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巷道围岩控制

来源：煤炭学报

专题来源于《煤炭学报》。为历年来巷道围岩控制方面的论文集锦。

行业视野: 采矿
类别; 152个
关键词; 183位
专家; 35篇
论文; 38883IP
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断层破碎带巷道底臌作用机理与控制技术

作者(Author)：王军, 胡存川, 左建平, 王波, 毛庆福, 丁厚刚, 赵南南

摘要：针对阳城煤矿-650南翼综机库(返修后为-650集中制冷硐室)底臌问题，采用现场调研和室内测试分析了底臌影响因素，包括断层破碎带影响、底板岩体质量差、底板浸水劣化和底板支护薄弱，其中前2条属于地质因素，要摸清参数分析利害，后两条属于人为因素，要优化设计设置防水。通过有限元模拟了原有支护和返修支护条件下底臌形成过程，模拟显示原支护条件下，巷道底板零位移标线距离巷道底板地坪7 m左右，零应变标线距离底板地坪10 m左右;底板有明显的3个区域:拉应变上升区、拉应变压缩区、压应变压缩区，其中拉应变上升区分布范围广且深度大(即零位移标线深度大)，围岩应力作用下拉应变上升区持续位移是造成底臌的关键原因。返修方案优化了全断面支护并重点强化底板支护力，模拟显示返修后底板零位移标线距离巷道底板地坪约4 m，与原有支护条件下相比，零位移标线抬升约3 m，减小了底臌发生区深度，控底效果显著。由此，提出了以底板零位移标线深度(即底臌产生区深度)来分析底臌作用机理，在单一变量条件下，分析得出底板支护力σ、底板岩体强度σc、巷道埋深H及巷道半径R与底板零位移标线深度hs的相关函数分别符合对数方程、幂函数、线性方程和对数方程。其中底板支护力和巷道半径影响作用显著，底板岩体强度影响作用次之，巷道埋深影响作用再次之。因此，为抑制底臌，在常规支护条件下应尽可能提高底板支护力;在巷道满足使用要求条件下应尽可能减小巷道尺寸;对软岩底板应尽可能保持或优化底板岩体强度，必须进行底板防排水。最后，实施了以锚网索喷+钢管混凝土支架技术优化全断面支护并以钢筋混凝土底梁强化底板支护的综合返修支护方案，工程实践表明返修后底臌控制良好，底臌量低于20 mm，计算钢筋混凝土底梁支护力1.02 MPa，钢管混凝土支架反底拱支护0.91 MPa，返修方案的底板总支护力σ=1.93 MPa，属于高支护力方案。但是返修方案也存在施工复杂和支护成本较高问题，为此提出由预制装配式弧板+控底锚索+防水层组成的优化支护系统，施工简单，成本经济。

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煤炭学报

2019年第02期

1642

782
基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性电磁波CT评估方法

作者(Author)：刘少虹, 潘俊锋, 王洪涛, 唐忠义, 夏永学, 曹延福, 张晨阳

摘要：近年来，随着开采深度和强度的逐渐增大，冲击地压灾害发生频率逐年升高，严重威胁矿井的安全生产。针对目前基于现场实测的冲击危险性评价方法仅从能量聚集角度进行危险性判别，导致评价结果不能反映现场全部冲击危险情况的问题，考虑了冲击启动过程经历的"能量释放→能量传递→冲击显现"3个阶段，分析了基于冲击启动过程的冲击危险性评估原理，通过理论研究，构建了包括能量集中指数、屈服接近指数、能量传递衰减指数和支护损伤指数等4个指标，设定了各指标的权重，包括根据各指标量值差异程度设定的属性权重，以及根据各指标危险等级设定的等级权重；由此，以电磁波CT探测系统为平台，建立了能够划分近场围岩冲击危险区域及危险等级的电磁波CT评估方法，并将该方法编程实现。应用此方法对亭南煤矿207工作面现场实测数据进行处理，发现区段煤柱内布置巷道大幅升高了相邻煤柱区的应力集中程度及支护损伤程度，进而增大了相邻煤柱区的冲击危险性。通过钻屑法验证了基于冲击启动过程的冲击危险性评估方法的有效性。该方法依据冲击启动过程将评估体系细化，能够有效提升对冲击危险区域及危险等级的辨识度，为巷道冲击地压治理提供了更为准确的依据，尤其能为煤柱区冲击地压防治提供借鉴。

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煤炭学报

2019年第02期

1226

763
非等压圆形巷道围岩塑性区边界方程及应用

作者(Author)：王卫军, 董恩远, 袁超

摘要：由于双向非等压应力条件作用下的圆形巷道弹塑性问题求解难度较大，目前难以得到精确解析解。基于Mohr-Coulomb强度准则，将Kirsch解代入塑性条件中研究了非等压应力条件下圆形巷道围岩塑性区近似边界方程、分析了塑性区影响因素及形成力学机制。结果表明:侧压系数影响塑性区形态，原岩应力方向影响蝶形塑性区蝶叶方位，巷道半径与围岩岩性对塑性区形态均没有影响，但对塑性区的发育深度起着决定作用;侧压系数不等于1时，最大主应力方向不再平行于巷道切向，最小主应力方向不再经过巷道中心位置，引起围岩剪切破坏方向发生变化，而塑性区的扩展受控于最大剪应力的分布，此时塑性区形态偏离圆形;剪应力峰值点曲线与塑性区边界均随侧压系数变化而发生变化，但塑性区边界总是位于剪应力云图中最大剪应力峰值位置，且侧压系数越小主应力方向变化越大，塑性区不规则形态越明显;该求解方法没有考虑塑性区对弹性区应力的影响，属于近似求解法，但塑性区形态、发育规律与数值模拟结果相一致，并对解决工程问题具有指导作用，说明该塑性区边界方程近似解法是可信的。通过该近似方程能够掌握巷道围岩塑性区发育扩展规律，依此提出的可接长锚杆支护技术能够有效解决深部巷道锚杆易随顶板整体下沉、锚索破断引发的冒顶问题，较好的消除了冒顶隐患。

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煤炭学报

2019年第01期

1258

517
考虑中间主应力和软化的圆形隧道围岩弹塑性分析

作者(Author)：王凤云, 钱德玲

摘要：为研究中间主应力在圆形隧道围岩承载力所发挥的作用,根据统一强度理论和塑性增量的非相关性流动法则,提出了考虑中间主应力影响的应变软化围岩特征曲线的有限差分计算方法,并通过实例验证该方法的正确性。由于围岩的力学模型对特征曲线的影响较大,采用3种不同力学模型——弹塑性模型、弹脆性模型和应变软化模型,分别研究了中间主应力和支护力对圆形隧道围岩塑性区半径,应力分布和隧道洞壁处位移的影响。结果表明:当围岩采用弹塑性模型时,计算的塑性区半径和洞壁处的位移均较小,没有考虑岩体强度在塑性区的弱化,建议慎重选择;中间主应力对塑性区半径和洞壁处的位移发展均有抑制作用,特别是在无支护状态下弹脆性模型的抑制作用最显著;中间主应力对塑性发展的抑制作用随着支护力的增加而减小;弹塑性交界处围压,应变软化模型下软化区与残余区交界面的围压均与支护力无关,且随中间主应力影响系数的增加而减小。

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煤炭学报

2018年第12期

683

311
基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

作者(Author)：文志杰, 张瑞新, 杨涛, 陈连军, 蒋宇静, 谭云亮, 陈结, 陈艾

摘要：巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0. 65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。

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煤炭学报

2018年第12期

1279

380
考虑应变软化和扩容的圆形巷道围岩强度准则效应

作者(Author)：潘继良, 高召宁, 任奋华

摘要：为了研究强度准则效应对圆形巷道围岩稳定性的影响,首先对Mohr-Coulomb(MC)准则、Drucker-Prager(DP)准则、统一强度理论和Mogi-Coulomb(MO)准则等4种岩石材料常用的强度准则进行归纳总结,得到了平面应变条件下统一形式的屈服方程;然后将巷道围岩划分为破碎区、塑性软化区和弹性区,同时引入强度参数软化模量和扩容系数,考虑中间主应力效应、岩石峰后应变软化和扩容特性,推导了巷道围岩应力、位移和塑性区半径统一解,并对新解的各影响因素进行了对比分析。分析结果表明:本文所提出的新解不仅形式简洁,而且可以灵活匹配不同的岩石强度准则;不考虑中间主应力效应的强度准则相对偏于保守,考虑中间主应力效应时,MO准则和权系数<0. 5的统一强度理论计算得到的塑性区半径和位移处于中间水平,而外接圆DP准则和权系数>0. 5的统一强度理论对中间主应力效应考虑较多,选用时需谨慎;应变软化会使塑性区内围岩的性质得到进一步劣化,出现更大范围的破碎区,提高破碎区残余强度是一种有效的支护方法;巷道围岩的扩容特性不仅与剪胀角有关,而且还与塑性势函数有关,不考虑扩容将会低估围岩的真实变形。研究结果可为巷道围岩稳定性评价和支护设计提供重要理论参考依据。

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煤炭学报

2018年第12期

706

222
深部高应力区段煤柱留设合理性及综合卸荷技术

作者(Author)：祁和刚, 于健浩

摘要：为避免深部矿井高应力煤柱对巷道产生的不利影响,基于塑性滑移场理论、极限平衡理论,结合数值模拟方法,以葫芦素矿井2-1煤首采区为背景,研究区段煤柱集中载荷作用下底板承压破坏范围及其对巷道围岩稳定性的影响程度。结果表明:目前葫芦素2-1煤留设的30 m区段煤柱在侧向支承压力作用下对底板岩层的影响较大,其承压破坏带覆盖整个巷道底板范围,造成巷道底臌严重。为此,提出了“一高一低”的高应力区段煤柱综合卸荷技术,即高位“钻、切、压”一体化技术切断覆岩应力传递,低位煤层小孔径爆破技术释放煤柱内的集聚载荷。现场实验结果表明:卸荷后煤柱内部应力峰值由22. 5 MPa降至15. 7 MPa,压降明显,巷道变形得到有效控制。

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煤炭学报

2018年第12期

775

257
真三轴应力条件下钻孔围岩稳定性及塑性区特性

作者(Author)：尹光志, 鲁俊, 李星, 刘超, 李铭辉, 马波

摘要：为探究中间主应力对预制孔岩石力学性质的影响,基于自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”,进行了等b等σ3试验。试验结果表明:主应力方向、中间主应力对岩石变形和强度特性均有较大影响。裂纹特征应力值随中主应力系数b的增加呈现先增大后减小的趋势;裂纹主要在垂直孔轴线方向发育并首先在较小的主应力方向发生破坏。几种条件下试样的强度均随中主应力系数的增大而先增大后减小。其中,最大主应力平行于孔轴线时强度最高,稳定性最好;在中主应力系数b较小时,中间主应力平行于孔轴线时强度最低,而b较大时孔轴线沿最小主应力时强度最低。基于广义平面应变理论,分析了中间主应力对孔周围塑性区的影响。

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煤炭学报

2018年第10期

1025

264