破碎岩体锚固及承载失稳机制研究

破碎岩体锚杆支护加固作用已被普遍证明,但对荷载作用下破碎岩体锚固及承载失稳机制仍不清晰。基于此,开展系列破碎岩体锚固试验,揭示破碎岩体锚固及承载失稳机制,得出不同条件下破碎岩体稳定承载支护条件,提出破碎岩体锚固支护建议。与常规岩体锚杆支护受力特征截然相反的是,破碎岩体在荷载作用下产生变形破坏特征响应时,锚杆受力呈现逐渐衰减演化特征,锚杆支护对破碎岩体支护作用仅体现为施加预紧力产生的主动支护效应。锚固破碎岩体间呈力链结构铰接,以压力拱结构承载,拱下岩体起着支撑压力拱及将锚杆支护作用传递至压力拱的力学媒介作用,是压力拱能否稳定承载的关键。破碎岩体产生变形破坏响应特征时,岩体间力链结构稳定性降低,拱下岩体对压力拱支撑及将锚杆支护作用传递至压力拱的力学媒介作用减弱。破碎岩体锚固失稳机制表现为拱下岩体支撑作用弱化及锚杆支护作用衰减双重因素叠加诱导的结构性失稳。不同物理力学及支护参数条件,改变的是压力拱拱下岩体稳定性及其力学媒介作用,影响破碎岩体压力拱结构稳定性及锚杆支护作用。获得了不同物理力学参数条件下破碎岩体锚固稳定承载条件,提出了破碎岩体锚固支护合理建议：统计破碎岩体平均粒径,确定合理锚杆支...     

碎石锚固中压力拱形成与锚杆作用分析

碎石锚固试验被用于证实锚固破碎岩体中存在压力拱,但压力拱的概念较为抽象,难以理解和应用。为研究锚固破碎岩体中压力拱的形成机制与锚杆的作用,克服颗粒锚杆批量生成与预紧难题,利用三维颗粒流程序(PFC3D)开发碎石锚固试验的数值模拟方法,开展系列碎石锚固数值试验,直观展示压力拱的形成,揭示压力拱的形成机制与成因,分析并验证锚杆在压力拱形成中的具体作用。在此基础上,提出极破碎岩体锚杆加固的建议。研究结果表明:(1)锚杆加固碎石体内会形成拱形承载结构拱的稳定依靠拱下碎石支撑。(2)压力拱形成于碎石在锚杆作用下的自适应运动过程。移除碎石箱底板后,底部碎石向下运动,导致上部碎石重力向周边转移,在周边碎石形成拱腿,拱顶部位碎石在侧向约束作用下彼此咬合形成拱顶,最终以底托板为基础形成压力拱。(3)压力拱的形成和稳定需满足4个条件:强力的底部基础、足够的侧向约束、适当的碎石厚度和平衡的拱下碎石。(4)锚杆在压力拱形成和稳定中发挥侧向约束作用、支撑作用和护表作用。在成拱过程中,锚杆通过预紧提供侧向约束力,使碎石具有足以成拱的咬合能力。在压力拱形成后,锚杆通过对拱下碎石提供支撑和护表使其平衡,维护压力拱的稳...     

焦坪矿区覆岩破坏规律及致灾研究

铜川焦坪矿区4-2煤层上覆岩层中有厚达300m的巨厚砾岩层,巨厚砾岩层在采动影响下一旦失稳,将导致包括地表山体滑坡、采空区瓦斯急剧涌出和矿震或冲击矿压等一系列难以控制的灾害。铜川矿务局采用留设区段大煤柱的部分开采方法控制覆岩运动,以确保巨厚砾岩层的稳定。为此,对留设区段大煤柱条件下的覆岩破坏规律进行了数值模拟研究,结果表明留设区段大煤柱的部分开采方法能有效地控制覆岩运动的范围和规模。在此基础上分析了巨厚砾岩的稳定性取决于区段大煤柱的稳定性并提出了灾害防治的措施。     

采场覆岩破断与应力演化的梁拱二元结构及岩层特性影响机制

长壁采煤方法在我国井工煤矿得到了广泛应用,其回采过程伴随着覆岩运移破断与采动应力演化的耦合作用过程.针对这一伴生性科学问题,以典型地层的采场覆岩为例,揭示了采动应力场宏观形态的演化特征及产生机理,阐释了厚硬岩层对于宏观应力场演化的影响机制.研究结果表明,覆岩破断表现为梁拱二元结构,即:上覆岩层破断后块体堆积形态外表似梁...     

松散承压含水层载荷传递机理的实验研究

利用专门设计的实验模拟装置,首次就松散承压含水层的载荷传递机理进行了实验研究．通过实验结果的对比分析,得出由于承压水的流动性和补给作用,松散承压含水层对载荷的传递起很大作用．有松散承压含水层时,上覆表土层的载荷通过松散承压含水层均匀地作用于下部基岩上,开挖过程中,基岩顶界面上的载荷基本保持恒定;无松散承压含水层时,基岩顶界面上的表土层载荷随煤层开挖而显著降低．结果表明,有松散承压含水层时两关键层复合破断,无松散承压含水层时,两关键层由下而上分步破断．     

铜川矿区区段煤柱宽度优化研究

针对铜川矿区区段煤柱宽度偏大、采区采出率偏低等生产实际,综合采用现场实测、理论计算、经验公式、数值模拟等方法进行了煤柱宽度的优化研究。理论分析与实测表明,在目前的工字钢梯形棚支护条件下,区段煤柱靠近巷道侧的塑性区宽度为4~5 m,靠近采空区一侧的塑性区宽度为5.2 m,煤柱内部弹性区宽度按2.5~4.6 m考虑为宜。据此结合该矿区当前的开采深度,通过离散元数值软件进行了不同煤柱留宽的效果检验,最终确定在工字钢架棚支护的条件下,区段煤柱的合理留宽为20 m。     

高瓦斯易自燃厚煤层大采高综采工艺试验研究

为了解决铜川焦坪矿区易自燃厚煤层综放开采顶煤回采率低、采空区遗煤自然发火严重等难题,从大采高综采工作面割煤高度、装备配套选型、辅助运输、通风防灭火等技术方面,对3-2煤层采用大采高综采工艺进行了可行性论证。工业性试验结果表明:选用的ZY10500/27/58液压支架能够满足该工作面顶板支护要求,MG750/1860-GWD采煤机故障率低于10%,工作面采出率达到93.8%,平均推进速度119 m/月,工作面推进速度及回采率较综放开采工艺均有大幅度提高。同时,采空区散热带与氧化带最大宽度之和为95 m,束管采样气体中没有出现C2H2、C2H4气体,采空区未发生自燃,工作面安全生产形势有了根本性的好转。     

祁东煤矿回采工作面压架机理探讨

通过工作面压架前后长观测孔的水位变化和工作面的涌水情况,结合工作面的矿压观测结果,认定采动裂隙已波及到第四松散承压含水层,在较高的水压下使四含水通过采动裂隙流入回采面;在此基础上,建立了四含水条件下基本顶周期破断与液压支架相互作用的模型并进行了力学分析。分析表明,四含水的均匀传载特性,使得基本顶上方承受均布的恒定载荷,导致周期来压异常强烈,工作面现有支护技术难以满足要求。     

深部采场覆岩断裂失稳过程及支架载荷预测分析

针对深部采场不同区域上覆岩层采动应力演化规律及液压支架载荷预测难题,采用模拟分析、现场实测与模型预测相结合的方法,揭示了深部采场三向采动应力与覆岩断裂失稳过程之间的关系,建立了基于液压支架压力监测数据驱动的支架载荷预测模型,进行了深部采场覆岩断裂失稳过程的支架载荷预测分析与验证,为深部采场顶板来压及灾害预测提供基础.采...     

原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及作用分析

为研究原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及锚杆支护作用,采用UDEC-Trigon数值模拟方法,对不同预紧力及不同支护密度下的支护应力场及锚杆支护作用进行系统。研究表明:基于UDEC-Trigon方法提出了一种考虑原岩应力场及节理因素作用下获取锚杆支护应力场的合理方法;锚杆支护应力场分布特征与预紧力及支护密度紧密相关,预紧力对支护应力场影响更大;低预紧力时支护应力场呈零星、不连续分布,高预紧力时呈连续、整体分布;锚杆支护应力场与巷道围岩强烈变形破坏区呈你大我小、你小我大的动态博弈机制;高预紧力锚杆支护提供的主动约束力不仅可限制节理张开,还能增大节理面抗剪能力,抑制节理滑移,控裂效果显著;锚杆支护应力场由锚杆预应力场及锚杆抑制围岩变形破坏本该释放的应力两部分组成,前者表现为锚杆支护对无变形破坏围岩的加固效应,后者是锚杆支护对围岩变形破坏的主动及被动约束控裂作用结果。预应力场只占锚杆支护应力场的一小部分,但锚杆预紧力对锚杆支护应力场的产生及分布有极大的影响。