隧道围岩最大可移动块体求解及其应用

由于结构面的隐蔽性,目前的勘察技术无法精确获取每条结构面的定位及力学参数,仅能根据出露情况获取产状信息。而结构面的定位是求解块体的关键因素,因此有必要考虑不同定位情况下结构面与开挖面的所有组合,并找到最不利情况,为工程开挖提供预测及评价。在构建节理锥的基础上,提出了一种投影平移法,实现了任意柱状开挖面上最大可移动区域的求解。在此基础上,采用离散-切割-组合方法重构了曲面块体。首先,设置一组放射状虚拟结构面对锥形块体进行切割,完成块体的单元离散;其次,在面单元分类的基础上提出了曲面切割单元的详细算法。最后对切割后的单元进行分类组合,实现了曲面块体的重构。基于VC++和OpenGL开发了三维可视化程序,通过算例和工程实例验证了算法的精度、适用性及鲁棒性。最大可移动块体程序可用于隧道走向的选择,为工程设计提供依据。

硬岩顶板切顶留巷围岩变形分区补强控制研究

【目的】森达源煤矿传统的宽煤柱开采方式导致采掘接续紧张,并引发严重的围岩变形问题。切顶留巷技术可优化巷道支护条件,提高采煤效率,促进煤矿高效安全生产。【方法】以1号煤层的10101工作面为研究对象,运用FLAC 3D数值模拟软件,深入探究了切顶高度、切顶角度、注浆加固深度对巷道掘进、预裂切顶和切顶留巷过程中煤帮内部、采空区及顶板应力变形特性的影响。确定出最佳切顶留巷方案。在此基础上,进一步模拟分析工作面前后不同区域的围岩受力变形情况。提出回采工作面前方0~30 m内为超前补强区,采取“高预应力锚索+单体配合铰接顶梁”的联合支护。后方0~100 m内为滞后补强区,采用“工字钢+单体支柱”联合支护,同时对矸石帮实施注浆加固。通过工程应用验证了区分补强控制变形措施的有效性。【结果】结果显示:最佳切顶留巷方案为切顶高度6 m,切顶角度15°,矸石帮注浆深度1 m。此方案下,10101工作面的巷道顶底板的最终变形量为155 mm,两帮的为84 mm,均符合矿井使用要求,验证了切顶留巷技术具有良好效果。【结论】结果表明:切顶留巷技术能有效解决传统宽煤柱开采方式中存在的围岩变形问题。然而,该技术的实施受切顶高度、切顶角度和矸石帮注浆深度等因素的影响较大,需结合数值模拟和现场状况进行具体确定。总体上,切顶留巷技术和分区补强控制措施对围岩变形的控制效果显著,为类似条件下的煤矿开采提供了宝贵的经验借鉴,因而具有广阔的应用前景。

基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

孤岛工作面沿空掘巷矿压特征研究及工程应用

孤岛工作面沿空掘巷矿压显现剧烈,支护难度大。若支护参数设计不当,巷道支护失败,必将极大影响工作面安全回采。以淮南潘三矿1251(3)孤岛工作面回风巷为工程背景,采用FLAC3D软件研究孤岛工作面沿空掘巷超前支承压力分布特征。通过建立孤岛工作面沿空掘巷基本顶的力学模型,推导出受动压影响时巷道顶板下沉量的计算公式。研究结果表明,孤岛工作面超前支承压力增加明显,孤岛工作面沿空掘巷围岩变形量剧增,其支护难度大大增加。在获得以上研究结果的基础上,分别对试验巷道掘进期间支护参数和回采期间加固参数进行设计。工程实践表明,锚网索和注浆加固联合支护可有效地控制孤岛工作面沿空掘巷围岩的变形,研究结果可在类似条件下推广应用。

基本顶断裂位置对窄煤柱护巷的影响及应用

针对天煜能源恒昇煤业埋深浅、煤层厚、顶板坚硬地质情况,留设煤柱过宽,则浪费煤炭资源;留设过窄,则采动必定会破坏或损伤煤柱,导致相邻采区采空区和本采区采空区遗煤漏风氧化自燃的问题。在基本顶断裂位置围岩结构力学模型的基础上,分析了基本顶断裂线位置与关键块回转角和煤柱上覆载荷之间的关系,理论计算了煤柱宽度和基本顶断裂位置,研究得到:综放工作面留设窄煤柱时,必须考虑基本顶断裂线的位置,避免巷道于基本顶断裂位置下方掘进;基本顶断裂位置为3~5 m,护巷煤柱宽度最小为4.6~6.3 m,基本顶断裂线位置正处于所留煤柱上方,煤柱此时承受的压力较大,考虑该煤层为易燃煤层,因此需增加煤柱的承载面积,最终确定该矿9205机巷护巷煤柱的合理宽度为8 m,并提出了相应的锚网索支护方案。工业性试验表明,该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,采用的支护方案有效减小了巷道变形,增强了窄煤柱稳定性。

深埋特厚煤层大采高综放工作面覆岩运动规律及支架选型研究

大采高综放开采技术是特厚煤层开采的发展方向之一,而液压支架的选型是实现工作面安全高效生产的关键。针对龙固矿2301大采高综放工作面地质及生产技术条件,通过相似模拟,获得了工作面上覆岩层运动规律,在此基础上结合FLAC3D数值模拟和理论分析,确定了工作面支架的支护强度为1.46MPa及支护阻力为15000kN,并选取工作面支架型号为ZF15000-23/43正四连杆低位放顶煤液压支架。通过现场实测分析了工作面支架工作阻力的分布规律,应用表明ZF15000-23/43支架处于较好的位态,对2301综放工作面具有较好的适应性。研究成果对类似条件下液压支架的选型提供参考依据。

综放沿空掘巷矿压显现规律及支护参数优化

通过对锚网索支护综放沿空掘巷现场监测数据分析研究,得出该条件下巷道矿压显现规律,并对锚网索支护参数进行优化设计。

温度对煤系泥岩力学特征影响的试验研究

利用RMT-150B岩石力学试验系统和GD-65/150高低温环境箱,对经历不同温度后煤系泥岩的力学特性进行试验研究,分析不同温度下煤系泥岩的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、变形模量以及泊松比受温度的影响。研究结果表明,不同温度下泥岩的力学特性有差异。随温度的升高,其峰值应力、峰值应变有不同程度的降低,其峰值应力从25℃时的9.153 MPa下降到55℃时的8.271 MPa,降幅为9.6%;峰值应变从25℃时的11.002×10-3下降到55℃时的8.249×10-3,降幅达25.0%。弹性模量随温度的升高逐渐减小,变形模量随温度的升高而增大,泊松比随温度的升高逐渐减小,由此得到各参数变量随温度的变化关系。研究成果可为深井高温软岩巷道的围岩控制提供理论基础。

综放采场走向压力分布规律及终采线位置确定

为合理确定综放采场工作面终采线的位置,以谢桥煤矿C_(13-1)煤一综放工作面为研究背景,采用相似材料模拟试验和现场测试,从煤层顶板运动、巷道煤层受力和位移、巷道深部位移、轨道上山支架受力、巷道支架受力和变形、工作面周期来压等方面,全面分析了综放采场走向围岩压力分布规律。结果表明,围岩压力峰值位置平均值为14．4m,超前影响距离平均值为66．8 m,在工作面前方平均29．2 m处,围岩矿压显现由缓和趋向剧烈,并将终采线位置确定在离轨道上山30 m处,比预先按传统设计的50 m缩短了20 m留设煤柱,经济效益十分显著。

分岔合并下伏煤层破碎顶板超前注浆加固技术

分岔合并下伏煤层分层开采中,上覆煤层的采动对底板有一定的破坏影响范围,导致下层煤工作面顶板破碎,严重影响下伏煤层的正常回采。针对淮北矿业(集团)有限责任公司许疃矿71煤与72煤分岔合并现象,通过理论分析和数值模拟分析了7118工作面采动影响下底板破坏深度的范围;通过室内力学试验确定了最佳浆液水灰比为1∶1,水泥-水玻璃体积比为1∶0.4～1∶0.6之间;设计了7225工作面顶板注浆参数和注浆孔布置;通过数值模拟、相似模拟综合分析了预注浆加固效果,注浆后煤壁及顶板稳定性明显增强,顶板控制效果明显。

急倾斜煤层锚网索巷道围岩活动规律研究

针对急倾斜煤层巷道支护现状,提出采用锚网索支护新技术对试验巷道进行支护改革.通过对试验巷道表面位移、围岩深部位移和锚杆(索)受力的现场监测,分析了试验巷道矿压显现活动规律,掌握了试验巷道在锚网索支护下的围岩变形规律,得出了在急倾斜煤层巷道采用锚网索支护是可行的.这为锚网索支护在急倾斜煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了科学依据,对改善急倾斜煤层巷道的维护有着积极的意义.

交通荷载下低路堤路基的动力响应

为分析交通荷载在低路堤及其路基中的扩散和传递变化规律,从路基土工程特性和耦合动力学的角度,建立路基动力分析耦合力学模型,推导出耦合运动方程,以江苏连盐高速公路为研究背景,探讨不同工况下路基的动力响应规律.结果表明:车重、路堤高度、加载方式、路面基层刚度对路基振动影响明显,而车速对路基的影响不大,并将数值解和现场实测值进行比较,验证了所建路基耦合动力模型及计算方法的可靠性.

许疃矿7_2煤工作面破碎顶板超前预注浆加固控制技术研究

论文以淮北矿区许疃煤矿71、72煤层为工程实例,根据其分岔合并、层间距变化大、采空区下顶板破碎等特点,采用实验室力学实验、现场实测、理论分析等方法,对71煤层开采后底板的破坏深度和工作面破碎顶板的有效控制方式进行了研究,设计了破碎顶板的注浆参数,并采用"更换钻头"与"跟管钻进"埋设注浆套管的新方法,解决了破碎顶板钻孔、埋设注浆套管困难的问题。并通过未注浆工作面与注浆工作面的矿压显现与巷道表面位移的对比,总结了顶板控制效果,得到72煤破碎顶板的有效控制技术,为淮北矿区72煤破碎顶板控制提供了理论依据。

薄煤层综采工作面液压支架适应性分析

为分析评价ZY5000/09/20型液压支架在422工作面的适应性,给安全生产提出合理的建议。将工作面支架分3个测区,通过综采记录仪对井下液压支架工作阻力数据进行采集、分组整理,对工作面支架工作阻力分布特征、初撑力分布特征、末阻力分布特征、M值分布直方图特点和支架运转特性进行分析对比。最终认为,该型号液压支架可以适应该工作面的生产条件;但该液压支架在工作过程中由于操作等原因导致初撑力较低,达不到设计要求;此外,在个别时期个别支架的两柱工作阻力差很大,不能做到同步承载。

坚硬顶板下极近距离煤层联合开采安全错距确定研究

为获得坚硬顶板下极近距离煤层联合开采的合理错距，以山西灵石某矿0908高档普采和1008综采两个联合开采工作面为工程背景，建立了不同错距下覆岩破坏特征模型，分析了顶板运动规律，实测了错距分别为20m、26m和35m时两工作面的压力显现特征。结果表明，合理错距与顶板周期来压步距有直接关系，坚硬顶板下极近距离煤层联合开采合理错距为顶板周期来压步距的1．6-2．0倍。

保护层卸压开采两煤层终采线合理位置确定

为了研究保护层开采过程中围岩应力分布演化及其对前方底板巷的动态影响规律,基于采动支承压力在煤层前方及底板内的演化规律,运用FLAC2D模拟分析了淮南矿区11煤作为13煤下保护层开采过程中在不同煤柱宽度下的采场围岩应力分布特点,并进行了巷道围岩变形监测。结果表明:下保护层开采过程中,留110 m煤柱可以减弱采动对前方底板巷道的影响,当开采上方解放层时,应避免两煤层终采线留设在同一位置,错距为30～50 m,可以减少采动应力叠加影响。

交通荷载下低路堤高速公路路面路基振动测试与分析

交通荷载的作用使得路面路基产生动力响应,为了掌握和分析交通荷载在低路堤高速公路路面路基中的振动响应,对连盐高速公路一低路堤工程段进行了现场测试,采用强震仪及动土压力盒测试在不同车型、不同车速工况下路面及路基不同深度的动力响应,根据对测试结果的分析,得出了一些有价值的结论,对今后指导低路堤高速公路路基设计和处理有一定的意义。

锚网索支护在急倾斜煤层巷道中的应用

针对急倾斜煤层巷道支护现状,在试验巷道探索采用锚网索支护技术。对试验巷道表面位移、围岩深部位移和锚杆(索)受力进行了现场监测,分析了试验巷道围岩变形规律。试验表明,在急倾斜煤层巷道采用锚网索支护是可行的,为锚网索支护在急倾斜煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了依据。

不同侧压系数下锚固力变化规律试验研究

通过室内拉拔试验,研究不同侧压系数下锚固失效形式及锚固力的变化规律。研究结果表明:不同侧压系数下锚固破坏以锚杆–锚固层界面脱黏为主,并部分伴有锚固层破碎、锚固层–钻孔壁脱黏;锚杆承受最大荷载随侧压系数的增大而增大,当侧压系数达到1.3时,锚杆所承受最大荷载达到最大值,之后随侧压系数的增大,锚杆所受最大荷载下降;黏结界面随锚固的破坏相继出现弹性变形区、塑性滑移变形区和脱黏变形区,径向荷载主要增加锚杆–锚固层界面塑性滑移变形区的摩擦力,从而增大锚杆拉拔最大荷载。

不同支护形式下急倾斜煤层巷道支护对比实验研究

针对急倾斜煤层巷道支护现状,结合具体工程实践问题,采用相似材料模拟实验,对相同条件下急倾斜煤层巷道采用工字钢支护、锚杆支护和锚(索)梁网支护3种支护形式进行对比试验研究,得出了不同支护形式下的围岩变形规律、以及不同支护形式在急倾斜煤层巷道条件下的适应性及支护机理,从而为急倾斜煤层巷道支护决策提供依据。