急倾斜软硬互层巷道变形破坏机制及支护技术研究

针对急倾斜软硬互层巷道围岩大变形控制难题,采用现场试验、理论分析和数值仿真等多种手段,研究急倾斜巷道围岩变形破坏机制,研究结果表明：急倾斜软硬互层巷道的变形与破坏具有非对称性,偏压作用明显,呈现顶板下滑,底板臌起的相互错动变形特征,底臌严重且易片帮冒顶。巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位受侧向约束小,因而剪切滑移变形较大,是产生非对称变形破坏的关键部位;下帮围岩变形破坏较上帮更为严重。基于急倾斜巷道的变形破坏特点,提出在锚- 网-索耦合支护的基础上利用锚索、底角锚杆等对产生差异变形破坏的关键部位进行加强支护的方法,巷道大变形得到了有效控制。     

朱集矿深井软岩巷道大变形机制及其控制研究

为了研究深井软岩巷道大变形机制及其控制对策,以淮南矿业集团朱集矿 885 m东翼轨道大巷为支护工程实践。该巷道为典型的深井高地应力软岩巷道,开挖后围岩表现出强烈非线性大变形特点,变形速率大。首先进行了围岩大变形等级识别,并基于Hoek-Brown弹塑性模型分析了巷道围岩的应力场、位移场,考虑巷道断面形状、围岩强度特征、巷道群扰动等影响,揭示了该巷道的大变形机制。针对 885 m轨道大巷提出了新支护方案,该方案尤其注重底板支护和底角抗剪支护。数值模拟和现场监测表明,该支护方案取得了良好效果,是一种有效控制深井软岩巷道大变形的支护方法。     

采空侧巷道底鼓形成机制与防治技术研究

煤矿深部采空侧巷道底鼓现象日趋普遍和严重,严重影响巷道的运输和正常使用,其底鼓防治技术研究已成为目前煤矿岩石力学问题研究的重点。通过理论分析、数值模拟、现场试验等研究方法,对采空侧巷道底鼓的特征、形成原因、形成机制及其防治技术进行了详细研究,得到以下结论：（1）采空侧巷道底鼓与底板岩性和底板岩层的应力重新分布有关;（2）底板在严重挤压变形的情况下发生断裂,底板隆起,墙角发生外移是造成底鼓的主要原因;（3）底鼓始于巷道底角与底板中部;（4）采用中空锚杆注浆与高强锚杆锚注联合支护技术能有效治理采空侧巷道的底鼓     

深埋硐室高围压条件下的围岩动力学响应

地下硐室开挖过程中,应力波对硐室周围围岩位移及其应力应变变化规律起着十分重要的作用,准确分析应力波对硐室围岩的影响规律,不仅可以作为检验施工设计的依据,而且可以预测预报围岩的稳定性和调整开挖方式、支护设计等,从而合理地指导施工。利用三维快速拉格郎日法(Flac3D有限元分析程序),以冬瓜山铜矿某破碎硐室为实例,在硐室围岩模型的上边界施加动力载荷,以模拟外界动力扰动对硐室围岩稳定性的影响,再通过加载峰值,来考察动载强度对硐室围岩的影响,得出了硐室围岩在不同时刻的应力和塑性区分布情况。研究表明:当扰动应力波来自硐室围岩竖直方向时,其对硐室拱顶和底板围岩的稳定性影响较大;当扰动应力波来自硐室围岩水平方向时,其对硐室侧壁围岩的稳定性影响较大。     

深部高应力软岩巷道耦合支护效应研究及应用

巷道要经历开挖前稳定、开挖扰动、支护稳定或再破坏的演化过程,巷道稳定状态受原岩应力场-开挖扰动应力场-支护应力场相互作用的影响。采用FLAC~(3D)分析了不同预紧力与间排距条件下锚杆、锚索产生的围岩支护应力场的分布特征,定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力的扩散效果,揭示了锚杆、锚索预紧力耦合支护效应。针对朱集西矿深部巷道特征与地质条件,提出了锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注分步联合支护技术方案,开展了三维相似材料模型试验,验证了该支护技术方案的合理性与可行性,揭示了深部高应力软岩巷道围岩变形破坏与支护结构受力演化规律,并成功应用于工程实践,解决了深部高应力软岩巷道支护难题。监测结果表明,该联合支护方案有效地控制了深部高应力软岩巷道围岩大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

深部高应力软岩巷道耦合支护效应研究及应用EI北大核心CSCD

巷道要经历开挖前稳定、开挖扰动、支护稳定或再破坏的演化过程,巷道稳定状态受原岩应力场-开挖扰动应力场-支护应力场相互作用的影响。采用FLAC^(3D)分析了不同预紧力与间排距条件下锚杆、锚索产生的围岩支护应力场的分布特征,定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力的扩散效果,揭示了锚杆、锚索预紧力耦合支护效应。针对朱集西矿深部巷道特征与地质条件,提出了锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注分步联合支护技术方案,开展了三维相似材料模型试验,验证了该支护技术方案的合理性与可行性,揭示了深部高应力软岩巷道围岩变形破坏与支护结构受力演化规律,并成功应用于工程实践,解决了深部高应力软岩巷道支护难题。监测结果表明,该联合支护方案有效地控制了深部高应力软岩巷道围岩大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

软岩巷道底鼓控制技术研究

软岩巷道底鼓是软岩巷道底板支护的重要问题之一,长期以来一直制约煤矿安全高效生产。对此,以榆神矿区某矿30112回风顺槽为研究对象,通过理论分析、数值模拟确定巷道底鼓类型属“应力型”,巷道在重复采动影响下帮角、底角、底板出现明显塑性破坏。针对底鼓产生原因,提出“帮脚锚杆+底角锚杆+混凝土”复合支护技术。实测结果表明,优化支护参数后巷道底板底鼓量最大不超过16mm,底鼓最大变化量不超过2mm/天,取得了良好的现场应用效果。     

松软煤层复合顶板条件下大跨度切眼支护技术研究

为了研究松软煤层复合顶板条件下大跨度切眼支护技术难题,采用数值模拟、理论分析、现场监测方法,分析了切眼巷道变形、位移、破坏特征,确定了围岩类别和支护参数,提出了左旋螺纹钢锚杆+金属网+金属梁+锚索的联合支护技术。研究表明:无支护条件下切眼巷道围岩出现"蝶形"破坏,顶板和两帮是支护的关键部位,支护后切眼巷道顶板和两帮位移大幅度减小,顶板应力释放区垂直应力明显减小,两帮应力集中区垂直应力增加,巷道顶、底角剪应力集中区范围减小。现场监测结果显示支护满足安全生产要求,为类似地质条件巷道支护提供借鉴。      

深井孤岛工作面巷道围岩采动应力分区演化特征

针对深井孤岛工作面煤巷大变形问题,采用现场实测手段研究了回采过程中巷道和采空区应力动态演化规律以及巷道围岩变形破坏演化特征。研究结果表明：深井孤岛工作面巷道围岩应力演化与变形破坏具有显著的阶段性特征,工作面前方大于250 m范围,巷道围岩未受采动影响,围岩应力变化较小且变形主要集中在底板与煤柱肩窝;工作面前方100～250 m支护结构受力增大,巷道浅部围岩破碎,顶底板移近及煤柱内挤变形突出,巷道出现明显的非对称变形破坏;工作面前方100 m为强烈采动影响阶段,尤其是在工作面前方20～22 m围岩垂直应力与空间主应力变化比较剧烈,顶底板移近与两帮内挤变形更加突出,巷道围岩表现出明显的大变形破坏特征。根据采空区应力分区特征分析了顶板覆岩结构的动态演化过程。结合应力与变形破坏演化特征,提出了巷道支护对策,以期为深井巷道围岩控制提供一定指导。     

地下洞室分步开挖围岩应力变化特征及岩爆预测

摘 要：为分析大型地下洞室分步开挖各开挖层之间的应力相互影响情况及利用先开挖层的岩爆发生情况来预测后开挖层的岩爆情况,采用数值计算和现场监控测量的方法进行了一系列计算分析。结果表明：当初始应力场中水平应力和竖向应力相当时,随着不断地开挖进尺,拱顶、底角和底板的应力先期增加明显,后期增幅变小,逐渐稳定。先开挖层若发生岩爆,后开挖层底角和底板也会出现岩爆,洞室先期开挖岩爆的风险较大,后期较小。当初始应力场中水平应力占主导地位时,随着不断地开挖进尺,拱顶、底角和底板的应力先期增幅不大,后期变化较快,侧压力系数越大,先开挖层若发生岩爆,后开挖层在后期开挖时出现岩爆的风险也越大。最后通过洞室的实际开挖情况验证了分析结果的正确性,利用各层之间的相互影响特征来预测后开挖层的变形破坏情况为地下洞室稳定性分析提供了一种新的思路。     

深部急倾斜煤层偏压巷道支护参数优化研究

深部急倾斜煤层由于受特殊的地质结构和高地应力影响,煤层巷道开挖后易出现地层错动、垮塌的特点,施工中冒顶、底臌现象异常突出,巷道支护极其困难。通过对新集三矿-700 m煤探巷道进行现场勘查与试验,针对该急倾斜软岩巷道变形非对称性,底臌严重、地层错动的破坏特点,提出了可缩性U型钢全断面封闭支护和非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护方案,通过大型有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,与原支护方案进行了对比分析。研究表明,采用改进支护方案巷道底臌位移量减小了66%,最大拉应力从0.58 MPa减小到0.38 MPa,塑性区较原方案更小,支护结构受力更加均匀。其结果可为同类地质条件的巷道支护设计提供一定参考。     

进路分步开挖背景应力场演化规律研究

鲁中小官庄铁矿由于埋藏深、地压大、矿体倾角比较缓、矿岩破碎,是国内有名的难采矿山之一。进路开挖以后支护巷道破坏严重,其围岩变形为无收敛变形,也是国内支护较难的矿山之一。针对小官庄铁矿情况,为掌握其地压活动规律,应用东北大学岩石破裂过程分析系统（RFPA）,模拟其采用无底柱分段崩落法进路开挖过程,对进路开挖过程巷道围岩应力变化进行数值分析。发现随着进路开挖,导致进路出现片帮、底鼓、顶板下沉等现象,并且在矿岩接触带出现高应力集中,导致两进路之间的间柱破坏严重,并随着进路开挖应力逐步向新开挖两进路之间的间柱转移,开挖顺序造成边界矿体出现高应力集中,导致边界矿体难采。数值分析结果可以看出：进路的开挖顺序是导致小官庄铁矿进路围岩破坏的一个主要原因。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

古汉山矿软岩巷道地质因素分析

针对古汉山矿软岩巷道围岩变形破坏和严重底膨问题, 通过对巷道围岩进行地应力测量、物理力学性质分析测试、矿物成份分析和节理裂隙调查, 确定了底膨巷道的软岩类型, 这为解决软岩巷道的支护问题提供了基础。      

高地应力破碎软岩巷道底臌特性及综合控制对策研究

高地应力破碎软岩巷道底臌问题,由于其地质条件的复杂性,是煤矿开采的技术难题之一。通过总结分析高地应力破碎软岩巷道底臌的变形破坏特性,研究了底臌治理对策。研究结果表明,底板围岩呈现出挤压剪切流变特性,在支护对策上应将支护体系视为完整体系,在加强修复固结、应力转移和扩大承载圈的同时强调调动帮、顶部的间接控制作用。提出了以底板超挖、高强度预应力锚索、深孔注浆、底脚、拱角锚杆和回填为技术支撑的综合治理对策,通过FLAC3D建立的三维数值分析模型,分析了在综合治理对策下围岩位移场及塑性区的变化,验证了该方法的有效性。将综合治理对策应用到淮南潘二煤矿东二采区主要大巷,取得了良好的支护效果。     

泥化弱胶结软岩地层中矩形巷道的变形破坏过程分析

在西部地区,一定数量的矿区处于泥化弱胶结软岩地层,此类软岩胶结性差、强度低、遇水泥化。矩形是采区巷道的常用型式,但其断面受力不均、稳定性差。在上述软岩地层中的矩形巷道承载力低、变形量大、变形持续时间长,给煤矿的安全生产带来极大困难。以内蒙古新上海一号煤矿皮带顺槽矩形巷道为背景,运用FLAC3D软件中的Cvisc黏弹塑性模型,对矩形巷道的变形破坏进行了数值模拟,并将模拟结果与现场监测结果对比分析。结果表明:巷道开挖支护后,受断面形状影响,矩形巷道四角出现压应力集中和顶板受拉区,巷道顶板下沉量大,底板底臌严重,两帮向巷道挤出;受围岩岩性影响,围岩进入塑性的时间快短、范围大,塑性区超出了支护体的作用范围,造成锚杆(索)的锚固效果难以完全发挥,围岩出现整体滑动的现象;巷道变形呈现出流变变形的特性,变形量随时间持续增加,持续的蠕变变形超出了支护体的可控范围,最终引起巷道的失稳破坏。     

陡峻河谷高面板坝坝体与坝基接触效应

以新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝为依托工程,采用大型接触面直剪试验确定了筑坝料与基岩的摩擦接触参数,建立了考虑坝体与坝基相互接触作用的面板坝三维数值模型,研究了摩擦接触效应对坝体、混凝土面板应力变形以及止水接缝三向变位的影响。结果表明：双曲线模型符合筑坝料与基岩之间剪应力与位移的非线性关系;若不考虑坝体与基岩的接触效应,坝体边界处变形梯度和主应力值计算值均偏小,导致判断该区域坝体开裂区范围偏小而拱效应被高估;蓄水期面板挠度和顺坡向应力受接触效应影响相对较小,而轴向位移和轴向应力受接触效应影响较大;周边缝变位受接触效应影响非常强烈,在高水头压力作用下,坝体局部可能出现相对基岩的滑移导致周边止水变形和坝肩竖缝张开量大幅增加。陡峻河谷筑坝若不考虑接触效应,计算结果是偏危险的。计算结果和Anchicaya 坝实测渗漏位置结果均表明,周边缝变位控制是陡峻河谷面板坝建设的关键。     

云岭隧道底鼓机理分析

结合十漫高速公路云岭隧道建设,分析了隧道底鼓的形式和发展过程,研究了影响隧道底鼓的多个因素,在分析隧道仰拱稳定性的基础上,推导了隧道底鼓的表达式,并通过现场监测对其进行了验证。通过对隧道底鼓机制进行分析,正确认识了围岩的变形破坏机制,提出了隧道底鼓的治理措施。其研究结果不仅为优化隧道的支护体系提供了依据,同时对指导隧道现场施工,确保施工安全具有重要意义。