围岩松动圈理论在某矿巷道支护优化中的应用

云南某铁矿山深部巷道变形严重,巷道经多次反复支护后未达到理想支护效果,给矿山安全生产带来隐患。为优化巷道支护效果,确定合理的支护参数,基于围岩松动圈理论计算分析巷道支护现状,选取对支护影响较大的3个因素设计正交试验,运用FLAC3D软件进行数值模拟。结果表明:巷道变形破坏的原因为形成的围岩松动圈等级同支护参数间的不匹配所致;在锚杆长度、锚杆间排距、喷层厚度3个因素中,喷层厚度对支护效果影响最大;在一定科学取值范围内,混凝土喷层厚度越大、锚杆长度越小、锚杆间排距越大,巷道顶板、两帮位移量越小,支护效果越好;最后,提出选用长1.8 m的锚杆、锚杆间排距1.0 m×1.0 m、喷射混凝土厚度100 mm的最优参数对巷道进行锚网喷支护。

松散软弱围岩煤巷高效掘进及支护工艺优化研究

针对芦岭煤矿9^(#)煤层松散软弱围岩煤巷掘进技术难题,分析松散软弱围岩煤巷高效掘进支护主要影响因素及优化关键支护工序,并实现松散软弱围岩煤巷挖底、控顶、护帮整体控制效果,采用FLAC 3D数值模拟软件对芦岭煤矿Ⅱ946回风巷掘进支护方案及高效掘进工艺进行计算机模拟,设计松散软弱煤巷围岩稳定性控制措施,即“注浆锚杆(锚索梁)超前主动支护+协同柔性支护”工艺,现场试验表明芦岭煤矿Ⅱ946回风巷每日掘进从2.4 m增加到3.0~3.6 m,控制了松散软弱围岩的变形,提高了掘进效率。

基于自感知纤维增强复合材料锚杆的隧道围岩松动圈识别

隧道围岩变形和松动圈厚度是隧道结构设计的重要考虑因素和安全运营的重要参考依据,现有的松动圈识别方法和隧道围岩变形测量手段多停留在检测层面,缺乏长期实时监测方法.为此,研发内嵌光纤的自感知纤维增强复合材料(FRP)锚杆,提出基于内嵌光纤自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统,可以实现对围岩变形立体化、全天候的实时监测;结合监测数据与理论分析,提出隧道围岩松动圈的识别方法,并将该智能监测方法应用于广汕高铁陈塘隧道.研究结果表明:自感知FRP锚杆能够精准探知现场施工对围岩变形的影响规律,型钢钢架对隧道围岩的支护作用较为突出;监测数据可以实时反映自感知锚杆的受力规律,从而准确识别隧道不同位置围岩的松动圈厚度;基于自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统将在隧道运营过程中持续、实时监测隧道围岩的变形,为隧道全生命周期的结构安全提供高技术保障.

大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护方法优化研究

针对大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护不合理导致巷道变形严重问题,采用现场监测、数值模拟与实践相结合对迎采动掘进巷道支护优化方法进行了研究。结果表明:原支护条件下,迎采巷道以顶板及两帮松动破坏为主,最大破坏深度达1.58 m,需要加强支护;迎采巷道“锚杆+锚索+钢筋梯子梁”加强支护方法,随着工作面的推进,巷道顶板塑性区面积减小53.3%~59.7%,两帮塑性区面积减小49.1%~58.8%,应力峰值显著降低,满足迎采巷道稳定要求。通过现场实践,巷道加强支护后,顶板下沉量减小69%,煤柱帮位移减小68%,回采帮位移减小67.7%,巷道支护效果显著。

基于能量耗散理论的深部巷道围岩松动圈范围分析

以某矿上组煤一采区回风大巷穿层4号煤层为背景,基于能量耗散理论进行巷道围岩松动圈范围研究分析,基于能量平衡方程和围岩松动圈能量分析理论建立拱形巷道能量耗散力学模型,确定巷道围岩松动圈破坏范围与能量耗散量呈正相关关系。基于摩尔-库伦应变软化本构模型,开发了基于FLAC3D软件能量耗散fish程序并进行数值模拟,确定了模型巷道能量耗散范围平均为5.9 m,结合现场钻孔成像试验,确定了大巷围岩松动圈破坏范围分别为5.9 m和6.04 m,证明了能量耗散理论能够较好适用于围岩松动圈范围的分析研究。

高地应力松散破碎围岩巷道支护技术研究

受高地应力影响,某煤矿3410工作面运输巷围岩变形破坏严重。通过分析围岩破坏深度及机理,采用“锚杆+注浆锚索+金属网+喷射混凝土+注浆管”的联合支护方案。现场工程实践表明,巷道最大顶底板及两帮变形量分别为120 mm、115 mm,均在安全范围内,优化后支护方案能够保证巷道安全使用。

水文地质复杂矿井首采面矿压规律及围岩裂隙发育研究

针对红一煤矿矿井水文地质复杂、断层多、采掘工作面涌水量大、导水断裂带发育等问题,以首采面1150401工作面为例,通过相似材料模拟试验的方法,从煤岩物理力学参数测试、两顺槽围岩松动圈探测及支架工作阻力分析,研究得出首采面初次来压、周期来压步距、超前采动影响范围及超前采动裂隙发育情况。研究结果为红一煤矿乃至红墩子矿区安全生产、防治水工作提供了重要的技术支撑。

多次爆破开挖下硐室围岩损伤累积及松动圈扩展规律研究

为了探究硐室围岩在多次爆破开挖下的损伤累积及松动圈扩展规律,结合某试验硐室爆破开挖工程,通过ANSYS/LSDYNA重启动技术模拟多次爆破开挖下围岩的损伤累积,采用地质雷达法测定多次爆破开挖后围岩松动圈厚度,分析围岩松动圈扩展规律,最后明确硐室围岩损伤范围与松动圈厚度之间的定量关系。研究结果表明:多次爆破开挖后围岩损伤累积范围同松动圈厚度一样呈单调递减趋势,增长速率逐次降低,直至不再累积扩展;将损伤变量D在0.25~0.78之间的损伤范围看作围岩松动圈厚度,数值模拟结果与现场测试结果误差较小,说明在一定程度上岩体损伤累积程度的变化就是围岩松动圈厚度的变化。相关结论可为今后爆破开挖下硐室围岩研究提供一定参考。

王庄煤矿大断面回采巷道支护参数优化分析

王庄煤矿7112工作面大断面巷道因支护参数不合理,导致的巷道变形严重。拟采用现场监测、理论分析与数值模拟等方法,优化巷道支护参数;分析表明,大断面巷道围岩以两帮及顶板松动破坏为主,最大破坏深度达1.58 m。大断面巷道支护参数优化后的支护参数为,顶锚杆长度为2.6 m,间排距为0.85 m×0.85 m,顶锚索长度为8.3 m,采用“3-2-3-2”布置方式,间距分别为1.5 m、2.5 m。现场应用表明,上述支护措施能有效控制巷道围岩变形量,其中,顶板下沉量降低了59.2%,底板底鼓量降低了51.6%,煤柱帮移近量降低了59.1%,回采帮移近量降低了61.3%;大断面巷道变形得到了有效控制,可为类似大断面巷道支护提供工程指导与借鉴。

巷道跨度及采动应力对围岩松动圈影响的测试与分析

巷道设计在很大程度上是支护设计,而围岩松动圈作为支护设计的依据,进行现场实测是最可靠的方法。采用地质雷达对榆树岭煤矿进行松动圈测试,探究巷道跨度、采动应力等因素对围岩松动圈的影响。测试与分析结果表明:下5煤层巷道全断面松动圈均小于2.0 m,为中等松动圈,而水平应力远大于垂直应力是顶板松动圈大于两帮松动圈的原因;巷道跨度对围岩松动圈的影响并不显著,在5.0~11.5 m跨度范围内,松动圈增幅5%~15%,因此4~8 m跨度范围内巷道采用相同支护方案时,可优化锚杆与锚索预紧力来保证巷道稳定;沿空掘巷一次采动影响后,全断面松动圈均超过2.0 m,松动圈增幅15%~22%,可作为沿空掘巷煤柱留设宽度的依据;围岩松动圈范围内的破碎区较易识别,而裂隙区的判断则需要结合经验或2种以上测试方法进行综合分析判断。

地下厂房围岩松动圈声波拟合及监测反馈分析

在对锦屏一级水电站和溪洛渡水电站地下厂房围岩大量声波波速-深度曲线及其曲线拟合的基础上,将声波波速-深度曲线分成5类;利用经典的波速-弹性模量关系式将地下厂房围岩深度与弹性模量联系起来,对开挖后的洞壁岩体松弛现象和弹性模量下降的规律进行评价,提出洞周松动圈深度拟合公式。将提出的松动圈拟合公式应用于地下厂房围岩监测反馈分析和超前预报,分析成果比传统弹塑性理论更符合围岩实际变形规律。研究结果为围岩变形稳定分析和开挖反馈分析提供理论基础。

深埋隧道围岩松动圈探测技术研究与数值模拟分析

围岩松动圈支护理论已被工程界广泛认同和接受,如何准确快速地探测松动圈深度更好的为工程服务,成为大家所关注的问题。以新建兰新铁路大梁隧道现场试验为依托,对测试断面围岩松动圈深度采用单孔声波测试法、地质雷达法进行探测,结合现场地应力及岩体物理力学参数实测结果进行数值模拟分析可知,以单孔声波测试法结果为基准,地质雷达测试结果与声波法测试结果基本一致,在围岩含水区域测试结果存在一定偏差,地质雷达发出的电磁波对含水区域比较敏感,发射和接收干扰较大,但地质雷达作为一种快速、无损的检测方法应该得到大力推广应用。由于数值计算时没有考虑爆破对围岩松动圈的影响,其计算结果与声波法探测结果相比偏小,但是两者的变化趋势基本上是一致的。数值计算应以现场地应力及岩体物理力学参数测试结果为依据,使计算结果更加真实,更好地为工程决策服务。

金川矿山深部巷道围岩松动圈厚度测试与分析

为了分析金川深部巷道底臌形成过程以及支护对巷道稳定性的影响,运用声波单孔探测法,使用水做耦合剂,对巷道围岩松动圈进行测试。根据测出的深度-孔深曲线和各测孔漏水情况得出3个断面松动圈厚度以及围岩破碎程度。研究结果表明:初次支护设计对围岩松动圈有重要影响,巷道开挖支护一段时间后,松动圈厚度趋于稳定,返修后巷道围岩松动圈厚度不会有很大变化。巷道顶板和底角的围岩松动圈比两帮的厚,特别是底角处的松动圈较厚,在巷道两帮传递的集中应力的作用下,易发生破碎与移动,对于巷道围岩稳定性也有较大的影响。因此,使用锚索或者长度大于2.5 m的锚杆支护顶底角,对于延长巷道使用期限、减少返修周期具有重要意义。

基于围岩松动圈理论的锚杆支护技术研究

现有锚杆支护参数确定多依据工程类比法,支护方案的确立缺少科学理论依据。因此,通过分析围岩松动圈原理,并应用超声波探测金川Ⅲ矿1554和1220m水平运输巷道的围岩松动范围。依据围岩松动圈测试结果,确定支护参数和支护方案,并通过数值模拟进行支护效果分析。研究结果表明,超声波能够探测围岩松动范围;围岩松动圈理论指导锚杆支护参数的确定是合理可靠的。

破碎围岩巷道锚杆支护优化研究

破碎围岩巷道支护重点是保证围岩的整体稳定性,然而现有巷道锚杆支护设计多依据工程类比法,不能适应破碎围岩巷道的支护参数确定。通过对金川Ⅲ矿1 554水平运输巷道进行超声波探测,确定了围岩松动范围,并以此确定锚杆支护参数。数值模拟研究发现,围岩松动范围能够指导锚杆支护参数的确定;依据松动圈测试结果减小锚杆长度、增加支护密度能够取得很好的支护效果,保证了围岩的整体稳定性,同时减少材料消耗、节约支护成本。

深部厚松散层破碎围岩巷道支护参数优化设计

陈四楼矿-720 m辅助水平回风大巷为典型的深部厚松散层破碎围岩巷道,该巷道在原有支护方案下支护失效。针对辅助水平回风大巷的支护难题,研究分析了其变形机理及破坏特征,在原支护方案的基础上,对支护参数进行优化设计,并利用FLAC3D对巷道支护方案进行模拟对比分析。

悬索桥锚碇隧道爆破开挖的围岩累积振动效应研究

结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到围岩损伤度和松动圈范围在不同等级的爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系,以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。结果表明:锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3～6cm/s时,最大围岩松动圈厚度约为2.3m,围岩平均损伤度约为0.15。当测点处围岩的振动速度小于2cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。

大松动圈破碎围岩二次注浆加固试验研究

为解决赵庄煤矿高地应力条件下松软破碎围岩巷道持续变形的问题,通过理论分析、试验模拟和现场观测的手段对二次注浆加固进行研究,基于松动圈理论,采用地质雷达探测技术、深浅孔原位复注浆技术及锚注加固技术,在西翼南回风巷原有的锚网索支护基础上进行了全断面二次注浆加固试验。采用数值模拟以及巷道变形量观测的方法对支护效果进行检验。结果表明:二次注浆加固提高了围岩的整体强度,塑性区大幅减小,形成了复合承载结构,实现了锚固体与破碎围岩共同承载和自承载,可有效解决破碎围岩的持续变形问题。

崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控

崩塌松散围岩隧道施工中常遇到山体整体稳定和掌子面塌方等技术难题,结合桑州岭隧道工程,对浅埋隧道的锚杆加固进行理论分析,对隧道开挖过程中山体稳定进行监控,并对掌子面塌方进行了成功预报,指出松散围岩中蓄水层对掌子面稳定的影响,所得结论对崩塌松散围岩的施工有较好的指导意义。

松散破碎围岩两步耦合注浆技术与浆液扩散规律

基于巷道围岩松散破碎、两帮充填不实、木支架临时支护等复杂条件,分析了斜岭煤矿+60水平运输大巷破坏机理及原因,提出“两步耦合注浆”新技术对该巷道进行加固,并研究了耦合注浆加固机理和浆液在围岩中的扩散规律。实践表明:两步耦合注浆技术是解决松散破碎围岩支护难题的有效途径,取得了良好的支护效果。