主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會
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采礦與安全工程學報

期刊英文名:Journal of Mining & Safety Engineering

  《采礦與安全工程學報》,雙月刊,創辦于1984年,雙月刊,是由中國礦業大學和中國煤炭工業勞動保護科學技術學會聯合主辦的一級學術期刊,被美國《工程索引》(Ei Compendex)、中國科學引文數據庫核心庫(CSCD)等數據庫收錄。
  • 作者(Author):李樹剛趙波趙鵬翔楊二豪徐培耘
    關鍵詞(KeyWords):吸附材料吸附量增量吸附量比值吸附常數

    摘要:為研究"固-氣"耦合物理相似模擬試驗中模擬煤層材料的瓦斯吸附問題,根據孔隙特征及吸附特征選擇活性氧化鋁、硅膠、硅藻土、高嶺土、3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩作為吸附材料以及屯堡礦煤樣為對比材料,采用WY-98A瓦斯吸附常數測定儀對以上材料開展瓦斯吸附量及吸附常數a,b值試驗。試驗結果表明,高嶺土、硅藻土呈現先平緩后陡峭的等溫線,不符合Langmuir單分子層吸附模型,不能作為吸附材料;活性氧化鋁和硅膠與屯堡礦煤樣的吸附量增量變化趨勢相似并且屯堡礦煤樣與其吸附量比值在0.6~2之間且比值變化趨于常數,因此吸附過程變化規律與屯堡礦煤樣較為相似;且吸附常數a值較大,有作為吸附材料的可能性;3種分子篩吸附量增量變化趨勢呈"W型",分別在0.9,0.6,0.4 mL/g左右波動;屯堡礦煤樣與其吸附量比值變化較大且不穩定,吸附過程變化規律與屯堡礦煤樣相似度較低;吸附常數a值較小,不適合作為吸附材料;各種試驗材料吸附常數b值均存在較大差異且都小于屯堡礦煤樣。研究結果為"固-氣"耦合物理相似模擬試驗中具有瓦斯吸附性材料的選擇及開展"固-氣"耦合物理相似模擬試驗提供了一定的實驗基礎。
  • 作者(Author):王春來廖澤鋒李長峰陳增石峰李廣永李海濤
    關鍵詞(KeyWords):巖爆聲發射空間定位時空熵值耗散結構預警

    摘要:對花崗巖開展室內真三軸條件下巖爆模擬實驗,并運用聲發射監測技術獲得其變形破壞過程中聲發射參數和空間定位信息。基于信息熵理論,分析試樣在破壞過程中聲發射事件在時空上從無序走向有序的演化過程,計算得到了聲發射事件空間熵值和時間熵值。實驗表明:巖石破壞前聲發射能量突然大量釋放,聲發射事件出現空間積聚現象;空間熵值出現"震蕩-上升-下降-小幅上升-急劇下降"和時間熵值出現"震蕩-下降-小幅上升-急劇下降"的演化模式。2種熵值在巖爆發生前都出現了急劇下降的現象,可作為巖爆發生前兆信息,下降點可作為巖爆預警點。并運用耗散結構理論證明了巖石破裂失穩過程中時空熵值演化是一個遠離平衡態的非線性動力過程。實驗結果為巖爆預測提供了新的手段,對于實際礦山巖爆等動力災害的預警具有一定的理論研究意義。
  • 作者(Author):辛亞軍呂鑫郝海春董帥姬紅英
    關鍵詞(KeyWords):損傷巖石膠結厚度蠕變試驗強度特征破壞形態失穩模式

    摘要:通過RLW-2000型三軸流變儀,對2組13個損傷試樣進行膠結重增量加載蠕變試驗,研究了損傷巖石膠結試樣在不同蠕變應力水平下瞬時應變與蠕變應變特性,分析了不同膠結狀態及膠結厚度對試樣蠕變破壞強度影響,確定了膠結厚度與試樣瞬時應變、蠕變應變關系,探討了膠結試樣蠕變破壞形態,確定了膠結試樣蠕變破壞基本模式。結果表明:隨著蠕變應力水平提高,2組試樣瞬時應變均表現為減小趨勢,大理巖和粗砂巖試樣蠕變應變分別表現增加與減小趨勢;緊縫膠結試樣蠕變破壞強度大于無膠結試樣,但隨著膠結厚度增加,膠結試樣蠕變破壞強度呈現減小趨勢;在相同蠕變應力水平下,隨著膠結厚度增加,膠結試樣蠕變應變呈緩慢增加趨勢,但蠕變應變增加幅度小于瞬時應變;緊縫膠結試樣破壞主控面單一,主控面角度近似垂直,且破裂塊體較大,而厚度膠結試樣破壞主控面復雜,且試樣上下部滑移錯動失穩明顯;膠結試樣蠕變破壞模式分為分離破壞模式、貫穿劈裂模式與貫穿滑移模式。
  • 作者(Author):安百富余偉健吳根水王彩龍
    關鍵詞(KeyWords):固體充填房式煤柱初始夯實力液壓支架充填致密度

    摘要:為了提供綜合機械化固體充填回收房式煤柱采場圍巖穩定性控制的理論依據,分析得到了風積沙和黃土混合物料的力學特性和最佳配比,研究了充填物料所受不同初始夯實力、液壓支架組對采場煤柱塑性區及應力分布的影響規律。結果表明:隨著工作面推進距離的增加,煤柱塑性區最大截面積及煤柱所受應力逐漸增大并趨近于某一定值,且隨著充填物料所受初始夯實力的增大,煤柱塑性區最大截面積及煤柱上最大壓應力逐漸減小;液壓支架可減少工作面周圍煤柱的壓應力及塑性區發育范圍,但影響較小,且隨著充填物料所受初始夯實力的增大,液壓支架的作用逐漸減弱。結合分析結果和工程實際,設計采空區充填致密度臨界值為1 684.70 kg/m~3。
  • 作者(Author):曹帥薛改利宋衛東
    關鍵詞(KeyWords):組合膠結充填體不同灰砂比數值模擬力學特性試驗采場

    摘要:為探究組合尾砂膠結充填體力學特性及破壞機制,利用大冶鐵礦全尾砂制備灰砂比分別為1∶4,1∶6,1∶8和1∶10的三分層柱狀組合膠結充填體試樣,借助SANS數顯式試驗機開展不同配比組合充填體單軸壓縮試驗。以大冶鐵礦為工程背景,借助數值模擬手段優化了充填方案并開展工業試驗。研究結果表明:1)組合充填體頂底分層為1∶4時,二分層灰砂比降低,膠結充填體整體強度弱化明顯;當二分層配比1∶10時,頂底層灰砂比減小,充填體整體強度逐漸降低,但影響較小。且組合充填體破壞形式主要表現為中部首先發生破壞,頂部和底部伴隨拉伸和剪切破壞。2)采空區-171~-159 m灰砂比1∶4,-159~-120 m配比均為1∶8方案最優,同時現場充填體取芯強度較好。將研究成果成功應用于試驗采場309礦柱回采,實現了回采率92.14%、貧化率為9.07%的良好技術指標。
  • 作者(Author):蘭立信李猛張強邰陽
    關鍵詞(KeyWords):固體混合充填材料壓實特性較佳配比時間相關特性

    摘要:通過壓實試驗,得到了矸石和粉煤灰、矸石和黃土以及風積沙和黃土3種固體混合材料試樣在不同配比下的應變-應力及變形模量-應力曲線,結果表明:隨著各配比試樣中矸石或風積沙質量的不斷減少,矸石和粉煤灰、風積沙和黃土這2種混合材料試樣的應變呈不斷增大而變形模量呈不斷減小的趨勢;矸石和黃土混合材料試樣的應變呈先逐漸減小而后逐漸增大的趨勢,變形模量呈先逐漸增大而后逐漸減小的趨勢;壓應力從0~2 MPa過程是試樣變形的主要階段。通過優化得到矸石和粉煤灰較佳配比為1∶0.35,矸石和黃土較佳配比為1∶0.95,風積沙和黃土較佳配比為1∶0。對3種較佳配比試樣進行時間相關特性試驗,分析得出了各試樣應變主要發生在第1個月,之后應變變化極小,已趨于穩定。在3個礦井的工程應用中,使用各自較佳配比的混合充填材料后可以滿足有效控制地表變形的設計要求。
  • 作者(Author):盧守青張永亮撒占友劉杰
    關鍵詞(KeyWords):組合煤體塑性破壞瓦斯突出能量失穩判據

    摘要:煤與瓦斯突出過程的復雜性阻礙了人們對瓦斯突出機理的探索,為了更好地定量評價軟硬組合賦存時瓦斯突出失穩情況,本文采用理論分析和數值模擬的手段對采掘過程中軟硬組合煤體的塑性破壞和失穩突出規律進行了系統的研究,主要結論:巷道開挖后,構造煤的滲透率會驟增使得原來積聚大量的瓦斯突然間釋放出來;構造煤分層還會通過界面應力誘發鄰近的原生煤塑性體積和塑性變形最大值增加,促進原生煤內部的瓦斯的釋放;初始瓦斯壓力為0.74 MPa時,單位體積構造煤的突出能量約為原生煤的3倍,構造煤的突出耗散能量卻僅是原生煤的0.11倍;構造煤的突出失穩判據大于1,而原生煤的突出失穩判據要小于1。原生煤和構造煤組合體的彈性能、解吸瓦斯膨脹能均是突出能量的主要組成部分,對于組合煤體的區域瓦斯防突措施主要是以降低瓦斯膨脹能為主,局部瓦斯防突措施要同時降低瓦斯膨脹能和彈性能。
  • 作者(Author):李強王繼仁韓昌良
    關鍵詞(KeyWords):火成巖侵入沖擊地壓頂板剪切梁模型過渡厚度過渡剪切模量過渡強度

    摘要:針對火成巖頂板誘發工作面沖擊地壓的問題,以新安煤礦八采區首采面為工程背景,采用頂板剪切梁模型,考慮煤層的塑性軟化性質,分析了火成巖侵入對沖擊地壓的影響。結果表明:火成巖頂板厚度、剪切彈性模量和抗剪強度3個指標對誘發沖擊地壓具有重要影響。"煤層-火成巖頂板"變形系統既可能發生頂板斷裂型沖擊地壓,也可能發生煤體壓縮型沖擊地壓,計算得到了2種沖擊地壓的發生條件。定義了火成巖頂板過渡厚度、過渡剪切模量和過渡抗剪強度,分別給出了以這3項指標判定沖擊地壓是否發生及發生類型的判別方法。對于新安煤礦八采區首采面,火成巖頂板厚度小于過渡厚度,剪切彈性模量大于過渡剪切模量,抗剪強度大于過渡強度,所以該工作面火成巖頂板首先斷裂,將發生頂板斷裂型沖擊地壓。
  • 作者(Author):薛維培李昊鵬姚直書彭世龍劉曉媛
    關鍵詞(KeyWords):脆性損傷水力耦合立井井壁臨界突水水壓

    摘要:針對混凝土這種準脆性材料的損傷特性引入脆性損傷因子,導出三軸狀態下損傷變量表達式。采用脆性材料彈塑性損傷力學模型和軸壓水壓耦合作用下混凝土強度準則,基于水力耦合理論導出井壁承受的地下水壓解析解,開展臨界突水水壓理論分析。結果表明高強混凝土承受的地下水壓遠高于普通混凝土,且隨著混凝土強度提高井壁承受的水壓越大,水壓與損傷半徑的曲線斜率增速越快。混凝土井壁承受的臨界突水水壓及臨界損傷半徑隨著孔隙率增大明顯降低,且混凝土強度越高降低速率越快,考慮水力耦合作用對井壁承受的臨界突水水壓影響很大。高強混凝土脆性損傷因子提高,臨界突水水壓隨之降低。實例驗證表明本文得到的理論解合理。
  • 作者(Author):王心義姚孟杰張建國趙偉黃平華郭建偉陳國勝張波
    關鍵詞(KeyWords):煤礦突水模糊可變集分形理論改進的層次分析法綜合隸屬度

    摘要:針對平頂山十三礦煤層底板突水災害控制因素的模糊性,選取水文地質、地質構造、煤層開采條件作為評價礦區煤層底板突水的指標體系。利用分形理論對地質構造進行量化,應用改進層次分析法計算指標權重,基于模糊可變集理論對煤層底板突水危險進行識別。研究表明:十三礦構造復雜類型占42.6%,分形維數均值為1.36。己一、己二采區底板突水特征值均低于3.0,屬于無突水危險區,與實際情況吻合;己三采區突水特征值在3.5~4.5之間,屬于突水高危險區;己四采區突水特征值在2.5~3.5之間,屬于中等突水危險區。可見,本文通過融合改進層次分析法與模糊可變集理論,使得礦井底板突水危險的評估結果準確性得到有效提高,從而為礦井底板突水危險性可靠評價提供新的理論支持。
  • 作者(Author):張培森武守鑫顏偉安羽楓段中穩孫亞楠
    關鍵詞(KeyWords):承壓水導升底板破壞導升通道相似材料試驗

    摘要:為深入分析底板導水通道的演化形成過程及承壓水導升規律,自主研制了底板承壓水導升監測系統,該系統由承壓水加載系統、承壓水導升系統組成。試驗結果表明:承壓水導升監測系統不僅可以較為精準地模擬含水層對底板巖體的力學作用,而且可直觀地再現底板不同位置處承壓水的導升情況;當采動壓力峰值經過導升管所處位置后往往會造成該處水流量增加,并伴隨底板巖體應力不斷釋放,承壓水導升高度也隨之增加,底板巖體卸荷程度與監測管出水量同步達到峰值。
  • 作者(Author):吳順川張化進肖術韓龍強
    關鍵詞(KeyWords):露天礦邊坡可靠度分析服務年限安全等級

    摘要:為了建立可以反映時間效應的露天礦邊坡目標可靠度,針對露天礦邊坡的可變形性和安全等級要求,基于類比法與校準法建立了非煤露天礦邊坡的目標可靠指標建議值,延性破壞的I,II,III級目標可靠指標分別為3.2,2.7及2.2,脆性破壞分別為3.7,3.2及2.7。基于巖土體強度參數時間效應特征,通過理論研究和數值計算分析了可靠度時變性,隨著時間的推移,安全系數和可靠指標呈現下降趨勢,衰減速度逐步變緩,然而,可靠指標可以反映失穩概率,表達邊坡時變穩定性比安全系數更加敏感與直觀。最后根據可靠指標的時變性特征,結合國內非煤露天礦設計規范,劃分露天礦邊坡設計服務年限等級,并提出服務年限修正系數,實現了考慮邊坡安全等級與服務年限雙重因素的露天礦邊坡目標可靠度。
  • 作者(Author):呂進國韓陽南存全白潤才
    關鍵詞(KeyWords):端幫壓煤井工開采上覆巖層地表變形破壞

    摘要:為保證黑岱溝露天煤礦首采區西端幫壓煤能夠安全回采,分析了該采區端幫下煤層的賦存條件、頂板條件、地質構造與上覆巖層結構特征。研究了端幫下壓煤層井工開采的上覆巖層與地表變形破壞規律;構建了露天與井下采場的三維地質模型,分析了針對首采區西幫與南幫下壓煤層開采后的巷道煤柱穩定性、地表變形范圍與采場邊坡對工業場地的影響。結果表明,在礦坑邊界側的淺部與礦權界側深部的上覆巖層變形破壞規律不同,形成的"三帶"存在明顯差異;缺失原堅固地層并回填松散排土的邊坡下采煤工作面頂板關鍵層仍能起到保護作用;井巷工程的三角形保護煤柱應力集中區與塑性區分布小,大部分區域處于安全狀態;西幫與南幫地下開采所引起的潛在滑坡危險區與地表移動變形范圍對井口工業場地影響較小,不會對井口造成安全威脅。
  • 作者(Author):何榮興付煜任鳳玉宋德林劉洋譚寶會
    關鍵詞(KeyWords):塌陷坑巖移上盤漸進崩落廢石充填

    摘要:弓長嶺東南區分上、下含鐵帶,上含鐵帶采用露天開采,下含鐵帶采用地下開采并形成地表塌陷坑,上、下含鐵帶采深形成300 m的高差,針對此技術條件,開展下含鐵帶繼續下采的巖移規律和不影響露天開采的極限采深的研究。利用FLAC3D軟件模擬分析了有、無散體補充條件下塌陷坑上盤巖體的巖移規律,塌陷坑上盤巖移曲線存在明顯的分區特征,相同監測點的位移量隨著采深的增加而增大,補充散體對于控制水平變形、傾斜、曲率等巖移指標作用明顯。以露天采場內不出現危險移動變形指標為原則,在有、無散體補充條件下,下含鐵帶極限采深分別為260,240m,即開采至90,110m水平。根據弓長嶺塌陷坑條件,考慮坑內散體和補充散體對上盤巖體的被動側壓力作用,改進上盤漸進崩落模型,計算得極限開采水平為107 m水平。根據數值模擬和理論推導的結果,綜合確定下含鐵帶極限開采水平為110m。根據研究成果,提出將上含鐵帶露天采場剝離廢石充填下含鐵帶塌陷坑的控制方案,保證了露天、地下的協同開采,控制了地下開采的塌陷范圍,減小了露天廢石的占地費用,取得了較好的應用效果。
  • 作者(Author):郭文兵婁高中趙保才
    關鍵詞(KeyWords):軟硬交互覆巖放頂煤開采導水裂縫帶鉆孔沖洗液漏失量理論分析水體下采煤

    摘要:為準確計算軟硬交互覆巖放頂煤開采導水裂縫帶高度,確保水庫水體下采煤的安全,采用地面鉆孔沖洗液漏失量法對蘆溝煤礦32101工作面導水裂縫帶高度進行了現場實測,并根據上覆巖層巖性及結構進行了理論分析計算,綜合確定了水庫下放頂煤開采工作面導水裂縫帶高度。結果表明:根據鉆孔沖洗液漏失量法現場實測得到的導水裂縫帶高度與理論分析計算得到的導水裂縫帶高度基本一致,現場實測與理論分析綜合確定的導水裂縫帶高度能夠滿足工程實際需要。蘆溝煤礦軟硬交互覆巖放頂煤開采導水裂縫帶高度為采厚的17.2倍,水庫水體下采煤是安全可行的。
  • 作者(Author):王宏偉姜耀東江燦狄建紅劉洋洋
    關鍵詞(KeyWords):雙斷層區域上覆巖層錨桿載荷應力突變

    摘要:通過現場監測和相似模擬的手段,分析了雙斷層區域內錨桿載荷的變化與上覆巖層運動及變形破壞特征之間的關系,研究了雙斷層共同作用下頂板應力突變特征,揭示了頂板巖層不規則斷裂的機理。研究結果顯示,頂板錨桿載荷的變化與頂板活動關系密切,頂板活動越劇烈,錨桿載荷變化越大;如果頂板較為堅硬,且不易斷裂,則錨固于頂板中的錨桿受頂板破壞的擾動相對較小,載荷增量相對較低;兩條斷層的存在破壞了頂板的連續性,前期由于第一條斷層的滑動,使得兩條斷層之間的巖層卸壓,從而出現松散,裂隙橫生,不規則斷裂以及應力頻繁突變的現象。因此,兩條斷層間的錨桿載荷變化比一條斷層影響下的載荷變化劇烈,且兩條斷層之間的錨桿受動壓影響的范圍為20 m,一條斷層影響下錨桿載荷受動壓影響的范圍大約為40 m。
  • 作者(Author):徐青云寧掌玄朱潤生曾康生
    關鍵詞(KeyWords):綜放工作面過空巷失穩機理高水速凝材料充填體強度

    摘要:為了解決綜放工作面過空巷時易造成壓架、大面積冒頂等技術難題,以山西某礦4318綜放工作面過空巷為背景,建立空巷基本頂力學模型,揭示空巷頂板穩定機理,確定頂板破斷產生滑落失穩是造成壓架的主要原因,進而確定維持空巷頂板穩定的最小支護阻力;采用FLAC3D軟件對不同充填體強度下空巷圍巖應力、塑性區寬度和巷道變形進行分析,確定了過空巷時的最佳充填體強度。研究結果表明:工作面空巷頂板所需支護阻力應大于4.5 MPa,合理的充填體強度為7.1 MPa。工業試驗對比分析了木垛支護、錨桿(索)支護和高水材料充填3種方式,證明高水速凝材料充填支護效果最好,頂板未曾出現冒落現象,幫部也保持了穩定,能夠保證綜放工作面正常推進。
  • 作者(Author):汪鋒許家林陳紹杰任夢梓
    關鍵詞(KeyWords):巖層移動地表沉陷承載結構關鍵層松散層拱

    摘要:針對傳統上采動覆巖承載結構研究時主要集中于基巖而將上覆松散層簡化為均布載荷作用于基巖頂界面而忽略了松散層中承載結構的問題,結合我國華東和華北礦區廣泛分布的厚松散層地質條件,建立了松散層拱承載結構力學模型,揭示了松散層拱的形態方程、矢跨比方程和厚度方程,得到了能形成松散層拱的臨界松散層厚度的理論表達式,進一步分析了松散層拱形態特征隨側壓系數、松散層內摩擦角和內聚力等參數的變化特征。通過相似物理模擬實驗揭示了松散層拱對采動覆巖運動的影響規律。研究結果得到了鮑店煤礦1312工作面厚松散層條件下開采時地表沉陷實測數據的驗證。
  • 作者(Author):黃慶享徐璟杜君武
    關鍵詞(KeyWords):淺埋煤層大采高支架初撐力等效直接頂片幫控制

    摘要:針對淺埋大采高工作面煤壁片幫控制問題,以陜北某礦大采高工作面為背景,采用理論分析、數值計算和物理模擬相結合的方法,研究了支架初撐力對煤壁穩定性的影響規律。基于"支架-煤壁-頂板"采場結構力學模型,發現支架初撐力的提高,能快速提升支架工作阻力,有效減小煤壁受力,減輕煤壁片幫程度及發生的概率。數值模擬表明:隨著初撐力的增加,煤壁塑性區范圍減小,煤壁水平位移和頂板下沉量減小,煤壁片幫減輕。考慮大采高工作面等效直接頂靜載作用和高位臺階巖梁結構的穩定性,按照控制等效直接頂和保持與額定工作阻力的合理比例關系,給出了基于片幫控制的合理支架初撐力確定方法。
  • 作者(Author):王文杰萬浩
    關鍵詞(KeyWords):高應力軟巖巷道支護玻璃鋼錨桿全長錨固受力特征

    摘要:針對高應力軟巖巷道全長錨固玻璃鋼錨桿受力特征及失效問題,采用FLAC3D軟件對軟巖巷道中同斷面不同安裝部位玻璃鋼錨桿軸向和橫向受力特征及其隨支護時間的變化規律進行分析。結果表明:軟巖巷道頂板和兩幫處錨桿主要受軸向拉伸作用,而拱肩和底角處錨桿受到軸向拉伸和橫向彎曲的綜合作用。隨著支護時間的增長,頂板和兩幫處錨桿軸力增大明顯,但錨桿彎矩較小;而拱肩和底角處錨桿除軸力增大外,其彎矩變化也較大,錨桿彎矩呈現先增大后減小的規律,且彎矩較大的部分主要集中在靠近臨空面的外端部,易使錨桿受到橫向彎曲的影響而發生彎拉失效。研究結果與現有文獻理論研究及現場試驗結果相吻合,能為高應力軟巖巷道中玻璃鋼錨桿及其他黏結式錨桿支護設計和參數優化提供理論指導。
  • 作者(Author):付孟雄劉少偉范凱彭博康延雷賈后省
    關鍵詞(KeyWords):煤巷頂板錨固孔煤巷冒頂鉆桿振動巖性識別振動速度與加速度

    摘要:針對煤巷頂板巖層結構復雜多變、劣化區域不易探明,易導致錨桿支護煤巷冒頂問題,利用理論分析與數值模擬相結合方法,研究煤巷頂板錨固孔鉆進過程中鉆桿橫向、縱向、扭轉振動特征。理論分析表明:鉆桿橫向、縱向振動速度和加速度主要由頂板巖石堅固性系數f決定,扭轉振動加速度主要由巖石黏聚力C和內摩擦角φ決定。通過ABAQUS數值模擬軟件做進一步分析:鉆桿橫向、縱向振動速度和加速度及扭轉振動加速度波峰密度和峰值大小隨著巖石強度的增加而增加,可作為識別頂板巖層強度、特別是巖層結構裂化區域的指標。研究結論為實時動態調整優化巷道頂板錨桿(索)支護參數,預防錨桿支護煤巷冒頂提供了理論支撐。
  • 作者(Author):李季彭博袁鵬
    關鍵詞(KeyWords):巷道支護低阻微變塑性區深部巷道

    摘要:針對深部沿空巷道出現圍巖變形劇烈及支護體支護失效嚴重的圍巖控制難題,以趙固二礦11030運輸巷為工程背景,采用理論分析和數值模擬等方法,研究支護阻力對深部沿空巷道頂板巖層主應力場及蝶葉塑性區分布特征的影響規律,揭示深部沿空巷道頂板蝶葉塑性區"低阻微變"性形成機理。結果表明:對于深部沿空巷道而言,現有支護工程技術和經濟水平所能夠提供的高強支護阻力(10~6Pa數量級水平)與圍巖所受應力場(10~7Pa數量級水平)不在同一數量級水平上,屬于相對較低的支護阻力,不能起到改善圍巖應力狀態的作用,因而無法顯著改變塑性區分布形態和減小塑性區尺寸,頂板蝶葉塑性區具有"低阻微變"性。
  • 作者(Author):劉帥楊科唐春安
    關鍵詞(KeyWords):深井軟巖下山巷道群非對稱變形全斷面支護

    摘要:受鄰近巷道或工作面回采影響,巷道群中單一巷道通常處于復雜應力環境中并呈現非對稱變形特點。以皖北煤電公司劉橋一礦II66下山巷道群為支護工程實踐,采用現場調查、實驗室實驗、理論分析、數值模擬及工業性試驗相結合的方法,探討巷道群非對稱變形破壞機理,并針對各巷道提出相應優化支護方案。研究表明:1)巷道群中后掘進巷道打破了先掘巷道圍巖應力平衡,應力重新分布,在達到新的平衡過程中,圍巖變形加劇。2)巷道群圍巖巖性軟弱、強度低,煤樣CT掃描發現存在較多光滑板狀裂隙,基質被裂隙網絡分割和包圍。X射線衍射實驗顯示,軌道下山底板為弱膨脹性巖石。3)Ⅱ66采區最大水平主應力為31.87MPa,側壓系數1.5,非均勻系數1.61。巷道群最優布置方位角為N269°E或N197°E,實際走向與最大主應力方向夾角為71°,巷道斷面承受較高水平應力作用。4)巷道群開拓延伸后,二次應力場在巷間圍巖疊加,輔助下山呈非對稱變形。4煤回采對巷道群沒有影響,6煤西翼工作面回采致使各巷道頂板和右幫位移急劇增大,停采線距離應由60 m改為120 m。5)提出中空組合錨桿(索)分區注漿全斷面控制對策,增加控底措施,并對應力集中及變形的始發部位加密支護,同時對U型鋼棚進行結構補強。工程實踐表明,優化后的支護方案使圍巖變形得到有效控制,圍巖完整程度顯著提高。
  • 作者(Author):郭金剛王偉光何富連張廣超
    關鍵詞(KeyWords):沿空巷道破斷結構錨索桁架破斷位置不對稱

    摘要:綜放沿空巷道圍巖穩定性與上覆基本頂破斷運動及其形成的結構密切相關。以王家嶺礦為工程背景,建立綜放沿空巷道覆巖結構力學模型,推導基本頂破斷位置表達式并確定沿空巷道上覆巖層破斷結構形式;采用UDEC數值軟件分析不同破斷結構形式下綜放沿空巷道圍巖塑性區、應力和位移演化規律。研究表明:1)側向基本頂的破斷位置與基本頂厚度和力學性質、地基系數、破斷塊體間的相互作用力等因素有關,結合試驗工作面地質生產條件確定基本頂于距煤壁約6.2m處破斷。2)隨著煤柱寬度由大到小,煤柱承載性能及對頂板支撐作用降低;加之巷道與基本頂破斷線間距逐漸減小,巷道受基本頂回轉運動影響愈發劇烈,致使沿空巷道頂板中心線兩側應力不均勻分布,進而誘發頂板和兩幫不對稱變形破壞現象,而且煤柱寬度越小,不對稱礦壓顯現越強烈。3)窄煤柱沿空巷道圍巖控制的關鍵在于對煤柱側頂板和煤柱幫等變形破壞起始部位進行有效支護,限制變形破壞擴展。工程實踐表明,35 d后巷道變形趨于穩定,頂板下沉量47 mm,煤柱幫變形量35 mm,實體煤幫變形量19 mm,巷道控制效果明顯。
  • 作者(Author):王猛鄭冬杰王襄禹肖同強神文龍宋子楓
    關鍵詞(KeyWords):深部巷道鉆孔卸壓強度弱化變形特征蠕變控制

    摘要:采用數值模擬、理論分析及工業性試驗等方法,分析了深部鉆孔卸壓巷道圍巖蠕變規律,指出巷道卸壓后蠕變隨卸壓程度的增加而加大,揭示了卸壓巷道圍巖弱化變形特征:卸壓鉆孔閉合后,失去了轉移圍巖應力及補償變形的能力,巷道尤其是卸壓部位圍巖破碎程度的增加縮短了穩速蠕變時間,圍巖加速蠕變將誘發巷道整體變形加劇,不利于巷道穩定。指出合理的二次支護是控制卸壓巷道蠕變的有效手段,分析了二次支護時機、錨注強度及范圍對卸壓巷道的蠕變控制效果,提出了深部鉆孔卸壓巷道圍巖蠕變控制對策,確定了二次支護時機、支護強度等關鍵參數,設計了巷道加固方案。現場試驗結果表明,巷道蠕變控制效果顯著。

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