围岩松动圈理论在某矿巷道支护优化中的应用

云南某铁矿山深部巷道变形严重,巷道经多次反复支护后未达到理想支护效果,给矿山安全生产带来隐患。为优化巷道支护效果,确定合理的支护参数,基于围岩松动圈理论计算分析巷道支护现状,选取对支护影响较大的3个因素设计正交试验,运用FLAC3D软件进行数值模拟。结果表明:巷道变形破坏的原因为形成的围岩松动圈等级同支护参数间的不匹配所致;在锚杆长度、锚杆间排距、喷层厚度3个因素中,喷层厚度对支护效果影响最大;在一定科学取值范围内,混凝土喷层厚度越大、锚杆长度越小、锚杆间排距越大,巷道顶板、两帮位移量越小,支护效果越好;最后,提出选用长1.8 m的锚杆、锚杆间排距1.0 m×1.0 m、喷射混凝土厚度100 mm的最优参数对巷道进行锚网喷支护。

基于自感知纤维增强复合材料锚杆的隧道围岩松动圈识别

隧道围岩变形和松动圈厚度是隧道结构设计的重要考虑因素和安全运营的重要参考依据,现有的松动圈识别方法和隧道围岩变形测量手段多停留在检测层面,缺乏长期实时监测方法.为此,研发内嵌光纤的自感知纤维增强复合材料(FRP)锚杆,提出基于内嵌光纤自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统,可以实现对围岩变形立体化、全天候的实时监测;结合监测数据与理论分析,提出隧道围岩松动圈的识别方法,并将该智能监测方法应用于广汕高铁陈塘隧道.研究结果表明:自感知FRP锚杆能够精准探知现场施工对围岩变形的影响规律,型钢钢架对隧道围岩的支护作用较为突出;监测数据可以实时反映自感知锚杆的受力规律,从而准确识别隧道不同位置围岩的松动圈厚度;基于自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统将在隧道运营过程中持续、实时监测隧道围岩的变形,为隧道全生命周期的结构安全提供高技术保障.

大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护方法优化研究

针对大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护不合理导致巷道变形严重问题,采用现场监测、数值模拟与实践相结合对迎采动掘进巷道支护优化方法进行了研究。结果表明:原支护条件下,迎采巷道以顶板及两帮松动破坏为主,最大破坏深度达1.58 m,需要加强支护;迎采巷道“锚杆+锚索+钢筋梯子梁”加强支护方法,随着工作面的推进,巷道顶板塑性区面积减小53.3%~59.7%,两帮塑性区面积减小49.1%~58.8%,应力峰值显著降低,满足迎采巷道稳定要求。通过现场实践,巷道加强支护后,顶板下沉量减小69%,煤柱帮位移减小68%,回采帮位移减小67.7%,巷道支护效果显著。

巷道全生命周期锚杆轴力规律研究

巷道锚杆轴力监测可作为判断围岩稳定性的依据。以某矿工作面辅运顺槽为研究对象,采用锚杆无损检测技术和锚杆测力计相结合的手段,获得了巷道全生命周期锚杆轴力的变化规律,结果表明:在巷道掘进初期,受巷道围岩应力重分布的影响,锚杆轴力呈上升趋势;随着巷道的不断掘进,进入稳定期后,锚杆轴力趋于稳定;在工作面采动期间,锚杆轴力再次呈上升趋势,且随着工作面的不断推进,上升趋势也逐渐明显。通过锚杆轴力的变化情况可以获取巷道围岩稳定性,以此来为巷道支护参数优化提供依据。

水文地质复杂矿井首采面矿压规律及围岩裂隙发育研究

针对红一煤矿矿井水文地质复杂、断层多、采掘工作面涌水量大、导水断裂带发育等问题,以首采面1150401工作面为例,通过相似材料模拟试验的方法,从煤岩物理力学参数测试、两顺槽围岩松动圈探测及支架工作阻力分析,研究得出首采面初次来压、周期来压步距、超前采动影响范围及超前采动裂隙发育情况。研究结果为红一煤矿乃至红墩子矿区安全生产、防治水工作提供了重要的技术支撑。

王庄煤矿大断面回采巷道支护参数优化分析

王庄煤矿7112工作面大断面巷道因支护参数不合理,导致的巷道变形严重。拟采用现场监测、理论分析与数值模拟等方法,优化巷道支护参数;分析表明,大断面巷道围岩以两帮及顶板松动破坏为主,最大破坏深度达1.58 m。大断面巷道支护参数优化后的支护参数为,顶锚杆长度为2.6 m,间排距为0.85 m×0.85 m,顶锚索长度为8.3 m,采用“3-2-3-2”布置方式,间距分别为1.5 m、2.5 m。现场应用表明,上述支护措施能有效控制巷道围岩变形量,其中,顶板下沉量降低了59.2%,底板底鼓量降低了51.6%,煤柱帮移近量降低了59.1%,回采帮移近量降低了61.3%;大断面巷道变形得到了有效控制,可为类似大断面巷道支护提供工程指导与借鉴。

巷道跨度及采动应力对围岩松动圈影响的测试与分析

巷道设计在很大程度上是支护设计,而围岩松动圈作为支护设计的依据,进行现场实测是最可靠的方法。采用地质雷达对榆树岭煤矿进行松动圈测试,探究巷道跨度、采动应力等因素对围岩松动圈的影响。测试与分析结果表明:下5煤层巷道全断面松动圈均小于2.0 m,为中等松动圈,而水平应力远大于垂直应力是顶板松动圈大于两帮松动圈的原因;巷道跨度对围岩松动圈的影响并不显著,在5.0~11.5 m跨度范围内,松动圈增幅5%~15%,因此4~8 m跨度范围内巷道采用相同支护方案时,可优化锚杆与锚索预紧力来保证巷道稳定;沿空掘巷一次采动影响后,全断面松动圈均超过2.0 m,松动圈增幅15%~22%,可作为沿空掘巷煤柱留设宽度的依据;围岩松动圈范围内的破碎区较易识别,而裂隙区的判断则需要结合经验或2种以上测试方法进行综合分析判断。

深埋隧道围岩松动圈探测技术研究与数值模拟分析

围岩松动圈支护理论已被工程界广泛认同和接受,如何准确快速地探测松动圈深度更好的为工程服务,成为大家所关注的问题。以新建兰新铁路大梁隧道现场试验为依托,对测试断面围岩松动圈深度采用单孔声波测试法、地质雷达法进行探测,结合现场地应力及岩体物理力学参数实测结果进行数值模拟分析可知,以单孔声波测试法结果为基准,地质雷达测试结果与声波法测试结果基本一致,在围岩含水区域测试结果存在一定偏差,地质雷达发出的电磁波对含水区域比较敏感,发射和接收干扰较大,但地质雷达作为一种快速、无损的检测方法应该得到大力推广应用。由于数值计算时没有考虑爆破对围岩松动圈的影响,其计算结果与声波法探测结果相比偏小,但是两者的变化趋势基本上是一致的。数值计算应以现场地应力及岩体物理力学参数测试结果为依据,使计算结果更加真实,更好地为工程决策服务。

基于围岩松动圈理论的锚杆支护技术研究

现有锚杆支护参数确定多依据工程类比法,支护方案的确立缺少科学理论依据。因此,通过分析围岩松动圈原理,并应用超声波探测金川Ⅲ矿1554和1220m水平运输巷道的围岩松动范围。依据围岩松动圈测试结果,确定支护参数和支护方案,并通过数值模拟进行支护效果分析。研究结果表明,超声波能够探测围岩松动范围;围岩松动圈理论指导锚杆支护参数的确定是合理可靠的。

大松动圈破碎围岩二次注浆加固试验研究

为解决赵庄煤矿高地应力条件下松软破碎围岩巷道持续变形的问题,通过理论分析、试验模拟和现场观测的手段对二次注浆加固进行研究,基于松动圈理论,采用地质雷达探测技术、深浅孔原位复注浆技术及锚注加固技术,在西翼南回风巷原有的锚网索支护基础上进行了全断面二次注浆加固试验。采用数值模拟以及巷道变形量观测的方法对支护效果进行检验。结果表明:二次注浆加固提高了围岩的整体强度,塑性区大幅减小,形成了复合承载结构,实现了锚固体与破碎围岩共同承载和自承载,可有效解决破碎围岩的持续变形问题。

破碎围岩巷道锚杆支护优化研究

破碎围岩巷道支护重点是保证围岩的整体稳定性,然而现有巷道锚杆支护设计多依据工程类比法,不能适应破碎围岩巷道的支护参数确定。通过对金川Ⅲ矿1 554水平运输巷道进行超声波探测,确定了围岩松动范围,并以此确定锚杆支护参数。数值模拟研究发现,围岩松动范围能够指导锚杆支护参数的确定;依据松动圈测试结果减小锚杆长度、增加支护密度能够取得很好的支护效果,保证了围岩的整体稳定性,同时减少材料消耗、节约支护成本。

崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控

崩塌松散围岩隧道施工中常遇到山体整体稳定和掌子面塌方等技术难题,结合桑州岭隧道工程,对浅埋隧道的锚杆加固进行理论分析,对隧道开挖过程中山体稳定进行监控,并对掌子面塌方进行了成功预报,指出松散围岩中蓄水层对掌子面稳定的影响,所得结论对崩塌松散围岩的施工有较好的指导意义。

近距离煤层采空区下回采巷道矿压显现规律研究

为了研究近距离煤层采空区下回采巷道在回采期间矿压显现规律,对回采工作面巷道围岩结构、围岩变形和松动圈大小进行了现场监测。通过监测结果分析得出,煤柱帮主要由煤和少量泥岩组成,裂隙发育,破碎严重。顺槽两帮最大移近量为0.49 m,顶底板最大移近量为0.41 m。未受采动超前支承应力的影响前巷道松动圈最大为1.3 m,受影响后增加至2.2 m,工作面超前支承压力影响范围为30m。

隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试

诸多经验表明,深部巷道的松动圈的分布特点将对支护设计有重要影响。为确定我国华东某铜矿山隔离矿柱回采时,充填体下新开挖的出矿巷道所需预留的顶板厚度及其支护方式,需要了解巷道周边松动带的范围,确定巷道围岩的不稳定区域。通过对松动圈理论及影响松动圈范围因素的研究,制定合理的松动圈测试方案,利用RSM-SY5声波仪对矿山隔离矿柱巷道围岩进行松动圈现场测试,并对测试结果进行分析,得出沿孔深方向的波速变化曲线(即VP-L曲线)及巷道围岩松动圈范围的截面图;根据松动圈支护理论及松动圈测试结果,对矿山隔离矿柱巷道围岩稳定情况进行研究及分析,并给出支护建议。实践表明,松动圈测试作为岩石内部变形的监测手段,能够全面且真实地反映矿山巷道的破坏情况及其随着回采过程的破坏趋势,可为评价巷道稳定及巷道变形支护提供科学的指导。

围岩松动圈支护理论在煤巷支护设计中的应用

根据围岩松动圈支护理论，在屯兰矿12501运输巷道内应用 PHD-2型松动圈测试仪进行围岩松动圈范围测试，确定松动圈厚度值LP 并进行松动圈分类。由测试结果可知，巷道围岩松动圈厚度在1．3～1．5m之间，属于中松动圈Ⅲ类一般围岩，应按照悬吊理论设计支护参数，从而确定适用于巷道地质条件的支护方案。通过对支护方案进行现场试验并监测巷道表面位移量，证明巷道变形量小，顶底板最大移近量小于26mm ，两帮最大移近量小于36mm ，围岩保持稳定。这表明根据围岩松动圈理论设计巷道支护方式及参数是合理可靠的，为屯兰矿巷道支护设计提供了技术参考。

基于玻璃纤维锚杆微应变测试的软岩隧道松动圈测试技术及应用

为解决软弱破碎围岩地层隧道松动圈测试的难题,分析现有松动圈测试技术现状,以全长黏结型玻纤锚杆为载体,提出一种适用于破碎软岩隧道的围岩松动圈测试技术。该测试技术以锚杆微应变变化趋势为基础,结合锚杆中性点理论,可大致确定围岩松动圈范围。将该技术应用在大(理)临(沧)铁路杏子山隧道破碎炭质板岩大变形地段进行验证,结果表明:全长黏结型玻璃纤维锚杆在松动区可与软弱破碎围岩有效协调变形,锚杆微应变变化趋势与中性点理论相符,采用锚杆微应变变化趋势表征围岩松动圈范围合理可行。同时该技术测试精度可通过调整沿锚杆长度粘贴应变片的密度来控制,有效弥补传统物探松动圈测试技术对岩体要求高的问题,在软弱破碎围岩地层中具有较好的操作性和适用性。

高应力作用下大变形破碎巷道稳定技术

以龙煤集团城山煤矿3B~#煤层的回采巷道支护问题为背景,针对深部大采高巷道变形大,松散破碎等问题,以现场煤岩特性测试、力学实验等为基础,借助数值模拟研究巷道围岩变形破坏。结果表明:3B~#煤层的松动圈范围为0.6~1.2 m,属于中松动圈,煤体在松动圈内较为破碎,围岩破坏以竖直方向上的剪切破坏为主。通过比较各支护方案下巷道围岩的位移、应力、变形情况,提出采用增加巷帮锚索支护以及对煤柱的锚索加强支护方式来控制巷道变形。现场观测证明,该方案能有效的控制巷道顶底板、两帮的变形,控制巷道的断面收缩率为23.5%,保证巷道的正常使用。

超埋深高应力复杂地层巷道围岩损伤分区与承载结构特征研究

巷道围岩损伤分区与承载结构是巷道岩层控制与支护设计的重要依据。以云南某深井开采矿山1 500m埋深巷道为例,采用弹塑性理论分析、松动圈测试和数值模拟相结合的方法,研究了不同地层巷道围岩的损伤分区和承载结构特征,分析了不同围岩承载结构的差异及其与巷道稳定性的关系。结果显示:(1)巷道围岩松动圈深度范围为0.9~1.9 m,平均为1.38 m;灯影组、宰格组、大塘组和摆佐组松动圈平均深度分别为1.7 m、1.15 m、1.17 m和1.5 m。(2)数值模拟揭示巷道围岩破碎区深度范围为0.92~1.63 m,平均为1.20 m;塑性区深度范围为1.48~2.50m,平均为1.87 m;不同地层围岩损伤区深度由大到小排序为灯影组>栖霞—茅口组>宰格组>大塘组>摆佐组。(3)不同地层围岩承载区厚度差别不大,但承载区深度存在明显差异;关键承载区厚度范围为1.09~1.34 m,平均为1.28m;关键承载区的内边界深度范围为1.22~2.18 m,平均为1.58 m;不同地层围岩关键承载区深度由大到小排序为灯影组>栖霞—茅口组>宰格组>大塘组>摆佐组。研究表明:在巷道规格及所处环境相同条件下,岩体强度是影响围岩承载结构和巷道稳定性的最主要因素;岩体强度越大,承载区深度越小,损伤区深度越浅,围岩变形量越小,巷道越稳定;对于锚杆支护,锚杆有效长度等于围岩关键承载区的内边界深度是比较合理的取值。

矿山巷道锚杆支护参数的设计方法

巷道围岩力学性质参数取值不准,造成锚杆支护参数设计不合理,锚杆作用未能充分发挥,支护材料浪费和支护成本偏高。基于岩体力学理论、巷道围岩松动圈支护理论和锚杆支护原理,利用现场监测对锚杆支护参数进行设计,有助于充分发挥锚杆支护的优越性。针对陕西某矿巷道条件,介绍了围岩松动圈厚度和锚杆承载力的监测,并以此为依据设计锚杆参数的方法。应用表明,用此方法确定锚杆支护参数,支护效果好,降低了支护成本,为现场选择锚杆支护参数提供一种思路和方法,具有很好的推广价值。

分层鱼群优化支持向量机预测巷道围岩松动圈厚度

为了及时掌握巷道围岩松动圈的厚度,以便采取措施控制围岩的安全性,采用基于最大间隔算法的支持向量机进行预测。考虑支持向量机的性能很大程度依赖于参数的选择,提出改进的人工鱼群算法优化支持向量机的参数,以取得更好的准确度。首先对基本人工鱼群算法增加了种类分层和交叉变异,然后以此优化的参数对考查数据进行支持向量机回归预测。通过人工鱼群行为和参数的改进,扩大了搜索空间,增加了全局优化的稳定性,克服了人工鱼群后期寻优速度慢等问题。对某巷道围岩松动圈厚度监测与预测结果表明:该模型的预测精度较高,缩短了寻找参数的时间,泛化性能提高,收敛加快,可以有效地指导巷道围岩安全性的监测。