高偏应力作用下注浆孔围岩塑性区连通机制及加固技术研究

高偏应力场中多个注浆孔的围岩塑性区分布和破坏机制对于注浆加固技术研究具有重要意义。首先对不同偏应力条件下单个注浆孔围岩塑性区形态进行研究,认为随着主应力比值的不断增大,塑性区的形态呈现出由圆形变为椭圆形再变为“蝶形”的规律。高偏应力条件下多个注浆孔围岩塑性区均呈现为“后蝶形”,导致塑性区出现了连通。高偏应力条件下有助于浆液的扩散,有利于提高加固效果。

富水顶板大变形破坏特征及分区动态支护技术研究

富水顶板对回采巷道开挖及服务期间均具有较强影响,巷道顶板吸水或失水过程都将弱化其完整性,造成巷道发生大变形,影响工作面安全高效生产。以布尔台煤矿22204工作面为研究对象,采用理论分析、现场探测、数值模拟综合研究方法明确了不同区段巷道塑性区分布特征,认为无支护条件下含水区段塑性区发育范围约为5 m,明显大于正常区段塑性区范围2 m,且塑性区均呈明显非对称分布形态,同时提高支护强度可显著控制含水巷道塑性区半径。在此基础上提出了对顶板富水区段巷道进行“锚索+钢带”补强支护的分区动态支护方案,并进行了工业性实践,围岩控制效果显著。

复杂应力场中圆形隧洞偏应力场分布规律

为了厘清深部圆形中导洞(设置于双向隧洞中间)围岩偏应力分布问题,结合岩石力学与摩尔-库仑屈服准则,推导平面三向应力场中圆形隧洞围岩主偏应力与塑性区半径解析解,研究不同工况下圆形隧洞围岩主偏应力的分布规律及塑性区边界处主偏应力的几何形态分布特征。结果表明:当隧洞所处的斜向应力场为竖向应力场0.5~1.0倍时,随着斜向应力场水平方位角α_(1)=α_(2)增加,径向1.0倍隧洞半径范围内顶底主偏应力在快速降低,腰部主偏应力在快速增加,径向1.0倍隧洞半径范围外隧洞围岩主偏应力先小幅下降后又逐渐增大,最终在围岩深部趋于某定值;隧洞围岩主偏应力对其塑性区形态分布影响显著,当斜向应力场水平方位角α_(1)=α_(2)为30°时,围岩塑性区形态分布较优,为圆形或椭圆形。

巷道围岩偏应力分布规律及破坏机理探究

回采巷道围岩塑性区形态分布特征是巷道稳定控制的关键问题。以锦界煤矿31117工作面为工程背景,基于最大主偏应力以及巷道蝶形破坏理论,揭示了31117巷道出现大变形破坏的原因。研究结果表明,在不同应力场下,最大主偏应力存在圆形、椭圆形、X形3种破坏形态。同时,巷道围岩塑性区形态与最大主偏应力形态具有对应关系,以最大主偏应力为指标,可以在一定程度上揭示巷道围岩变形破坏机理。31117巷道在高偏应力作用下,导致巷道顶板两侧出现挤压破坏,基于偏应力分布形态,提出巷道关键控制技术。

基于主应力方向改变的深部沿空巷道非均匀大变形机理及稳定性控制

针对赵固二矿11030运输巷在掘进期间出现围岩非均匀大变形导致支护体支护失效的问题,采用理论分析、理论计算、数值模拟和现场试验等综合研究方法,研究了采空区侧方围岩主应力场方向的变化规律,及其对沿空巷道围岩塑性区分布形态的影响机制,揭示了深部沿空巷道非均匀大变形机理。研究结果表明:采空区侧向围岩应力场的主应力方向会发生显著变化,导致深部沿空巷道围岩形成非均匀塑性区,同时在主应力集中及支护体延伸性能弱等主要因素的共同影响下,深部沿空巷道出现非均匀大变形。在此基础之上,提出了以围岩塑性区形态为支护设计基础的、采用可接长锚杆代替普通锚索的深部沿空巷道冒顶控制技术;并在11030运输巷进行了现场试验,采用可接长锚杆支护后的顶板最大下沉量由927 mm降低为431 mm。