巨龙铜矿地应力对大断面巷道稳定性与岩爆倾向性数值模拟

分析矿山深部巷道稳定性及岩爆倾向性对于矿山安全建设具有重要意义。以巨龙铜矿大断面深埋长巷道为研究对象,利用数值模拟手段探究了青藏高原地应力影响下环形排水巷稳定性,分析了巷道掘进后岩爆倾向性。结果表明,环形排水巷道围岩内应力以水平应力为主,最大主应力为32 MPa,在16段排水巷道中,应力主要集中于巷道DE、EF、DG段。巷道围岩水平位移大于垂直位移,环形排水巷道最大位移以M点为中心向四周扩散。GM段、HL段、KN段巷道围岩均发生了较大变形,对于该区域巷道应加强支护。巷道DE、EF、DG段最大弹性应变达到1.01×10^(5) J/m^(3),呈现出岩爆倾向,可通过减小开挖进尺削弱岩体局部应力集中。现场监测表明模拟结果可靠。该研究结果为巨龙铜矿环形排水巷施工及地压灾害防控提供了理论参考。

金山店铁矿-410 m水平主回风巷道稳定性分析

金山店铁矿目前正在回收-410 m水平残留矿体,掘进爆破过程中,主回风巷道会受到爆破振动的影响,存在安全隐患。为了安全合理地进行采矿活动,降低对回风巷道的影响,开展了3次爆破振动现场测试试验,使用最小二乘法线性拟合得到了金山店铁矿的爆破振动衰减规律,确定采场掘进爆破对回风巷道围岩稳定性的影响程度较小。在此基础之上使用LS-DYNA数值模拟软件,模拟出不同爆源距离下的回风巷道围岩的应力、位移和振速衰减规律,确定了爆源距离对回风巷道围岩稳定性的影响程度,有助于保障矿山的稳定运营和经济持续发展。

煤矿掘进工艺对巷道稳定性的影响研究

煤炭,作为国家的主力能源,开采进程的每个环节的重要性不能被忽视。为了对提高煤炭开采质量方面的探索,本文以煤矿掘进工艺为研究中心,借用地质力学与岩石力学的原理,分析不同的开采方法对煤矿巷道稳定性的影响。巷道设计、爆破手段以及参数选择,以及选择何种支护方式,都是影响矿巷稳定性的重要因素。如果在掘进工艺上出现错误,可能会因应力集中而造成矿巷的稳定性问题,比如马蹄形变形、巷顶下沉、断帮塌方等。这些都将对矿井的日常生产造成严重的威胁,更不用说矿工的安全了。寻找最优的荷载设计与分布,配备恰当的爆破参数和巷道支持方式,这都是对减缓巷道稳定性消极影响的生动实践,同时也能提升煤矿产效,保护矿工的生命安全。从研究来看,改良爆破技术、选择合理的支护方法并提升矿工的操作标准,能够对抗掘进过程对巷道稳定性的负面效果,增强巷道稳定性,守护煤矿的安全生产。此研究为煤矿开采在我国展现了实际应用与理论支撑的价值。在防止矿难,提升井下工作人员安全保护方面,其理论内涵和实践价值已然显现。

接替工作面邻采邻掘巷道稳定性研究

临近工作面掘进巷道,因受邻近工作面采动影响与巷道掘进扰动影响的叠加作用,极易导致巷道变形量大、维护困难。本文研究了100301工作面临近巷道100300运输顺槽的掘进,通过地质采样对地质力学进行了分析,同时对于掘进时巷道竖直方向上的应力分布进行模拟,对巷道稳定性支护给出了定量建议,同时为了验证建议的合理性,给出了后续矿压监测的内容和手段。

考虑采空区围岩大变形规律的巷道稳定支护技术研究

为研究考虑采空区围岩大变形规律的巷道稳定支护技术,以某省煤矿作为分析对象,选择上下相邻的两组煤层作为工作面,对其地质构造和岩体岩性进行分析,按照工作面巷道设计功能以及布置方式,基于采空区围岩大变形规律设计支护施工方法。测试结果表明:分别按照垂直位移和水平位移两个部分进行测试,该施工方法产生的位移量较小,能够保证巷道的稳定性。

动力扰动下充填体内预留巷道稳定性分析

巷道的稳定性是矿山安全高效生产的保障,在动力作用下实现充填体内预留巷道的稳定性预测,是指导工程实践的关键。为了研究不同扰动下充填体内预留巷道的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用3DEC数值模拟技术,建立了巷道动力稳定性分析的三维数值模型,并进行了数值模拟分析。研究结果表明:对于马蹄形巷道,同一水平的动力扰动对侧帮的影响较大。随着动力扰动距离的增大,巷道周围质点振动的差异性越来越小。采用钢丝绳+钢筋网的预留巷道开采方式,能够合理有效地对巷道外爆破动力扰动进行很大程度上的削弱,这对于巷道稳定性的保持是非常有利的。

红一煤矿地应力测量及其对巷道稳定性影响研究

确定地应力是地下矿山开拓设计和制定支护方案的基本条件。为了对红一煤矿地应力分布情况,选择红一煤矿回风立井井底车场与第一中部车厂顺槽联络巷具有代表性的位置,利用空芯包体应力测量方法,结合自主开发地应力测量计算分析程序,对红一煤矿地应力最大、中间、最小主应力值及方位角进行了计算,进一步明确了红一煤矿地应力场分布特征与类型。同时,对红一煤矿地应力分布状态对巷道布置及稳定性的影响进行了分析,研究对发现工程薄弱部分、优化巷道布置与支护方案、保证矿井安全生产具有极大的指导意义。

深部巷道稳定的若干岩石力学问题

论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义;评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响;指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质;分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响.根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点,通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析,说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点.

巷道稳定的协同学原理及应用技术

基于现有支护理论和现场支护的实际条件,将协同学原理引入巷道支护设计,提出协同支护的思想。协同支护是以支护的共性——系统的协同作用作为研究对象,研究支护系统、围岩系统和环境系统等子系统及其内部的协同作用,最终使巷道从开挖后的非平衡状态快速达到稳定的平衡状态,其目的是最大发挥支护构件的物理力学性能,有效控制围岩变形,以期达到1+1>2的协同支护作用。锚杆锚索协同支护研究以预应力为基础,其他支护参数、结构与锚杆和锚索预应力的协同性以及锚杆预应力与锚索预应力的协同作用。高强锚杆必须与高预应力相结合,锚杆预应力必须与锚索预应力相匹配,只有它们之间相互合理匹配,才能使锚杆、锚索的个体作用达到最大,并产生协同支护的效果。对锚杆施加40 kN以上预紧力时,与锚索140-160 kN预紧力的协同性较好;增强锚杆的主动支护作用,使锚杆达到60 kN以上预紧力,此时与锚索180-200 kN的预紧力产生较好的协同性。

基于未确知测度理论的巷道稳定性评价

评价指标的不确定性是影响巷道稳定性评价的关键。为提高巷道稳定性评价的针对性,建立科学合理的评价模型,从地质条件和工程实际出发,运用未确知测度理论,选取影响巷道稳定性的岩体结构、顶板岩性、岩层倾角、开采深度、施工质量、断面形状、断面面积、支护效果、顶板控制方法、顶板位移量、巷道使用时间等11项因素。根据实测数据建立各影响因素的未确知测度函数,构建矿山巷道的稳定性等级评价和排序模型。采用定性、定量方法分析巷道稳定性评价中的不确定性影响因素,利用熵计算各影响因素的指标权重。依照置信度识别准则进行等级判定,得出巷道稳定性评价结果,并进行稳定程度排序。将该方法应用于某矿8条回采巷道的稳定性评价中。岩层倾角、开采深度、顶板位移量等3个评价指标权重比值差异较大,属于敏感性评价指标。较巷道R_(03)而言,巷道R_(08)的岩层倾角和开采深度2个评价指标的敏感性尤为明显,比值分别达77.43%、-46.72%。置信度取值的增加对评价结果没有显著影响,评价结果的可靠度较高。研究表明,将未确知测度理论应用于巷道稳定性评价是可行的。

厚硬顶板巷道稳定性影响因素及强帮支护研究

为提高掘进效率需合理设计厚硬顶板巷道支护方式,以晋城矿区厚硬K2灰岩顶板下方15号煤层工作面回风巷道为例,采用数值计算的方法对影响坚硬顶板巷道稳定性的主要因素及支护技术进行了研究。结果表明:随着坚硬顶板强度及厚度的增大,巷道顶板变形及塑性分布范围逐渐减小;随着两帮支护强度的增大,两帮变形及塑性分布范围明显减小,并可在一定程度上减小顶板变形;在采动影响围岩应力二次重新分布作用下,特厚坚硬顶板始终处于弹性状态,即无卸压区,支护对于顶板围岩变形量影响极小;顶板无支护、同时采用强帮支护方案能够有效控制厚硬顶板巷道稳定性。

不同应力场条件下巷道稳定性研究

为了确定不同应力场（σH型、σHv型和σv型应力场）下巷道围岩的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,通过对巷道围岩的应力和塑性区分布特征的分析,综合评价不同巷道布置方向巷道围岩的稳定性。研究结果表明：σH型和σHv型应力场,巷道与最大水平主应力夹角在0°~40°水平应力峰值处于较低的应力状态,夹角在50°~90°水平应力峰值处于较高的应力状态应力,夹角在40°~50°水平应力峰值急剧上升;σv型应力场,水平应力峰值呈缓慢上升趋势;确定巷道的最佳布置方位与理论分析相一致。以常村矿为应用实例,进一步验证了结论的正确性,为矿井合理的巷道布置提供了理论依据。

深部断续节理岩体中渗流对巷道稳定性影响的数值分析

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA2D,通过对高应力节理岩体中巷道的失稳破坏过程所进行的数值模拟分析,研究了深部断续节理岩体中地应力及渗流对巷道稳定性的影响。模拟结果不但直观形象地给出了巷道的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了巷道周边关键部位的位移变化情况,并与无地下水的稳定性进行了比较。结果表明,岩体中断续节理与地应力及渗流相互作用,对巷道失稳的演化起了重要作用,如巷道与节理的相对方位决定了巷道坍塌的方向;岩桥对巷道的稳定起了重要的作用;虽然渗流应力加速了巷道的失稳破坏,但没有改变高地应力对巷道的主要破坏模式。该研究对于进一步理解深部岩体中节理、地应力及渗流对巷道稳定性的影响进而采取有效的加固措施具有重要的理论和实践意义。

采高对下层煤回采巷道稳定性影响分析

针对近距离煤层下层煤回采巷道布置在应力降低区时,掘进过程中仍出现围岩破碎、局部地段有底鼓的现象,采用理论分析的方法,对不同采高情况下上层煤遗留煤柱上支承压力分布规律进行分析,结合煤矿实际利用计算机对不同采高时下部煤层巷道围岩力学特征进行数值模拟,得出随着采高增大下层煤回采巷道受上层煤采动影响越大,下层煤巷道靠近煤柱一帮破坏越严重,巷道底鼓量越大的规律.为采高变化时下层煤回采巷道支护参数设计提供了依据.

岩石注浆加固实验与巷道稳定性控制

在分析古城煤矿围岩地层结构的基础上，进行了岩石力学参数测试和围岩稳定性分类，得出该矿-850水平北大巷属于典型的“不稳定围岩巷道（Ⅳ类）”．同时，为了研究岩石破裂后注浆加固效果，分别采用水泥浆液和马丽散N浆液对峰后岩石试件进行了加固实验．实验证明，试件加固后强度比峰后残余强度可提高0．97～11．2倍．针对不稳定围岩巷道类型采用了“反底拱＋注浆锚杆”复合支护方式，并对反底拱结构的支护能力进行了力学分析，通过井下支护效果观测表明，采用复合支护方式可以使围岩支护体形成封闭式结构，从而抑制巷道变形，提高了巷道支护效果．

节理岩体中巷道稳定性分析

采用三轴平面应变巷道模型试验系统,运用数字照相进行变形量测的方法,研究深埋应力场中不同节理倾角和密度的断续节理岩体中开挖巷道围岩破裂区的形成和扩展机理,对巷道的稳定性进行定量与定性评价。研究结果表明：节理密度决定岩体的承载能力,控制巷道围岩的稳定性;在相同应力场中,节理岩体与完整岩体的变形量和稳定性差异显著,完整岩体的变形量小、稳定性好。当巷道收敛率达到2.46%之前,巷道围岩处于弹塑性变形阶段,理论上可以不支护;当巷道收敛率为2.46%~5.00%时,围岩中产生破裂区并快速增大,此时围岩尚有一定的自稳能力,但必须支护以维持稳定,常规的支护方案均可保证巷道的安全和使用功能;当巷道收敛率超过5.00%时,围岩破裂区的发展趋缓,而巷道会发生片帮或冒顶事故,此时围岩已失去自稳能力,需要加强支护来人工稳定;如果延迟支护或支护不当,维持巷道的稳定会越来越困难;当巷道收敛率达到22.80%时,巷道将完全失去安全和使用功能,并丧失可人工稳定的可能。

软岩巷道稳定性影响因素及其支护理论探讨

根据生产矿山软岩巷道易发生破坏的现象,指出了影响软岩巷道稳定的主要因素是采场地应力、井下爆破和支护设计,并就这三者的影响方式进行了分析。同时,根据围岩松动圈支护理论的合理性,提出了爆破动载(采动)松动圈支护理论,认为:围岩松动圈厚度是动态变化的,软岩巷道的安全支护是使支护系统能承受住生产过程中围岩所产生的最大有害变形。

岩石峰值后注浆加固实验与巷道稳定性控制

首先根据围岩强度进行了围岩稳定性分类;提出并实施了以巷道围岩锚注为核心的复合支护方案;实验表明在分别采用聚胺脂、425#水泥进行岩石注浆加固时,岩石强度比其残余强度可以提高0.7-1.1倍、1.3-2.0倍;最后,进行了反底拱支护能力的力学分析。

深部岩体中断续节理对巷道稳定性影响的数值试验

应用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,通过对具有断续软弱结构面深部岩体中隧道的变形破坏特征、隧道周边关键部位的位移和应力变化进行了分析,对巷道在载荷作用下的声发射和位移特性进进行了探讨,着重研究了深部岩体中节理对巷道稳定性的影响。这对于进一步理解深部岩体中节理对巷道影响进而采取有效的加固措施等具有重要的理论和实践意义。

采场超前支承压力分布规律与巷道稳定性

采场超前支承压力的分布情况直接影响巷道稳定性。根据双鸭山矿业集团公司新安煤矿六采区综三工作面概况,采用顶板相对位移观测、锚杆锚索受力观测、单体液压支柱工作阻力观测相结合的方法,研究了综三工作面超前支承压力分布规律与回采巷道稳定性。结果表明:工作面超前移动支承压力影响范围为工作面前方35 m,峰值点位于工作面前方20～25 m处;在锚杆、锚索联合支护的条件下,上下回采巷道均处于相对稳定状态。该结果为类似条件下确定工作面合理超前支护范围和分析回采巷道稳定性提供了依据。