• 锚杆拉剪耦合失效模式在FLAC3D中的实现与应用

    栾恒杰1,2,曹艳伟3,蒋宇静1,管彦太2,李春平2,张孙豪1,刘建荣2

    在数值模拟中准确表达锚杆的承载性能对锚固支护设计至关重要。为在FLAC3D中模拟锚杆的拉剪耦合失效模式,基于锚杆失效理论判据,采用Fish语言对Pile结构单元的本构模型进行了修正,并通过锚固结构面剪切数值模拟和室内试验验证了其有效性。以兴隆庄煤矿巷道锚固支护为工程背景开展修正模型的工程应用,分析了其适用性。工程应用结果表明:修正模型模拟得到的巷道围岩变形量更大,原始模型锚杆的剪力和轴力均维持在较高水平,而修正模型达到锚杆失效条件后剪力和轴力均降为0,修正模型条件下的模拟结果更符合现场实际。工程岩体中结构面丰富,采用Pile结构单元原始模型模拟会造成支护效果评价不准确,进而引发围岩失稳等工程灾害,因此模拟时有必要考虑锚杆的拉剪耦合失效模式。

    2022年06期 063029页 [查看摘要][在线阅读][下载 1017K]
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  • 坚硬覆岩的结构失稳运动规律及其对冲击地压的影响

    荣 海1,于世棋1,王雅迪2,潘立婷1,郭凯鹏1,李南南1

    为研究坚硬覆岩的结构失稳运动规律,以耿村煤矿13200工作面为工程背景,构建坚硬岩层失稳结构模型,对坚硬岩层结构特征、结构形成条件、结构失稳尺度、结构失稳释放能量等进行了分析,并分别给出了相应的计算公式,确定坚硬岩层失稳对冲击地压的控制作用。研究结果表明:13200工作面低位和中位坚硬岩层下方存在自由空间,具备结构形成的条件;高位坚硬岩层下方无自由空间,不具备结构形成的条件。根据13200工作面钻孔柱状及其物理力学参数确定了其上覆岩层关键层个数和所在层位,并对该工作面坚硬岩层结构失稳尺度和失稳能量释放进行了计算,计算结果表明:在13200工作面回采期间,低、中位坚硬岩层初次失稳和周期失稳的释放能量均超过冲击地压发生的临界能量,是工作面发生冲击地压的主要影响因素;高位坚硬岩层上部的巨厚砾岩不会出现垮落失稳而释放冲击能量,不直接控制冲击地压的发生,是工作面发生冲击地压的次要影响因素。确定了13200工作面坚硬岩层结构失稳的防治措施,关键是通过减小低、中位坚硬岩层结构失稳尺度和失稳后释放的能量,以降低冲击地压的发生几率。研究结果可为其他具备类似坚硬岩层条件矿井的冲击地压控制提供重要参考。

    2022年06期 063026页 [查看摘要][在线阅读][下载 882K]
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  • 回撤通道顶板结构失稳机理及压裂控制研究

    张永强1,2,王襄禹2,李冠军2,李军臣2,姚志红1,杨俊峰1

    针对工作面末采期回撤通道顶板失稳导致支护体受力过大和围岩破坏问题,建立了基本顶超前断裂关键块力学模型,对比分析了不同来压位置和悬顶结构对回撤通道稳定性的影响。结果表明:降低支架后方悬顶长度和岩块间的挤压力、提高支护强度可缓解失稳顶板岩块对支架的作用力。基本顶断裂位置靠近回撤通道上方时关键块偏转下沉会造成围岩严重破坏。通过水力压裂可以加速顶板岩层破断和下沉,减轻末采期来压强度甚至改变来压规律,使回撤通道围岩免受顶板强来压作用。现场应用表明,水力压裂后支架载荷和围岩变形显著减小,实现了霍洛湾煤矿31108工作面的安全高效回撤。

    2022年06期 063016页 [查看摘要][在线阅读][下载 3161K]
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  • 厚煤切顶巷道顶板围岩支护承载稳定性分析

    张 懿1,张向阳1,卜庆为1,2,李修冠1

    随着深部开采中切顶卸压技术的普遍实施,切顶巷道的顶板围岩稳定性问题日益突出,特别是对于厚煤层、厚泥岩等易离层破碎的煤岩顶板,切顶巷道冒顶失稳隐患更为严重。为研究上述问题,结合具体工程背景分析厚煤切顶巷道顶板采动失稳特征,提出以单体液压支柱支护为承载结构的厚煤切顶巷道顶板支护控制对策,构建单体柱顶板承载力学模型。研究结果表明:受超前采动的影响,巷道顶板破坏失稳现象加剧,且厚煤顶板条件导致锚杆( 索 )锚固悬吊作用有限,因此被动支护成为切顶巷道稳定性控制的关键。通过构建单体柱顶板承载结构力学模型,发现巷道越宽带来的顶板支护承载负担越大,单体柱数量越多,越有利于被动支护分担顶板来压;单体柱布置越靠近巷道顶板中部,被动支护的控制效率越高,合理布置能够实现超前采动影响下切顶巷道的稳定性控制。通过数值模拟和工程实践的支护控制效果验证,证明了支护设计的合理性。

    2022年06期 063014页 [查看摘要][在线阅读][下载 915K]
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  • 综放工作面过空巷矿压显现规律及控制技术研究

    卢 恒,张传宝,仵振华,王禹昌

    通过数值模拟与理论分析等方法对工作面过空巷时超前应力分布、煤体稳定性及基本顶破坏特征进行研究,结果显示:超前应力叠加作用下空巷围岩变形剧烈,煤柱失稳破坏;基于Winkler弹性基础梁理论建立基本顶破断力学模型,求解了空巷上方基本顶弯矩方程,其揭示了空巷导致工作面前方基本顶超前断裂的现象,且空巷越宽,基本顶超前断裂位置离工作面越远;工作面推进过程中其前方基本顶偏应力第二不变量 呈双峰值分布,工作面离空巷越近,基本顶 峰值越高,畸变能越大。基于数值模拟研究工作面过空巷围岩控制技术,结果显示:高水材料充填支护空巷能有效避免基本顶超前断裂,维护空巷的稳定性。制定了高水材料充填与双木垛支护的空巷分区控制措施,现场监测显示:工作面过空巷过程中,液压支架工作阻力处在安全范围内,工作面能够安全通过空巷。该研究成果对同类型综放工作面过空巷期间巷道围岩与顶板控制可提供一定的参考。

    2022年06期 063011页 [查看摘要][在线阅读][下载 1494K]
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  • 浅埋深回采巷道采动应力动态响应特征研究

    苗彦平1,程利兴2,3,郑旭鹤1,陈小绳1,汪占领2,3,徐宝军1

    为了研究浅埋深坚硬厚顶板采动应力动态响应特征,以红柳林煤矿15216工作面辅助运输巷为背景,研究了工作面开采前后全过程采动应力响应特征,并基于现场实测数据和理论分析计算了临界煤柱宽度。结果表明,15216工作面超前采动影响范围为275 m,辅助运输巷锚杆( 索 )受力受超前采动影响较为强烈;滞后工作面阶段锚杆( 索 )受力显著增大,但其受力变化幅度明显减小,受煤柱侧向悬顶结构影响,煤柱帮锚杆最大受力为167 kN,因而需进一步加强煤柱的支护强度;在采动应力演化全周期内,煤柱应力分布形态呈非对称“双峰型”,煤柱应力峰值位于9~13 m范围内,且峰值应力为15.7 MPa,煤体尚未进入塑性屈服阶段,表明煤柱内部依然存在稳定的弹性承载区,根据煤柱的静载荷集度等于煤柱强度的原则,计算得出煤柱的临界宽度为13 m,并提出了有效的巷道围岩支护方案,研究内容可为巷道支护及煤柱宽度留设提供一定参考。

    2022年06期 063015页 [查看摘要][在线阅读][下载 638K]
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  • 济宁井工矿区不同开采条件对沉陷阶段的影响

    蒋旭梓1,2,李新举1,2,闵祥宇1,2,叶甜甜1,2,孙铭岳1,2

    为了研究不同开采条件对济宁井工开采煤矿区沉陷阶段的影响,选取6个代表工作面,通过沉陷阶段图、相关性分析及函数拟合模型对各工作面沉陷过程及阶段性特征影响程度进行分析。结果表明:①单一工作面、邻采空区工作面和多工作面下沉量主要来源于活跃期,初始期和衰退期下沉量差异明显;不同类型工作面地表移动持续时间差异较大,且主要贡献部分来源于不同沉陷阶段。②工作面倾向长是影响地表沉陷过程阶段性特征的关键因素,不同采矿、地质条件对3个沉陷阶段的影响程度:工作面倾向长>煤层埋深>煤层厚度>工作面推进速度。③单一工作面和多工作面要比邻采空区工作面更容易达到充分开采。

    2022年06期 063028页 [查看摘要][在线阅读][下载 413K]
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  • 水化学侵蚀条件下砂岩力学特性及能量 损伤特征演化规律

    张晓悟1,2,徐金海1,2,黄 宁3,孙 垒1,2,曹 悦1,2

    为研究水化学侵蚀条件下砂岩力学特性及能量损伤特征演化规律,利用水化学侵蚀后砂岩单轴压缩试验,分析了水化学侵蚀作用对砂岩力学特性及破坏形式影响规律,研究了水化学侵蚀后砂岩受载过程中能量储存、耗散演化特性,得到了砂岩极限储能模型,建立了砂岩损伤评价指标。研究结果表明:水化学侵蚀后脆性砂岩出现应变软化,破坏形式由劈裂转化为剪切破坏;加载初期,外部输入能全部转化为耗散能,加载后期,则主要转化为弹性能,储存的弹性能达到砂岩储能极限是其发生破坏的主要原因;砂岩的储能极限与侵蚀溶液pH值非线性相关;建立的砂岩损伤评价指标能够较好的评价水化学侵蚀后砂岩受载时的损伤程度。研究成果可为涉水岩土工程空间结构稳定性评估及安全评价提供参考。

    2022年06期 063036页 [查看摘要][在线阅读][下载 4384K]
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  • 基于正交试验的充填体,力学及微观特性研究

    许 茜1,2,王彦明2,张雯超1,3

    针对粉煤灰、水泥掺量及料浆质量浓度3种因素对粉煤灰-废石胶结充填体力学性能的影响,进行正交试验设计。通过对粉煤灰-废石胶结充填体抗压、抗拉强度进行极差和方差分析,得到3种因素对充填体抗压、抗拉强度的影响程度和显著性影响因素。通过扫描电镜显微镜( SEM )对粉煤灰-废石胶结充填体的微观结构进行扫描并分析。试验结果表明:3种因素均为充填体早期抗压强度的显著性影响因素,而其后期抗压强度的显著性影响因素只有水泥掺量,在养护龄期为3,7,28 d时,对充填体抗压强度影响程度为:料浆质量浓度>粉煤灰掺量>水泥掺量;充填体抗拉强度的显著性影响因素只有水泥掺量和粉煤灰掺量,对充填体抗拉强度的影响程度为:水泥掺量>粉煤灰掺量>料浆质量浓度。充填体内部微观结构的致密性随着水泥掺量或料浆质量浓度的增加而提高,进而表现为充填体抗压、抗拉强度的提高。

    2022年06期 063520页 [查看摘要][在线阅读][下载 686K]
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