顶板围岩动态活动机理及监测研究

煤矿巷道顶板围岩动态活动机理及监测方法的研究对煤矿安全生产具有重要意义。通过对围岩动态活动机理的深入研究和监测方法探讨,可以有效预防煤矿中的动力灾害,确保矿井生产和矿工生命安全。从安全的角度出发,分析了煤炭开采过程中的地层力学行为、微震信号生成机制、磁辐射机制等原理,对围岩压力变化的动态分布进行讨论,总结了压磁监测的研究现状及未来研究重点,设计了巷道顶底板移近量监测系统,以监测和预防煤岩顶底板动态灾害发生。

大断面砂质板岩隧道围岩动态设计分析——以道吾山特长隧道为例

通过现场取样得到的试样组围岩单轴饱和抗压强度数据,进一步计算出该试样组数据平均值与标准差,采用试样组数据标准差除以平均值得到试样组数据变异系数。之后采用统计学公式,计算试样组数据围岩饱和抗压强度修正标准值,同时考虑地下水、主要软弱结构面产状及初始应力状态等修正因素的影响,针对岩体基本质量指标BQ值进行修正,得出岩体基本质量指标修正值[BQ],结合岩体的定性特征进行综合评判,确定围岩详细分级,从而建立起隧道围岩动态设计体系。

山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

山岭隧道施工阶段的围岩动态分级以开挖揭露的围岩为评价对象,随着隧道开挖支护循环动态进行。由于隧道施工的时效性,要求围岩分级不仅要合理且其评价指标要取值简便、实施过程快捷。以岩体结构控制论为基础,选取岩块强度、结构面发育特征和岩体结构特征作为基本分级因素,选取地下水、地应力发育状态和不利结构面产状影响作为修正因素;采用Bieniawski模型作为数学模型,并给定各因素权重;用字符RMD表示围岩动态分级各因素的评分,并给出各因素的定性特征和定量指标及其对应的评分区间;总评分采用百分制,并等分为五级,从差到好依次对应Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级和Ⅰ级围岩。结合河北省境内若干条山岭隧道的2000余幅掌子面的围岩分级实践,将本方法与国标BQ法进行了比较。结果表明:RMD评分与[BQ]值呈线性关系,其分级结果与BQ法有较高的一致性。

金川矿山围岩动态演化及其力学参数研究

针对目前金川岩体力学研究中存在的问题,提出用系统论方法,分析不同部位不同时间岩体特征参数的测试试验结果,尤其是地应力场和岩体结构特征,研究岩体动态演化规律。岩体诸特征参数从不同侧面共同反映了岩体系统的特征,根据它们之间的相关关系,用某些简单且易获得的参数来确定那些难以获得的参数。地应力场和岩体结构是金川矿山工程岩体的主要控制因素,但岩体结构又明显受应力场控制,岩体特征及其演化是地应力场作用的结果,用之确定岩体力学参数及其时空变化特征反映了金川岩体的本质。弹性波速度是岩体诸要素的综合反映,用之研究岩体力学性质的时空变化特征及确定力学参数,简便可行。

大跨度公路隧道围岩动态分级的Bayes优化

基于贝叶斯统计理论,充分重视隧道掌子面相同或相似工程岩组已有的围岩分级信息,建立围岩质量指标[BQ]的先验分布和后验分布的概率模型,推导出围岩质量指标[BQ]的后验分布超参数的计算表达式,获得围岩质量指标[BQ]的可信概率为1-α的可信区间,并据此对公路隧道施工阶段的围岩动态分级进行优化。通过某大跨度公路隧道的若干个掌子面的围岩动态分级实践和应用,验证了贝叶斯优化方法的可行性。结果表明:基于贝叶斯优化方法进行的隧道掌子面围岩动态分级有效降低了施工阶段围岩分级的主观差异,据此进行的围岩级别划分更加合理。

基于超前地质预报的隧道围岩动态分级预测方法探讨

在隧道工程中,较为准确地预测前方围岩级别,对调整支护结构以及确保施工安全顺利进行有着重要的意义。本文以椿树垭隧道工程为实例,采用公路隧道围岩分级方法,并结合TSP探测法、地质雷达法和工程地质推断法对隧道围岩进行了动态分级预测,结果表明:围岩动态分级预测所得结果与实际开挖情况较为吻合,能够有效地指导设计施工的顺利进行。

综放工作面围岩动态及液压支架载荷力学模型

在研究综放开采支承压力分布特征和上覆围岩及基本顶的运动性态的基础上，分析了直接顶弱化程度（剪切裂隙穿透度）和顶煤完全破坏区宽度对工作面矿压显现特征的决定性影响．在此基础上建立了综放工作面液压支架载荷计算的力学模型．给出了直接顶不同弱化类型，基本顶长岩梁型和窄岩梁半拱失稳条件下支架载荷和顶煤完全塑型区的计算公式和实例．指出，估计直接顶裂隙度和顶煤破坏区宽度是综放工作面控制及优化设计的主要依据．

大跨度公路隧道围岩动态分级的Bayes优化

基于贝叶斯统计理论,充分重视相同或相似工程岩组已有的围岩分级信息,建立[BQ]的先验分布和后验分布概率模型,推导出[BQ]的后验分布超参数的计算公式,获得[BQ]的可信概率为1-α的可信区间,并据此对围岩动态分级进行优化。通过某大跨度公路隧道工程实例的应用,验证了该优化方法的可行性。结果表明,优化后的围岩分级有效降低了围岩动态分级结果的主观差异,据此进行的围岩定级更加合理。

超前地质预报在隧道围岩动态分级预测中的应用

隧道的围岩等级直接影响到施工的开挖方法、支护结构的确定以及隧道的施工安全等诸多方面。在目前的隧道工程中,准确地预测前方围岩的等级仍然是一个重点和难点。以长桥隧道工程为实例,先后采用TGP探测法、SIR-20地质雷达探测法、掌子面编录法3种超前地质预报方法,由远到近,由粗到细地对隧道围岩的等级进行动态预测。实际开挖结果表明:该动态预测方法具有较高的准确性,可以有效地指导隧道安全施工。

三台顶隧道围岩动态监控量测数据分析

目前，新奥法在隧道设计和施工中已得到广泛应用，监控量测技术是现代隧道新奥法施工的重要组成部分，是监控围岩与结构稳定性的重要手段。采用新奥法进行隧道施工时，对于Ⅳ级以上围岩隧道，施工监控量测是必不可少的，它是确保初期支护安全，合理确定二次衬砌施作时间的关键工序，

基于围岩动态分级的隧道底部支护优化与稳定性研究

在对以往隧道工程进行调研的基础上,确定合适的围岩动态分级方法后,采用围岩分级后的岩石力学参数在承赤高速进行现场试验与监测得出平底隧道支护符合稳定要求。并根据霍克布朗准则,通过FLAC3D有限差分软件对比不同隧道底部模型的拱顶沉降、拱底隆起和二衬应力得出:Ⅳ1级围岩下隧道两个模型的竖向位移变形值相差不超1 mm,平底隧道的二衬与仰拱隧道二衬在承载应力上差距较小。故Ⅳ1级围岩下取消仰拱,采用平底隧道的形式具有可行性。其他类似工程可借鉴于此研究成果。

山岭隧道围岩动态分级研究

以鹞子岩(山岭)隧道区域地质及基础勘察设计资料为依据,选取因素评价指标,通过综合超前地质预测预报与实际开挖情况相结合的方法,建立了隧道围岩动态化分级体系;对BQ法围岩分级进一步优化及动态调整。工程实践表明:该动态分级体系对掌子面前方围岩情况实现精准预测分级有较强的实用性。

地质雷达用于公路隧道围岩动态分级预测的探讨

在公路隧道工程中，能够较准确地预测前方围岩等级，无论是对于调整支护结构还是确保安全施工的顺利进行都有着非常重要的意义。本文采用地质雷达法，以大干溪Ⅲ号隧道工程为实例，对公路隧道围岩级别进行了动态分级预测，结果表明：采用地质雷达法的围岩动态分级预测所得结果与实际开挖情况较为吻合，能够有效地指导施工的顺利进行。

长梁山隧道施工控制测量及围岩动态监控

介绍长梁山隧道东沟斜井工区施工控制测量管理、测量技术和方法，大胆地应用在长大隧道的施工控制测量之中。

初支混凝土硬化特性与围岩流变耦合作用机制

喷射混凝土作为初期支护重要组成部分广泛应用于隧道工程。深埋软岩隧道开挖时,喷射混凝土硬化特性及围岩流变效应均于时间有关,使得围岩变形及结构受力错综复杂。基于此,该文建立了考虑喷射混凝土硬化特性与围岩流变效应的耦合解析模型,阐明了流变岩体隧道“支护-围岩”动态演化机制,分析了喷射混凝土设计参数、隧道工程参数及围岩流变特性等对“支护-围岩”动态作用的影响机制,并通过具体实例探讨了不同支护类型的时效支护特性。分析表明:喷射混凝土施作初期刚度较低,在围岩流变特性及开挖空间效应下围岩变形速率大,而喷射混凝土承担荷载较不考虑其硬化特性时要小,对于流变岩体隧道宜采用早强混凝土限制围岩早期变形;围岩流变荷载与喷射混凝土刚度均随时间逐渐增大,不考虑围岩流变效应会低估喷射混凝土对围岩变形控制效果及所承担荷载水平;型钢钢架+喷混支护体系刚度较大有利于限制围岩变形,格栅钢架+喷混支护刚度较小更利于围岩应力释放;隧道支护时机的选择应综合考虑围岩流变效应、支护类型、喷混硬化特性、隧道掘进速率的影响,进一步给出了不同支护类型的支护时机-掘进速度的极限关系曲线。研究成果可为类似隧道工程支护设计、施工提供理论依据。

隧道围岩破坏过程数值模拟方法研究

从理论上分析了隧道围岩渐进性破坏机理,以江西某隧道Ⅴ类围岩为背景,基于离散元理论,模拟了隧道围岩的破坏过程,并与现场结果进行了比较分析,PFC模拟结果与现场基本一致,结合数值计算的结果,提出了围岩动态压力拱的概念,研究成果对隧道塌方事故的预防及治理的研究提供了参考。

隧道初期支护与围岩相互作用的时空演化特性

支护–围岩动态相互作用机制是支护设计的核心问题。首先基于弹塑性软化模型和非关联流动法则,对深埋圆形隧道进行弹塑性解析,并进一步考虑喷射混凝土的时效特性和隧道施工过程特点,建立初期支护–围岩耦合模型,得到了在隧道开挖过程中,距开挖面不同距离的各分析断面支护与围岩的动态相互作用关系。通过具体实例计算,对型钢和格栅钢架结构在不同支护时机下的支护效果进行了对比分析,并研究喷射混凝土硬化特性对于围岩稳定性控制效果和支护结构安全性的影响,基于此给出了合理支护时机的确定方法。得到如下主要结论:格栅相对于型钢初期支护刚度较小,有利于围岩应力和位移的释放,但同时控制围岩变形能力较差,对于支护时机的变化也更为敏感;对于初期支护而言,喷射混凝土支护力的发展过程可分为缓慢增长、快速增长、增长减缓、趋于稳定4个阶段,且各阶段的分布比例随支护时机变化而有所不同;在支护结构施作早期,喷射混凝土承担的荷载可能大于其当前极限承载能力而导致其失稳;支护时机的选取应综合考虑钢架类型、喷射混凝土硬化特性及隧道掘进速率,在保证支护结构安全性的前提下达到理想的支护效果。该研究成果可对初期支护–围岩动态作用关系进行全过程预测,可使得收敛约束法在隧道支护设计中的应用更为准确,为隧道施工过程中支护结构设计提供理论依据。

煤矿顶板超深孔爆破对巷道围岩稳定性影响研究

超深孔爆破在预防煤矿厚硬顶板致灾方面发挥重要作用,然其附带产生的爆破动载对巷道围岩的作用大小及机制不明。为研究煤矿顶板超深孔爆破对巷道围岩稳定性的影响,采用理论分析、数值模拟和现场工程实测等综合手段,研究煤矿顶板超深孔爆破时产生的爆炸应力波对巷道围岩整体结构的影响。基于爆破载荷诱发围岩失稳机理,推导出爆炸应力波影响范围理论公式。结果表明:在爆炸载荷作用下,岩体爆破裂隙区范围远小于爆点至巷道之间的距离,离爆点距离较远的范围内的岩石未发生结构性破坏,且处于爆点15~20m外的岩石虽受到爆炸应力波的影响,但未发生结构性破坏。现场工程实测数据显示:爆破后4个月内巷道两帮变形量均在3.0cm以内,顶腰变形量在8.0cm以内,且均在测量误差和可控范围内,说明此次顶板超深孔爆破并未对巷道围岩稳定性和支护体系造成影响。

隧道及地下工程的基本问题及其研究进展

作为隧道及地下工程学科的3个基本问题,隧道围岩稳定性、支护-围岩相互作用和结构体系的动力响应一直都是本学科研究的核心问题,本文围绕上述问题重点分析了隧道围岩力学特性及其载荷效应,建立了深浅层围岩结构力学模型,并通过分析深层围岩中结构层稳定性得到了围岩特性曲线的解析公式,提出了围岩结构性特点及载荷效应的计算方法;通过对隧道支护与围岩作用关系的分析,将支护与围岩的动态作用分为4个阶段:即自由变形、超前支护、初期支护和二次衬砌阶段.由此提出了动态作用全过程的描述方法;基于广义与狭义载荷的理念,提出隧道支护具有调动和协助围岩承载基本功能的观点,明确了两种功能的实现方式,即通过围岩加固、超前加固及锚杆支护实现调动围岩承载,通过支护结构协助围岩承载;针对复杂的隧道支护结构体系,提出了多目标、分阶段协同作用动态优化概念,可使各种支护结构的施作实现时间和空间上的协调,提高可靠性;针对极不稳定的复杂隧道围岩的安全性特点,建立了3种模式的安全事故机理模型,基于工程响应特点提出了安全性分级的新理念,并形成了分级指标体系和分级方法;针对水下隧道及富水围岩条件,建立了3种模式的隧道突涌水机理模型,提出了基于围岩变形控制的安全性控制理论和方法.最后,对本学科发展的热点和核心问题进行了分析和展望.

综采工作面开机率综合监控技术

为了促进综采工作面的高产高效，以采煤机开机率为中心，对综合监控指标体系、信息采集、分析处理等进行系统评价，并附应用实例。