马蹄形隧洞考虑支护滞后过程的应力分析

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,推导出带有衬砌的非圆形隧洞在原始地应力作用下的应力解析解。根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩衬砌接触面上的应力和位移连续条件,获得求解围岩和衬砌解析函数的基本方程,计算了围岩和衬砌中的应力和位移。在求解过程中,考虑了支护滞后于开挖的力学过程,并认为围岩和衬砌之间紧密接触,不会相互分开和相对滑动。以马蹄形隧洞为例,获得了围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向应力及围岩与衬砌接触面上的接触应力分布规律,并与ANSYS数值方法结果对比,算例表明两种方法的计算结果吻合很好。

非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。

及时和滞后支护下煤巷围岩稳定性数值模拟研究

为了厘清及时和滞后支护对煤巷围岩稳定性的影响,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了2种工况下煤巷围岩力学响应特征。结果表明:采动影响下煤巷顶底板和两帮应力转换路径不同,导致其破坏机制和速率存在显著差异,及时支护有益于降低岩体支护前强度损失;及时支护下围岩仍处于弹性状态,能够使围岩迅速由二向受力状态转变为三向受力状态,从而增大强度、提高围岩-锚杆(索)复合结构承载能力;采用应力释放率表征及时和滞后支护2种工况,滞后支护下煤巷围岩垂直应力峰值、位移值、塑性区面积均较及时支护下大,及时支护表现出较好的优越性。该研究成果一定程度上为及时支护有益于提高巷道稳定性提供了支撑,可为相似工况下理论和工程研究提供借鉴。

基于Core Replacement的巷道等效滞后支护数值模拟研究

为了更真实地模拟现场实践中的巷道滞后支护效果,本文基于Phase 2D有限元软件中的Core Replacement模拟技术,建立了无支护、零滞后支护、滞后支护(滞后掘进工作面2.0 m、4.0 m、6.0 m)共5个数值模型,评估了不同支护方式下的巷道支护效果及围岩稳定性。研究结果显示:在无支护情况下,巷道围岩塑性区最大半径为9.6 m,最大位移为0.058 m,巷道出现了明显的变形和破坏;在零滞后支护方案中,巷道塑性区半径减小至5.5 m,最大位移减小至0.026 m,巷道的稳定性得到了明显的提升;在滞后支护方案中,巷道围岩塑性区及变形介于前两个方案之间,但随滞后支护距离从2.0 m增大至6.0 m,巷道围岩的塑性区最大半径由7.5 m增加至7.8 m,最大位移由0.041 m增加至0.046 m,滞后支护距工作面越近,巷道的安全性与稳定性越好。滞后支护模型可以真实模拟现场实践中的巷道支护效果及变形响应,对巷道支护设计和优化具有重要参考价值。

浅埋煤层快速掘进巷帮蠕变效应及滞后支护

为确定榆神府矿区浅埋煤层煤巷掘进两帮合理滞后支护时间,提高掘进速度,避免采掘接续紧张,以张家峁煤矿14213胶带运输巷为研究对象,采用巷道围岩松动圈理论分析巷道围岩稳定性,确定两帮滞后支护的可行性;根据围岩蠕变规律,确定合理的巷道滞后支护时机和煤巷围岩蠕变采用的流变模型;采用FLAC3D软件和Cvisc流变模型模拟14213胶带运输巷掘进过程中不同滞后支护时间的两帮蠕变规律,确定合理的两帮滞后支护时间。结果表明:14213胶带运输巷开挖28 d以内,顶板及时支护条件下,两帮移近量较小;掘进29 d后两帮出现加速蠕变现象,两帮移近速率最大达到36 mm/d,为稳定蠕变阶段均值的18倍,塑性区最大发育深度达到1.3 m,两帮稳定性明显下降。巷道掘进28 d两帮进行滞后支护后,两帮未出现加速蠕变,塑性区发育深度0.5 m,比两帮不支护减小61.5%,巷道两帮稳定。研究结果在矿区成功应用,为煤巷掘进滞后支护提供科学依据。

煤矿岩土工程勘察对煤矿基坑支护施工的影响探析

现阶段,煤矿基坑的设计较为成熟、稳定性较高,但对硬岩深度固定滞后的研究相对较少。本文结合室内试验、理论分析、模拟、现场试验等,在硬岩深煤矿基坑滞后的支护条件下,开展了煤矿岩土结构保护与相互作用、防护结构变形特征及煤矿基坑稳定性控制等研究。本文研究了硬岩深煤矿基坑围护结构和周长表面抗振模式,主坑变形不取决于井距和振动强度,垂直方向“D”型水平变形,最大变形发生在1/2深的挖掘深度。周边地表沉降表现为“凹槽”型,沉降影响水平范围数值等于开挖深度,探讨硬岩深煤矿基坑滞后支护的合理性与适用性很有必要。

皮带顺槽快速掘进及支护技术研究

以某矿80327工作面皮带顺槽巷道为研究对象,鉴于该工作面顶板以泥岩为主,采用锚、网、索联合支护方式,从设备选型、切割工艺、临时支护工艺方面提出优化掘进技术。经实践应用发现,采用滞后支护方法、组织交叉作业技术,有效节约迎头永久支护时间约40%,巷道月掘进尺达300 m;进一步分析巷道矿压显现,顶底板、两帮位移变形量均比较小,且均在可控范围内。

浅埋煤层柔模混凝土沿空留巷支护及稳定性分析

结合榆家梁煤矿43308工作面柔模混凝土快速沿空留巷的工程实践,对浅埋深、薄基岩、快速推采的安全高效矿井沿空留巷支护形式和参数进行分析,巷旁采用柔模混凝土墙支护,巷内采用锚网索支护,并采用单体支柱配合长钢梁临时支护,在采空区侧采用木点柱和金属网挡矸支护,运用FLAC数值模拟研究了巷旁1 m厚混凝土墙压力分布。经过工作面沿空留巷矿压观测结果分析可知:沿空巷道围岩压力峰值滞后工作面60 m,最大值10 MPa;距工作面200 m后顶底板移近量达到稳定,最大值60 mm。实践表明浅埋煤层采用柔模混凝土进行沿空留巷支护,技术合理、沿空巷道稳定。

柔模混凝土充填留巷技术研究

沿空留巷可减少巷道据掘进工程量、增加采面煤炭资源回收率,对提升矿井经济效益有显著促进意义。1307工作面开采3#煤层厚度7 m,采用留设煤柱30 m方式护巷,为实现煤炭资源高效开采,提出将柔模混凝土充填留巷技术应用到1307轨道巷,通过沿空留巷将轨道巷保留下来,并实现30 m保护煤柱资源回收。对轨道巷柔模混凝土充填留巷技术应用方案及效果等进行分析。现场应用后,轨道巷留巷段围岩变形量较小,留巷效果较为显著。

高强度锚杆支护系统与锚索支护技术在沿空留巷的成功应用

深井开采中,原有石墙木棚法难以达到预期留巷效果,采用锚杆支护系统和锚素支护技术,可以有效地控制了巷道顶板和围岩的强烈变形,保持了巷道的稳定性,降低巷道维护费用,节省大量的人力、物力,且多回收了煤炭资源,特别是缓解了采面接续紧张的问题.

巷道围岩变形破坏特征及支护方案研究

为了确保巷道围岩的稳定性,理论分析了巷道围岩变形破坏特征,得出了开挖后巷道围岩变形速率分布及巷道塑性区和原岩应力的关联;数值模拟分析了不同支护条件下巷道垂直应力分布情况及不同滞后支护方案下巷道顶板垂直应力分布,得到了最优支护方案。最后进行现场实测分析,验证了该支护方案的可行性。

掘支平行作业滞后距离研究

某矿8#煤层处于典型的弱胶结软岩地层中,以111082工作面皮带顺槽为工程背景,综合理论分析与数值模拟相结合的方法对弱胶结软岩巷道底臌变形机理进行了初步研究,模拟了不同二次支护距掘进面不同距离情况下顶板运移、两帮移近量,最终确定距离掘进面39m、进行二次支护比较合适。

薄煤层沿空留巷支护技术探讨

沿空留巷技术可以减少巷道掘进量,减少护巷煤柱的留设,增加资源回收率。同时,还可以解决上隅角瓦斯积聚,避免采空区煤柱自燃发火的问题,沿空留巷支护技术的应用,能够降低巷道的掘进率,从而缓解了采掘接续紧张的问题。郑州煤炭工业集团缸沟煤矿有限责任公司通过不断地实践,摸索出一套沿空留巷支护的技术方案,采用煤柱、钢梁滞后支护取得了良好的效果,解决了采掘接续紧张的难题。

浅析薄煤层沿空留巷支护技术

沿空留巷支护技术的应用,能够降低巷道的掘进率,从而缓解了采掘接续紧张的问题。泗河煤矿通过不断地实践,摸索出一套沿空留巷支护的技术方案,采用煤柱、钢梁滞后支护取得了良好的效果,解决了采掘接续紧张的难题。

孔庄矿井深部巷道工程支护的认识与实践

本文根据大屯深部矿压特点，提出了综合治理措施，并在-780.皮带二项开拓工程实践，并且得到了满意的效果。

大南湖西区五矿巷道快速掘进研究分析

针对大南湖西区五矿采掘不协调问题,深入分析后认为五矿巷道掘进慢主要是因为巷道掘进设备功能单一,相互协同性差,且施工时实行串行作业。鉴于此,提出采用快速掘锚系统及开发部分支护滞后支护技术改进当前五矿掘进系统。同时指出,快速掘锚系统与现场施工情况深度融合是后续主要的研究内容。

锦界煤矿31117运输巷柔模混凝土留巷技术应用

沿空留巷可减少井下煤柱数量和缓解煤柱下方围岩应力集中等问题,对提高煤炭资源采出率、减少采空区遗煤量以及缓解矿井采掘接替紧张局面等方面均有显著促进作用。以锦界煤矿31117运输巷留巷为工程背景,为实现留巷段围岩变形有效控制、减少采空区漏风量,提出将柔模混凝土留巷技术应用到31117运输巷留巷中。在留巷前通过布置补强锚索提高留巷段顶板强度;通过设置挡矸支架为柔模混凝土浇筑创造相对安全环境;通过应用单元支架进行滞后支护,降低采空区顶板垮落对留巷段影响。对31117运输巷柔模混凝土留巷期间主要工艺流程等进行分析,现场应用结果表明31117运输巷留巷段围岩变形量整体较小,采空区漏风量较低,取得较好留巷效果。

复杂条件煤巷掘进顶板控制数值模拟及应用

为了解决刘庄煤矿大断面煤巷复合破碎顶板稳定性难于控制,制约快速掘进,影响安全施工和巷道维护这一重大工程问题,运用FLAC3D数值模拟分析,对巷道断面和支护进行优化设计,提出人造拱形断面及滞后迎头一段距离的弱化支护技术,实现了最高月掘进1 510m的好成绩,为煤巷快速掘进顶板控制提供了保障。

沿空留巷矿压显现周期性机制研究

沿空留巷保留巷道中的矿压显现存在强烈区和缓和区周期性交替的现象,通过建立沿空留巷结构力学模型,分析了此现象与工作面端头弧三角形悬板的关系。研究表明:周期来压时,工作面顶板断裂会在沿空巷道上方产生弧三角形悬板,悬板最大悬顶距对应位置的巷道矿压显现相对强烈,并且随工作面推进矿压显现强烈区以周期来压步距为步距跳跃前移。在上述研究基础上,提出弧三角形悬板位置预测与实测方法,并以东滩煤矿3203工作面沿空留巷为工程背景,通过矿压观测对矿压显现程度周期性现象和弧三角形悬板位置进行了验证,提出了分阶段不等强支护方式,为留巷滞后支护设计提供了依据。

基于自稳隐形拱理论的巷帮稳定性分析

基于自稳隐形拱理论,解释了巷帮支护对巷道围岩稳定性的重要性。运用MIDAS/GTS软件,进行了三维的模拟分析,选取了下帮滞后支护和正常支护2种模型,得出了前者比后者巷帮位移量、塑性区面积均大。现场监测结果表明:下帮表面位移量比上帮最大值大114mm左右,再次验证了下帮支护对巷道稳定的影响,为工程实践提出依据。