不同灰砂比岩充组合体疲劳损伤与破裂特性试验研究

为了揭示地下采场中岩充组合结构体在频发应力扰动作用下的损伤演化和破裂机制,对4种不同灰砂比的岩充组合体试样开展多级增幅疲劳试验并进行试验后CT扫描。结果表明:(1)充填体的灰砂比对岩充组合体的变形、刚度劣化、损伤扩展和破坏模式均有影响。灰砂比从1:4下降到1:12,体积膨胀增加,割线模量先增加后减小。(2)提出了基于不可逆轴向应变的累积损伤演化模型,该模型与试验数据拟合良好,灰砂比为1:4和1:8的岩充组合体累积损伤呈现2阶段增加模式,即最初稳定增加,随后急剧增加。灰砂比为1:10和1:12的岩充组合体呈现倒“S”形损伤累积模式,即初始、稳定和加速增加3个阶段。(3)随着灰砂比减小,岩充组合体的宏观破坏模式从拉伸−剪切混合破坏过渡为拉伸破坏。试验后的CT图像揭示了岩充组合体细观破裂演化模式,包括充填体中的剪切破坏、沿着岩石和充填体接触面的拉伸破裂以及岩石中的拉伸和剪切破裂。采用“柔性充填体”有利于防止岩石剥落、坍塌等灾害。研究成果可为矿山充填配比优化和深部矿产资源安全开采提供理论依据。

薄矿脉组合式充填连续开采

对于不稳固围岩的急倾斜薄矿体 ,通常采用矿块分矿房、矿柱二步骤回采 ,不仅贫化、损失较大 ,而且第二步的回采亦不安全。本试验研究为此提出了矿块一步骤上向分层胶结块石柱与干式充填组合的回采工艺 ,并经实践证实具有较好的经济效益和社会效益。

弱胶结软岩隧道大变形治理与支护对策研究

对六盘山隧道洞口k14＋165～k15＋710段大变形情况进行研究，分析了弱胶结软岩大变形特征；对该段弱胶结软岩隧道施工进行施工过程力学行为分析与三维数值仿真，得出了开挖过程中隧道断面位移变化情况，开挖50d后，拱顶沉降趋于稳定，沉降稳定值为355．09mm；提出了“两榀型钢＋一榀格栅”联合支护技术，在最终支护强度和最终约束围岩位移方面均满足六盘山隧道支护适应性要求。

煤巷弱胶结顶板稳定性分析与变形控制技术

煤层顶板为弱胶结岩体时稳定性差,常在煤炭回采过程中或巷道掘进时发生大变形或失稳等现象,维护难度较大。针对煤巷弱胶结粉砂岩顶板力学特征与变形控制等问题,以广西林场煤矿煤巷弱胶结粉砂岩顶板支护工程为工程背景,采用现场调研、实验室试验、理论分析等方法进行研究。通过现场调研,发现研究巷道有顶板岩层自承能力差、受水环境影响、支护结构失效率高、底板受水影响底鼓量大、受采动影响等特征;顶板岩石点荷载试验表明,其单轴抗压强度仅为1.9~2.3MPa,采用电镜扫描发现,弱胶结粉砂岩以粗粒矿物为骨架;在普氏理论的基础上,推导了巷道顶板和两帮承压极限表达式,提出了提高巷道围岩整体强度和承载能力、确定合理的锚杆支护参数、顶板设计锚索加强支护等弱胶结巷道围岩控制要点。依据试验分析与理论研究成果,提出了以注浆加固为基础,锚杆和锚索联合支护的控制方案,并在林场煤矿进行了工业性试验。现场监测数据表明,设计的支护方案可以有效地控制煤巷弱胶结粉砂岩顶板变形。

胶结充填体——围岩组合体剪切强度与破坏特征

为研究对充填采场稳定性具有重要意义的采场充填体与围岩组合体的剪切强度与破坏特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出胶结充填体—围岩组合体力学模型,提出了基于摩尔应力圆公切线法与摩尔-库伦强度准则确定组合体抗剪强度参数的计算方法。通过不同围压下的组合体ANSYS数值模拟试验,对不同胶结面倾角的充填体—围岩组合体剪切强度与破坏特性进行了研究。结果表明:胶结面倾角为0°~15°时,组合体破坏主要发生在充填体区域,破坏模式为张拉—剪切复合破坏;胶结面倾角为30°~60°时,组合体破坏发生在充填体和接触面区域,破坏模式为剪切破坏,随着围压增加,组合面会发生滑移现象,随着胶结倾角增加,剪切破坏面逐渐与胶结面重合;胶结面倾角为75°~90°时,组合体最终的破坏方式主要为充填体的剪切破坏。研究结果拓展了充填体—围岩组合体剪切强度参数获取方法,揭示了不同接触面倾角充填体—围岩组合体的破坏特征,可为地下充填采场稳定性分析提供理论支持。

极弱胶结泥岩大变形巷道联合支护数值模拟

针对查干淖尔一号井所存在的破坏问题,运用理论分析、室内实验、现场监测、数值分析相结合的多种研究方式,去揭示其发生大变形破坏的原因,并借助有限元数值模拟软件MIDAS/GTS对巷道不同的支护方案进行探究,最终得出锚杆+注浆圈+顶、底板锚索+钢架+喷衬对控制巷道的大变形具有显著作用。