浆液套管增强沿空掘进煤柱稳定性数值模拟研究

为解决采动作用下沿空掘进巷道一侧窄煤柱变形等问题,现场采取浆液充填套管加固煤柱底板以改善煤柱的稳定性。采用数值模拟分析浆液充填套管对底板岩体变形的控制作用机制。数值计算结果显示,在横断面方向煤柱两侧测点变形高、中间测点变形低,近采空侧的测点变形大于近巷道侧测点变形。煤柱基底变形不一致会导致煤柱受力不均,顶板荷载作用下煤柱变形形态更加复杂。施加浆液充填套管后,煤柱基底测点的变形量减小。巷道侧煤柱底板测点变形减少20.5%,大于采空区一侧的改善效果19.2%。采动作用下随着深度增加底板岩层变形逐渐减小,施加浆液充填套管后底板岩层变形减小。对类似矿井的沿空掘进巷道一侧煤柱变形研究有指导意义。

深埋矿井沿空留巷切顶卸压底板变形控制

目前有关巷道底鼓的研究与实践主要探讨巷道底板的变形机理及控制技术,对沿空留巷切顶卸压前后底板力学分析不全面。针对该问题,基于煤体分区破坏特征构建了切顶前后巷道围岩和底板力学模型,分析实体煤、巷旁支护及采空区对底板的作用,获得切顶前后巷道底鼓解析解,得出巷旁煤帮弹塑性区、巷道支护体及顶板下沉区底板所受载荷共同影响巷道底鼓量大小。采用数值模拟验证切顶卸压前后沿空留巷围岩破坏特征、应力分布及底鼓量变化,结果表明:切顶卸压技术可有效缩小巷道实体煤侧面及顶部的破坏区域,维持巷道围岩结构稳定;巷道底板最大应力、巷旁支护阻力、巷道底鼓量均下降,平均降幅分别为25.78%,56.14%,54.07%。现场应用结果表明,厚硬顶板沿空留巷底鼓量由709.3451 mm降至320.9658 mm,切顶卸压技术可以优化巷道围岩应力结构,抑制巷道底鼓,有效改善底板破坏情况。

煤层底板岩体阻水能力原位测试研究

介绍了煤层底板岩体阻水能力的测试原理、测试方法和测试过程 ,分析了测试成果的可靠性 ,并对杨庄煤矿六煤底板岩体的阻水能力进行了评价 ,为煤矿底板突水防治提供了一条新途径。

云岭隧道底鼓机理分析

结合十漫高速公路云岭隧道建设,分析了隧道底鼓的形式和发展过程,研究了影响隧道底鼓的多个因素,在分析隧道仰拱稳定性的基础上,推导了隧道底鼓的表达式,并通过现场监测对其进行了验证。通过对隧道底鼓机制进行分析,正确认识了围岩的变形破坏机制,提出了隧道底鼓的治理措施。其研究结果不仅为优化隧道的支护体系提供了依据,同时对指导隧道现场施工,确保施工安全具有重要意义。

深井巷道挠曲褶皱性底臌机理与控制技术

为研究巷道底臌的破坏机理,提高底板岩层的长期稳定和控制,保证矿井的运输生产正常,采用理论推导的方法,分析了巷道底板滑移线场、极限载荷和速度的运移演化特征,对大屯矿区千米深井层状岩体挠曲褶皱性巷道的底臌机理和控制手段进行了探讨。结果表明:巷道宽度和底板岩层内摩擦角是影响巷道底板应力区分布特征的主要因素,给合推导出的反底拱锚固梁力学模型可以对底板支护强度和锚固参数进行设计,可有效控制底臌。特别对于深井层状岩体巷道底板支护强度应达到0.4 MPa时,底板岩层可达到长时稳定,孔庄煤矿2 a期巷道底臌量小于10 mm,表明研究成果具有较强的可行性与实用性。

东滩矿底板巷道变形规律研究

本文通过对东滩煤矿8条底板巷道受跨采影响变形的实测分析和相似材料模拟实验研究,总结了底板巷道受采动影响的变形规律;分析影响底板巷道的变形的主要因素;提出围岩强度是影响底板巷道变形的最主要因素;研究表明,增加巷道与煤层的法线距离对减小巷道的变形量虽有一定的作用,但这种影响并不明显。本文着重强调:减轻巷道变形的关键在于确定合理的巷道位置及支护方式。

声波检测技术在裂隙岩体注浆加固工程质量检测中的应用

底板注浆加固及含水层改造技术被广泛应用于中国大水矿区防治底板承压含水层突水。为研究底板注浆加固工程质量情况,指导注浆工艺方案制定,文中应用超声波检测技术现场探测"原岩(包括断层带)-注浆-开采"全过程中底板不同岩性岩体力学性质变化规律,以岩体动弹性模量数值及其变化率为基准,定量分析了注浆加固及开采过程对底板岩体动弹模的"增强—损伤"度,评价注浆加固效果。结果表明:注浆加固对泥岩动弹模增强度最大,达到392%~400%;砂岩次之,为160%~194%;灰岩最小,为103%~144%;受开采影响,各区段岩体动弹模损伤度差异不大,在17%~30%。验证了裂隙岩体注浆加固及开采过程中动弹性模量变化规律,同时也证实了超声波测试岩体内部声波速度是评价裂隙岩体注浆加固效果的一种有效手段。研究成果可为现场实践利用"一发双收"声波测井技术分析裂隙岩体注浆加固效果提供借鉴,丰富了注浆加固效果检测手段。

软岩硐室稳定性的复合结构柔性反底拱控制时效分析

地下工程的围岩为软岩或因赋存深度的增加而呈现软岩特征时,其稳定性控制问题趋于突出,而对软岩硐室底臌的有效控制是决定硐室整体稳定性、保障其服务年限的关键。设计应用于软岩硐室底臌控制的复合结构柔性反底拱,探讨其作用机理,其控制底臌的时间效应包括成拱初期的负底臌效应、吸收变形能为主要特征的柔性支护阶段和后期延长服务年限为目的的刚性支护阶段,其中柔性支护作用保证了相对较长而且稳定的软岩硐室服务年限。经实践证明,试验条件下的负底臌效应历时63 d,柔性结构控制底臌的作用时间为158 d,反底拱刚性结构对底臌的控制可以延长巷道的服务年限140 d,即巷道在1 a内无需底板修复。复合结构柔性反底拱的底臌控制效果明显,但是硐室整体稳定性并非单一依赖于对底臌的控制,支护体系在边界上存在相对薄弱的环节等因素,依然可转化为软岩硐室整体破坏的主要原因。

采场底板裂隙渗流演化规律数值分析

基于桃园煤矿10煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算,分析了采场底板应力分布、变形和塑性特征,研究了采场底板渗流压力场、流量场分布特征。结果表明:采动影响深度为45m,塑性区深度在工作面底板以下17m,当工作面接近底板奥灰岩含水层,岩体结构较容易破坏失稳,形成渗流通道。现场依据数值计算结果,设计了疏水降压和注浆加固底板控制技术,确保了底板赋水条件下煤层的安全回采。

采动过程中底板岩层变形破坏与损伤机理分析

底板岩层在采动过程中的变形破坏取决于底板的应力场和原生缺陷分布。为了研究底板岩层破坏的细观机理,描述底板岩层的裂隙演化,在分析煤层底板应力环境的基础上,基于岩石工程破坏准则,采用连续介质损伤力学和几何损伤理论的研究方法将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)破坏准则,建立了煤层底板脆性裂隙岩体介质在孔隙水压力作用下受采动影响的脆性动力损伤发展和孔隙率演变模型。并应用该模型对谢桥矿8#煤层开采过程中的底板变形破坏特征和裂隙水的迁移活动规律进行了脆性动力损伤分析。该损伤力学模型可用于煤层底板稳定性分析。

深部高应力下层状岩体巷道底鼓机理及控制技术

针对马路坪矿640 m深部开采出现的严重底鼓问题,对巷道围岩性质的研究、底鼓影响因素的分析和巷道原支护效果进行数值模拟,提出增设底角锚杆、底板锚杆及加筋混凝土底板控制底鼓方案,并通过数值模拟和现场观测进行效果检验。研究结果表明:围岩具有明显的偏压现象,且该矿区为遇水膨胀性、高应力环境下层状底板褶皱型和沿倾斜层理面剪切错动型底鼓,围岩性质、高地应力环境、水和支护形式是产生底鼓的主要因素,所提出的方案取得了良好的底鼓控制效果。

某铁路隧道底部结构隆起病害成因分析及治理对策探讨

西南地区YD隧道长约7 850 m,设计时速200 km,系双块式无砟轨道;建成通车后,K108＋ 600～K109＋ 350等区段底部结构出现不同程度的隆起,引起无砟轨道板开裂、破坏,致使轨道几何尺寸处于不稳定状态,影响列车正常运营.该隧道病害段穿越地层为薄至中厚中风化泥岩、砂岩缓倾互层围岩体,地应力测试表明该段存在与隧道轴线近似垂直的水平高地应力。通过采用现场调查测试、理论分析和数值计算等手段,分析总结认为该隧道底部结构隆起的主要成因是：1）以水平构造应力为主导的极高地应力作用于隧底下伏薄至中厚缓倾互层围岩体;2）仰拱参数不满足工程所处的地质环境.在锚索加固治理方案实施后,YD隧道的底部结构隆起依然没有稳定,在分析其原因、经验、教训的基础上提出治理及今后遇到类似工程的方向性建议：1）在缓倾互层围岩体环境中且埋深50～300 m的隧道工程中,应特别重视底部结构的针对性设计,恰当选择仰拱的矢跨比和刚度;2）锚索必然的松动、滑移特征决定了其不能作为隧底结构隆起病害整治的单独和主要技术手段,以低预应力锚杆锚固、至少是“刚柔相济”的方式应被重视.

高地应力水平层状岩体结构特征对隧道底鼓影响分析

隧道穿越高地应力区水平层状岩体时易导致仰拱底鼓,对铁路运行造成安全隐患。以西南地区某铁路隧道仰拱底鼓病害为对象,针对隧道底部水平层状岩体分布深度、单层厚度、弹性模量及地层竖向应力等因素对仰拱底鼓变形特征及影响规律开展研究。研究结果表明:隧道底鼓特征为仰拱中部底鼓量最大,越靠近墙脚底鼓量越小,墙脚处竖向位移几乎无变化;隧道底鼓变形量随水平层状岩体分布深度的增加呈非线性增加,分布深度由0增至5 m时底鼓变形增幅最大;底鼓变形量随层状岩体单层厚度的增加而减少,层状岩体单层厚度对底鼓量影响为薄层>中厚层>厚层>巨厚层;底鼓变形量随层状岩体弹性模量的增加呈非线性降低,弹性模量小于8.4 GPa时底鼓变形量降幅较大;竖向地应力的增加导致仰拱底鼓变形增大,仰拱底鼓量与竖向应力基本呈线性关系。

龙固煤矿采场底板突水因数与突水危害性分析

利用煤矿底板突水因数表述了层状岩体渗流失稳条件。根据龙固煤矿的岩层柱状图,运用RFPA2D软件计算了采场推进到25 m和50 m时底板岩层的应变分布,并利用渗透特性与应变之间的关系,计算了相应的底板突水因数。研究表明:岩层的破坏造成渗透率的增大、非Darcy流β因子和加速度系数的减小,从而使突水因数增大,突水发生的危险性增大;随着工作面的推进,底板的破坏范围扩大,变形也相应地增大,突水因数增大;当推进到25 m时,底板突水因数为95.1%;当推进到50 m时,底板突水因数为619%。

基于主应力差影响的底板应力分布状态研究

了研究上煤层中留设煤柱对底板岩层的应力传递规律影响,创新性地引入“主应力差值”作为岩层承压状态的动态指标,代替传统的垂直应力、水平应力和剪切应力的方法,摆脱了传统模型无法定量描述煤岩体变形破坏程度的研究现状,以传统模型研究为基础,得出3个应力的底板应力分布状态,而后进一步分析“主应力差”的表征特性和求解公式,最终解算模型得到底板主应力差传递形式呈“扇形扩散状”,底板约20 m内浅部岩层内应力曲线呈“双峰状”,且随着埋深增大,曲线逐渐向“单峰状”转变,在下层位煤层顶板位置主应力差基本呈现单峰,且煤柱底板中线位置破坏程度最大。

刘桥二矿六煤底板阻水质量分级及其应用

在王经明煤层底板岩体阻水质量分级的基础上提出了一套岩体分级改进方案,将各种物探结果、实验数据、现场实测数据综合起来,定量地评价煤层底板的阻水性能。该方法已在刘桥二矿Ⅱ614工作面应用取得了成功,该方法对整个岩溶型煤层底板防治水具有一定的参考价值。

软岩隧道围岩变形分析及处理

从介绍软岩隧道的基本变形特征出发,系统分析了引起软岩隧道变形的原因,全面讨论了软岩隧道的支护原理、原则与方法,并详细介绍了底鼓问题的防治方法,对软岩地质条件下的施工具有重要的现实意义。

A矿采场底板突水危害性分析

根据A矿的岩层柱状图,运用RFPA2D软件计算了采场推进到25m和50m时底板岩层的应变分布,且利用渗透特性与应变之间的关系,计算了相应的底板突水因数。利用煤矿底板突水因数表述了层状岩体渗流失稳条件并判断隔水关键层位置.研究结果表明:岩层的破坏造成渗透率的增大、非Darcy流β因子和加速度系数的减小,从而使突水因数增大;随着工作面的推进,底板的破坏范围扩大,变形增大,突水因数增大;当推进到25m时,底板突水因数为95.1%;当推进到50m时,底板突水因数为619%.

深部矿井底板岩体阻水性高压注水试验

针对深部矿井底板岩体阻水性问题,以永城某矿二2煤层底板三个层位岩体为研究对象,进行分段高压重复注水试验。研究结果表明,该矿二2煤层底板三个测试段岩体均具有较强的阻水能力,在起始渗流和稳态渗流条件下,抗渗阻力为2.5~3.83MPa/m。渗透系数计算结果表明,初次注水和重复注水时,细砂岩和粉砂岩段渗透性变化不明显,均为微—极微渗透性,高压水扰动并未显著改变该层位岩体渗透性;而砂质泥岩段在重复注水时渗透性有一定程度的增强,但在10MPa以上的高压注水条件下,岩体仍具有一定的阻水性。

近距离煤层协调开采底板岩体移动规律观测研究

为了找到矿井承压水上带压开采的有效方法,对峰峰矿务局四矿4804(4904)、4806(4906)两个近距离煤层协调开采工作面的底板岩体移动规律进行观测研究,研究表明:近距离煤层采用上下工作面协调开采的方法,并加快工作面推进速度,能有效地控制矿山压力、减轻工作面的采动影响程度,从而最大限度地减小了煤层底板破坏深度,也就相对增加了底板隔水层的厚度,减少了煤层底板突水的几率,从而达到安全开采的目的。因而近距离煤层协调开采是承压水上带压开采防止煤层底板突水的有效采煤方法。