体工艺,实现全长锚固,提高了索体的单根承载能力,具有很高的抗剪能力。在金川矿区高地压、破碎围岩巷道中的研究使用,有效控制了巷道的变形破坏,延长了巷道的使用寿命,巷道支护成本显著降低。     

中空高强度锚注锚索在金川矿区中的应用与研究

金川矿区具有大量的不良岩层,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大.巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重。采用中空锚注锚索进行巷道支护,其支护系统刚度大,锚索的载荷传递特性好,同时利用锚注一体工艺,实现全长锚固,提高了索体的单根承载能力,具有很高的抗剪能力.在金川矿区高地压、破碎围岩巷道中的研究使用,有效控制了巷道的变形破坏,延长了巷道的使用寿命,巷道支护成本显著降低。     

深部破碎软岩巷道松动圈确定及支护

深部矿井巷道掘进过程中,应力逐渐升高,节理裂隙发育,锚喷支护中锚固深度不能达到围岩稳定范围,锚固端处于松动圈破碎岩体内,锚固力极低或丧失。为此,提出利用现场物探和数值模拟相结合的方法,判断松动圈范围,确定稳定、完整岩体深度,优化锚索支护设计,采用锚网索与U型钢支架协同支护,以控制破碎软岩巷道支护失效的问题。