不同侧压系数下深部软岩巷道稳定性分析及控制

针对深部软岩巷道围岩大变形、岩体破碎及支护体损坏等控制难题,研究了不同侧压系数下深部岩巷围岩响应特征及支护技术。以邢东矿1126工作面运料车场为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法分析不同侧压系数下深部直墙拱形岩巷围岩应力、偏应力第二不变量和塑性区的分布特征,得出深部软岩巷道失稳机制为:开挖引起浅部围岩应力集中、较深部围岩高畸变能积聚→岩层剪切错动→高畸变能释放→扩容大变形。基于提高浅部围岩承载强度,并适度释放围岩高畸变能原则,提出密集长锚杆索+强金属网+二次喷浆的支护技术。井下试验结果表明,该技术能够有效控制深部软岩巷道的变形破坏,保证巷道稳定。

基于偏应力分布特征的综放区段煤柱宽度研究

针对王家岭煤矿20 m宽煤柱条件下回采巷道大变形控制难题,运用数值模拟方法,研究了顶板煤岩体偏应力第二不变量分布及迁移演化规律,得出203盘区相邻综放区段间煤柱合理宽度为4~8 m,且回采巷道煤柱侧顶板需要进行强化支护的结论。现场试验8 m宽煤柱,采用槽钢桁架锚索与单体锚索平行布置非对称支护技术支护20321综放工作面回风巷,顶板最大下沉量为102 mm,煤柱宽度留设合理。

剧烈采动影响煤巷围岩偏应力分布规律与控制

针对多重剧烈采动影响煤巷围岩控制难题,以某矿轨道平巷为研究对象,采用FLAC^(3D)模拟上煤层遗留煤柱集中应力、本煤层邻近工作面及本工作面采动对煤巷稳定性的影响。结果表明:上部煤层遗留区段煤柱底板存在沿煤柱边缘向底板深部呈“八”字形非对称分布的高剪应力区;随着煤柱底板深度增加,偏应力第二不变量J2值分布由陡峭双峰形向马鞍形转变,并将底板分为显著影响区(0~16 m)、一般影响区(16~30 m)和弱影响区(30 m以上);相邻工作面回采过程中,超前监测面20 m时顶板和两帮J_(2)值开始增大,当滞后监测面10~20 m巷道围岩进入相邻工作面采动影响期;在本工作面超前采动影响过程中,巷道深部高J_(2)值非均布环形分布带应力值进一步增加,范围变大,环形向逆时针旋转转移,并呈向深部转移的趋势。基于此提出高预应力锚杆(索)与桁架锚索组合非对称控制技术且煤巷控制效果良好。

三维应力场中不同空间角下钻孔稳定性研究

为了探究不同空间角对钻孔稳定性的影响,基于单轴和三轴试验探究了不同钻孔角度的岩体力学特性,建立了三维应力场中不同空间角度钻孔力学计算模型,基于欧拉变换建立了地应力坐标系、空间直角坐标系和钻孔柱坐标系之间的相互关系,结合Mohr-Coulomb强度准则的三维表达式推导出三维应力环境中不同空间角下钻孔围岩的塑性区边界隐式方程,寻求了描述钻孔周围应力分布特征的综合应力指标偏应力张量第二不变量J_(2),通过变化井斜角和方位角研究了不同方案下的钻孔孔周偏应力J_(2)大小及形态分布特征,分析了不同空间角下的塑性区分布范围及形态.建立了偏应力J_(2)与塑性区之间的相互对应关系,揭示了钻孔围岩的变形破坏本质,并基于理论分析提出了工程应用指导.研究结果表明:不同空间角下钻孔周边产生不同程度的应力集中,导致岩体的强度特性与声发射特征存在较大差异;不同井斜角和方位角条件下,钻孔孔周各处的偏应力集中程度存在较大差异,井斜角和方位角的改变对孔周J_(2)最大集中位置所在的角度具有重要影响,不同方案下的J_(2)应力扩展角与钻孔周边的J_(2)最大值所对应的极角完全一致,且J_(2)应力偏转角基本稳定在38°~42°;不同井斜角和方位角条件下钻孔塑性区破坏程度、破坏扩展最大尺寸以及破坏形态存在较大差异;偏应力J_(2)等值线形态演化规律与塑性区形态演化规律具有一致性,在不同空间角下J_(2)及塑性区形态均呈现“蝶形单翼扩展”的非对称扩展特征,且不同方案下塑性区最大破坏位置与偏应力J_(2)最大集中位置所在的角度差值为3°~5°.研究结果对煤层瓦斯抽采和钻孔卸压具有重要的理论意义和参考价值.