Control over Surrounding Rocks Deformation of Soft Floor and Whole-Coal Gateways with Trapezoidal Supports

In Gengcun Colliery, Yima Coal Group Co. Ltd.the characteristics of the gateways of thick coal seam and the coal seam is with fully mechanized sublevel caving mining are that the thickness of roof coal seam of gateways is larger, their surrounding rocks are the whole-coal mass and the coal seam is prone to Spontaneous Combustion. With the natural equilibrium arch theory, the reasonable adjacent distance of No.11 mine-type metal supports was calculated in trapezoidal gateways based on these characteristics. Then, in-situ supporting experiments were carried out. The results indicate that under the action of virgin rock stress, the width of broken rocks zone of surrounding rocks is 1.7–2.0 m in return heading and 1.1–1.3 m in going headway. And their surrounding rocks belong to the Ⅳ-type soften rock and the Ⅲ-type common surrounding rock respectively. Therefore, under the movable abutment pressure, the gateways deformation is serious. It is suggested that the designed gateways have to use pre-broadened cross section to suit their deformation. At the same time, the accumulated water on gateway floor must be drained in time. These measures were taken in the 1302 and 1304 coal faces in Gengcun Colliery, and the satisfactory results have been obtained.

连续梁拱组合桥梁边中跨比影响分析

连续梁拱组合桥梁主梁和拱肋协同受力,整体刚度大、跨越能力强。以三跨连续梁拱组合桥梁为工程背景,分析了边中跨比对桥梁内力、变形、支反力、自振频率、稳定等方面的影响。分析发现:桥梁主梁和拱肋的内力、变形,主梁边支点的支反力随边中跨比的增大而增大,且在恒载作用下边中跨比0.400时边支点出现负反力;桥梁自振频率随边中跨比的增大而减小;桥梁施工阶段稳定系数随边中跨比的增大而减小,成桥状态稳定系数随边中跨比的增大而增大,但稳定系数变化率均较小;连续梁拱组合桥梁的合理边中跨比建议在0.425~0.500之间。

特大跨度连拱隧道施工工序的关键块体理论优化分析

基于概率统计方法以不同的节理采集区域为单位,对特大跨度双向八车道金鸡山连拱隧道中导洞施工中出露的岩体节理进行精细化采集与描述,在此基础上,利用关键块体理论分析隧道正洞施工过程中可能产生的最危险关键块体。对比分析不同开挖与锚喷支护顺序对关键块体安全系数的影响,对隧道施工工序进行优化分析。结果表明:在金鸡山隧道正洞施工过程中,隧道侧壁产生的块体基本能够自稳,而隧道顶部则可能产生体积较大的关键块体;采用双侧壁导坑法施工时,优先开挖支护单个洞室的右侧导坑则能够减小施工过程产生关键块体的数目与体积。研究结果为特大跨度双向八车道金鸡山连拱隧道的安全施工提供指导。

组合拱支护理论在软岩巷道锚喷设计中应用

矿井巷道的锚喷支护参数设计时,通常采用工程类比法进行设计,但可能经济上不合理,为了使支护结构尽可能得到优化,从而达到支护费用相对最低的目的,应用组合拱理论对锚喷支护参数进行计算分析,可得出比较合理的参考值。在内蒙古大雁三矿井下巷道设计实践结果表明,组合拱理论是优化软岩巷道锚喷支护参数行之有效的方法之一。

梅子沟联拱隧道中导洞锚喷支护FLAC模拟研究

梅子沟联拱隧道处于复杂的浅埋地层环境中,其穿越地层多数为强风化与全风化地层。根据联拱隧道动态设计施工的实质内容和新奥法施工原理,采用三维有限元差分法(FLAC)对梅子沟隧道中导洞锚喷支护设计进行了力学响应动态模拟,并分析了锚喷支护机理以及围岩体应力场和位移交形状况,由此提出了联拱隧道合理的施工工序。

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202(3)上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了"适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度"等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。

软岩井巷喷射混凝土抗渗机制及模拟试验研究

针对豫西滑动构造区软岩巷道在喷射混凝土支护条件下的抗渗性能问题,从立方定律基本理论着手,结合地下水层流渗透特点,按照不同的施工条件进行了黏结面渗透性能的模拟试验,并导出了相应的计算公式。通过试验结果的对比和分析,可以清晰了解到岩性、粗糙度、界面剂和大型刻槽等各种影响因素之间相互作用的过程和机理。即:(1)黏结面作为结构上的薄弱面,其渗透性要远远大于岩体和混凝土本体的渗透性,而粗颗粒软岩黏结面的渗透性也要远远大于相应的细颗粒软岩;(2)限制岩体结构面的粗糙度、使用各种界面剂以及布置适当的人工刻槽均能提高黏结面的抗渗性能;(3)岩体结构的荷载条件是黏结面渗透性能的一个重要影响因素。

基于修正普氏拱的巷道锚杆支护技术

为了对受到较大水平应力的巷道进行有效的支护,本文在考虑水平构造应力作用情况下,假设巷道周边的岩体为松散破碎岩体,分析了巷道周边自稳结构的形状,得到开挖巷道周边最终形成的修正普氏拱的方程.在此基础上,推导出巷道顶部和两帮的破碎范围与松动压力计算公式,为巷道的加固范围和支护强度计算提供了理论依据。在神火矿区新庄矿现场地应力测量值基础上,采用以上理论,进行巷道的锚杆支护设计,得到了很好的支护效果.并采用YZT-Ⅱ型岩层钻孔探测仪观测巷道周边的破碎状况,测量结果与采用修正普氏拱理论计算结果接近.

大断面下山煤巷围岩稳定性控制技术

为了解决寨崖底煤矿大断面煤巷下山支护困难的问题,根据自然平衡拱理论建立力学模型,从理论上分析了下山围岩的受力状况,并采用数值模拟软件FLAC3D分别对3～6 m不同巷宽和巷高条件下围岩的变形破坏规律进行研究。在此基础上,确定了大断面下山煤巷的2个受拉破坏区域为关键部位,提出了大断面下山煤巷整体稳定、关键部位重点加强的稳定性控制措施。实测结果表明,采用HRB335高强度锚杆配合17.8 mm小孔径预应力锚索的稳定性控制技术,可以使下山煤巷围岩变形量控制在120 mm以内,确保下山煤巷围岩的稳定性。

全封闭U型棚架与锚网喷注联合支护技术研究

针对淮南地区邹庄煤矿3024采区瓦斯抽放泵硐室的支护出现失稳变形这一情况,文章分析了支护失稳变形的破坏机理,提出了复杂围岩条件下的全封闭U型钢架及锚网喷注的联合支护方式,现场应用65d后支护变形趋于稳定,表明该支护形式在复杂围岩条件下能够有效控制动压巷道围岩变形。

锚杆支护作用机理分析及其设计方法的适用性

分析了锚喷支护设计中基于组合拱理论的两种比较流行的设计方法及适用条件,说明了巷道的岩性、断面形状等对于锚喷支护参数的影响。通过实例阐明不同的围岩变形状态,应采用不同的设计理论计算方法来确定锚杆的长度和支护密度。

回采平巷架网喷联合支护技术应用实践

通过对耿村矿1301工作面回采巷道进行分析,提出了架网喷联合支护,利用自然平衡拱理论对支护参数进行了选择。经井下试验表明:该支护能够满足生产需要,可以在全煤巷道中推广应用。

大断面煤巷锚网索联合支护安全技术研究

结合某大断面巷道(断面面积34.125m2)的现场工程实际,采用自然平衡拱理论计算围岩塑性区破坏深度,并据此设计锚杆索支护相关技术参数。采用FLAC2D数值模拟和现场工程实测等方法验证支护的合理性和科学性,现场工程实测表明:巷道开掘50m后,巷道变形趋于稳定,顶底板累计变形量为114mm,两帮累计移近量为91mm,满足安全生产需求,巷道稳定性较好。

滑镁岩巷道破坏原因及治理对策分析

滑镁岩松软、破碎,极易受潮膨胀,其中掘进的巷道密集支护钢拱架也常发生顶角、底角及帮梁弯曲,巷道底臌。为了探索该类巷道地压显现的规律及治理对策,应用结构力学简析钢拱架弯曲原因,应用FLAC^(3D)模拟巷道开挖、支护、底板开槽卸压过程及巷道地压变化规律。结果表明:滑镁岩岩体强度低、自承能力弱是其容易失稳、破坏的根本原因,围岩遇潮膨胀是钢拱架等无预应力支护体破坏的直接原因;预应力锚杆、索网喷联合支护并底板开槽卸压是治理该类巷道地压显现的有效方式。

有色矿山常用巷道断面受力分析及支护研究

矿山巷道在支护设计中,围岩级别变化较大,同一矿山巷道,经常碰到Ⅰ-Ⅴ级围岩无序出现的情况,富水岩层、溶洞、破碎带等不良地质情况也时有发生。要做到矿山建设的精细化管理,巷道的支护设计和施工是个非常重要的方面。本文结合巷道断面净宽B0=3m,B0=5m和B0=10m三种矿山中常见的断面形式,对各断面喷锚网支护、钢筋混凝土支护、钢拱架支护等支护方式进行受力分析和支护设计,使大家对各种断面巷道的支护强度有个概念性的认识,方便在现场设计时根据不同断面形式、不同围岩情况快速确定合理的支护方式。

深部三软煤层支护体系建设研究

超化煤矿工作面两巷和采动影响区域巷道均采用郑州矿区常规的U型钢支护方式。随着采掘地点不断延深,两巷架棚巷道150 d的顶底板表面位移量达到720 mm,出现了前掘后扩现象。因此超化煤矿开展了深部三软煤层支护体系建设研究工作,基于自然平衡拱理论通过分析围岩的工程地质条件,优化支护参数,率先在郑州矿区试验了三软煤层全锚网支护。经过现场实施、效果观测,深部三软煤巷150 d的顶底板表面位移量由U型钢支护的720 mm降低到锚网支护的413 mm,建成了与矿井围岩地质相匹配的深部三软煤层支护体系,延长了巷道维修周期,为郑州矿区其他三软煤层矿井提供了参考。

爆破-锚喷联合支护技术研究

为解决梁家煤矿煤2巷道的冒顶和底鼓现象,根据自然拱及爆破理论,针对煤2巷道由断面形状引起的巷道拱形两侧出现的应力集中现象,提出一种爆破-锚喷联合支护的方案,在巷道45°及135°斜上方一段距离进行爆破:一方面对应力集中区起到卸压作用;另一方面在巷道45°及135°斜上方的顶板范围内形成自然拱,充分发挥围岩的自撑能力,使拱内成为卸压区,降低支护强度。通过应用FLAC^(3D)数值模拟软件对爆破-锚喷支护方案进行模拟,数值模拟结果显示,这种新的支护方案很大程度上解决了煤2巷道的冒顶和底鼓现象。并通过矿压检测确定新支护方案的可靠性,为煤矿的安全高效生产提供了技术支持。

基于3D-σ数值模拟的锚喷支护机理解析

根据联拱隧道动态设计施工的实质,结合某在建隧道工程,采用3D-σ对隧道中导洞锚喷支护设计进行了力学响应动态模拟研究,并分析了锚喷支护机理以及围岩体应力场和位移变形状况,并由此提出了联拱隧道合理的施工工序,用以指导隧道施工,取得了较好的经济效益。

弹性边界下圆弧拱的自由振动分析

工程中圆弧拱的边界不能总被简化为理想的简支或固支形式。为了研究弹性支承对圆弧拱自由振动特性的影响规律,将力、位移等变量无量纲化。根据平衡方程和坐标转换推导得出极坐标下圆弧拱在水平、竖直和转动方向支撑条件为弹性时的边界条件方程。并采用考虑弯曲和轴向变形而忽略剪切变形及转动惯量的自由振动的运动控制方程。运动方程在边界条件情况下,其解仅为关于矢跨比f,细长比s和无量纲刚度阵[K]的函数。采用Runge-Kutta法和行列式搜索法求解运动方程的特征值即无量纲频率Ωi以及特征向量即振型。通过计算发现,与理想支撑相比,弹性支承情况下细长比s对拱自振频率的影响要明显下降。理想支撑情况下圆弧拱的自振频率越高,则弹性支承对其自振频率的影响越小。与水平和竖向弹性支承相比,转动方向弹性支承仅对圆弧拱基频有较大影响。

深井高应力破碎岩体支护技术研究与应用

近年来我国金属矿山逐步进军超千米深井开采序列,采矿过程中如遇破碎岩体,在高地应力作用下易造成深部井巷工程持续变形破坏。鑫汇金矿-1070 m巷道围岩破碎、风化严重、稳定性极差,造成巷道的掘进与支护施工难度大、成本高,同时也增加了安全隐患。为此,采用地质雷达探测和钻孔摄像相结合的方式进行了围岩松动圈检测。提出了爆破开挖后及时封闭围岩防止围岩风化的工艺措施,并通过对其施加高预紧力(300 N·m)来实现喷锚网柔性主动支护。同时提出了巷道全断面二次支护方案及措施,通过围岩注浆和协同锚固技术使围岩形成组合拱结构共同抵抗地层压力,保证了支护后期围岩稳定。鑫汇金矿生产实践表明:现场支护结束1 a来,-1070 m巷道完整良好,经济效益显著。