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浅埋高强度开采覆岩结构演化及地表损伤研究

煤炭学报 2020年第8期45卷 2728-2739页

作者：徐祝贺李全生李晓斌张国军杨玉亮何文瑞吴晓宇中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 山西大同大学煤炭工程学院山西大同037003 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京100011

为掌握浅埋高强度开采覆岩结构演化规律及不同开采条件下地表损伤规律与损伤机理,采用数值模拟、现场实测、理论分析等手段以神东矿区典型工作面为工程背景开展研究。首先以采空区峰值应力为指标分析了覆岩结构演化规律;其次探究了地表... 详细信息

为掌握浅埋高强度开采覆岩结构演化规律及不同开采条件下地表损伤规律与损伤机理,采用数值模拟、现场实测、理论分析等手段以神东矿区典型工作面为工程背景开展研究。首先以采空区峰值应力为指标分析了覆岩结构演化规律;其次探究了地表下沉系数和宽深比之间的关系;最后在实测地表裂缝发育特点的基础上开展了工作面中部地表裂缝发育机理研究。结果表明:①工作面从开切眼至超充分开采状态时上覆岩层大体经历了3个阶段,第Ⅰ阶段:无压力拱阶段;第Ⅱ阶段:单压力拱阶段;第Ⅲ阶段:双压力拱阶段,其又分为Ⅲ1(采空区单拱脚阶段)和Ⅲ2(采空区双拱脚阶段)2个阶段。②宽深比在0.4~2.0的14个方案研究得出的地表下沉系数和宽深比近似成抛物线关系,选取神东矿区7个工作面的下沉系数实测值和预测值进行对比验证,误差分别为7.6%,14.5%,4.4%,7.5%,9.7%,9.7%,15.3%,其中5个工作面的误差在10%以内,且误差整体较小。③工作面中部地表裂缝动态发育具有“双周期+稳定期”的特点,包括5个发育阶段,即裂缝宽度增大阶段、裂缝宽度减小阶段、裂缝宽度稳定阶段、裂缝宽度再增大阶段、裂缝宽度再减小阶段,通过演化模型阐释了工作面中部裂缝的动态发育机理,并建立了裂缝动态发育和地质采矿条件的关系模型。

关键词：浅埋高强度开采覆岩结构演化地表损伤

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浅埋小净距隧道爆破损伤探测及数值模拟分析

爆炸与冲击 2021年第11期41卷 146-154页

作者：刘闽龙陈士海孙杰何方揭海荣华侨大学土木工程学院福建厦门361021 济南城建集团有限公司山东济南250031 中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司福建福州350013

为了研究爆破荷载对浅埋小净距隧道围岩造成的损伤影响,以济南顺河快速路南延工程浅埋暗挖段为工程背景,通过LSDYNA软件将建立的各向异性动态损伤本构用于隧道爆破的损伤数值模拟,研究炮孔周围的损伤范围;并基于声波测试原理,对浅埋小... 详细信息

为了研究爆破荷载对浅埋小净距隧道围岩造成的损伤影响,以济南顺河快速路南延工程浅埋暗挖段为工程背景,通过LSDYNA软件将建立的各向异性动态损伤本构用于隧道爆破的损伤数值模拟,研究炮孔周围的损伤范围;并基于声波测试原理,对浅埋小净距隧道围岩的损伤进行了现场探测。结果表明:在数值模拟中,单个炮孔爆破形成的最大损伤影响半径为0.58 m,最大损伤影响深度为1.88 m,根据岩体的损伤破坏阈值,岩体的破坏水平范围可达0.14 m,破坏深度为1.70 m;根据现场探测,中夹岩受双线隧道交替爆破开挖其损伤程度较围岩其他部位要高,爆破开挖对隧道围岩造成的损伤范围在0.50 m左右,与模拟结果相接近,验证了各向异性动态损伤本构的准确性。研究成果对浅埋小净距隧道的爆破开挖和损伤控制具有一定指导作用。

关键词：小净距隧道损伤本构声波探测爆破开挖浅埋

浅埋双向倾斜工作面综放开采矿压显现规律研究

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煤炭科学技术 2022年第3期50卷 53-60页

作者：郭焘张坤铭重庆大学资源与安全学院重庆400044 国家能源投资集团有限责任公司安全环保监察部北京100011 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

神华亿利能源有限责任公司黄玉川煤矿216采区内5个工作面中部有构造隆起,导致工作面走向和倾向方向上都存在不同程度的倾角,形成双向倾斜综放工作面。尤其是216^(上)01工作面开采过程中,面临大坡度俯采条件,对综放工作面的设备稳定性产... 详细信息

神华亿利能源有限责任公司黄玉川煤矿216采区内5个工作面中部有构造隆起,导致工作面走向和倾向方向上都存在不同程度的倾角,形成双向倾斜综放工作面。尤其是216^(上)01工作面开采过程中,面临大坡度俯采条件,对综放工作面的设备稳定性产生影响,同时也给顶煤放出和采场矿压控制带来挑战。为解决黄玉川煤矿双向倾斜工作面综放开采矿压加强支护管理的难题,运用FLAC^(3D)软件模拟分析了黄玉川煤矿双向倾斜工作面矿压显现规律,并根据数值模拟结果,提出了管控措施。研究结果表明:近水平综放工作面开采过程中,采场周边的垂直应力、垂直位移和塑性区分布在倾斜方向上是呈现对称分布的,并且在走向方向上有规律波动,而双向倾斜综放工作面则是不均衡分布和无规则变化的。因此可以判断出双向倾斜综放工作面的开采容易造成顶板的偏应力集中,低水平位置的回采巷道矿压显现会更加剧烈,需要加强支护和管理。通过PFC^(2D)软件模拟顶煤开采过程中顶煤流动规律及冒落情况,研究了顶煤流动及放出规律,发现顶煤采出率随着俯采角的增大基本呈现出逐步减小的变化趋势,因此在现场生产中,应当对大倾角综放开采放煤工艺进行针对性地优化。不同放煤工艺下顶煤采出率及顶煤放出量规律模拟结果表明2轮或3轮顺序放煤方式条件下,顶煤的采出率高,说明多轮放煤可以让顶煤缓慢均匀下沉,最大限度减少顶板矸石的混入。根据模拟结果和现场可操作性最终确定了黄玉川煤矿的放煤方式是一刀一放、两轮顺序放煤。

关键词：双向倾斜工作面放顶煤矿压显现冒放性浅埋

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浅埋小净距隧道围岩压力计算与监测分析

岩石力学与工程学报 2010年第A2期29卷 4139-4145页

作者：龚建伍夏才初雷学文武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 同济大学地下建筑与工程系上海200092

以《公路隧道设计规范》(JTGD70–2004)为基础,结合小净距隧道的特点,对浅埋小净距隧道的围岩压力进行理论分析和探讨,提出考虑隧道双洞先后施工过程的围岩压力分析模型和计算方法。通过算例分析围岩压力分布规律及其影响因素,指出浅埋... 详细信息

以《公路隧道设计规范》(JTGD70–2004)为基础,结合小净距隧道的特点,对浅埋小净距隧道的围岩压力进行理论分析和探讨,提出考虑隧道双洞先后施工过程的围岩压力分析模型和计算方法。通过算例分析围岩压力分布规律及其影响因素,指出浅埋小净距隧道围岩压力分布的偏压特征,即隧道内侧垂直压力大于外侧,内侧侧压力小于外侧。最后通过工程监测实例对理论计算结果进行对比分析和验证,表明理论计算公式和分析模型的合理性,并提出以相对最不利的先行洞偏压状态围岩压力值进行支护参数设计的建议。研究工作可为今后围岩压力分析计算和隧道结构设计提供有益的借鉴和参考。

关键词：隧道工程小净距隧道围岩压力浅埋理论计算现场监测

浅埋薄基岩采煤工作面上覆岩层纵向贯通裂隙“张开—闭合”规律

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煤炭学报 2015年第12期40卷 2787-2793页

作者：贾后省马念杰赵希栋河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

浅埋深薄基岩采煤工作面上覆岩层纵向裂隙贯通是形成溃砂溃水通道的主要因素,为掌握该种裂隙"张开—闭合"规律,采用相似模拟、理论分析、现场实测等综合研究方法,深入分析了该种裂隙的张开闭合过程与形式,结果表明:纵向贯通裂隙的张开... 详细信息

浅埋深薄基岩采煤工作面上覆岩层纵向裂隙贯通是形成溃砂溃水通道的主要因素,为掌握该种裂隙"张开—闭合"规律,采用相似模拟、理论分析、现场实测等综合研究方法,深入分析了该种裂隙的张开闭合过程与形式,结果表明:纵向贯通裂隙的张开始于周期来压来临之前,随着工作面的继续推进,该种裂隙随着水平力、岩块错位量的动态变化而逐渐扩展,当扩展至极限时,纵向贯通裂隙随着关键岩块的切落而迅速闭合,伴随着下次周期来压的出现,之后出现该贯通裂隙的进一步压实,以及下一条纵向贯通裂隙的出现。基于上述研究,从工作面推进速度、液压支架支撑力、采空区的充填程度等易于工程控制的3个方面阐述了其对纵向贯通裂隙张开闭合的影响机制,为浅埋薄基岩工作面溃砂溃水隐患控制提供有效依据。

关键词：浅埋薄基岩纵向贯通裂隙裂隙张开裂隙闭合

浅埋偏压隧道衬砌受力特征及破坏机制试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2013年第8期44卷 3316-3325页

作者：雷明锋彭立敏施成华王立川刘正初中南大学土木工程学院湖南长沙410075 成都铁路局四川成都610082 中国中铁二院昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650201

运用相似理论及弹性力学基本方程,推导得到模型试验的相似准则,并对其试验方法进行具体设计。通过开挖模拟15°,30°,45°这3种偏压角模型隧道,对浅埋偏压隧道围岩压力、衬砌结构应力的动态变化规律和分布形式以及衬砌和围岩的破坏机制... 详细信息

运用相似理论及弹性力学基本方程,推导得到模型试验的相似准则,并对其试验方法进行具体设计。通过开挖模拟15°,30°,45°这3种偏压角模型隧道,对浅埋偏压隧道围岩压力、衬砌结构应力的动态变化规律和分布形式以及衬砌和围岩的破坏机制进行系统研究。研究结果表明:隧道在开挖过程中,围岩压力及衬砌内力均随开挖而持续变化,在开挖面附近,围岩应力释放明显,表现出显著的偏压特征和时空效应现象;随着偏压角增大,浅埋侧围岩压力逐步减小,而深埋侧围岩压力增大;"规范法"关于浅埋偏压隧道围岩压力的计算低估了荷载的偏压特征,欠安全;偏压荷载的存在改变了结构的受力状态,不同位置的破坏形态和破坏类型差异明显,且受偏压角度的影响,在实际施工过程中应对衬砌结构的表观形态发展特征进行密切观测,以采取针对性处治措施;全施工阶段围岩的破坏过程可描述为局部位移变形→深埋侧浅表受拉开裂→深层剪切滑移,其破坏形态为以隧道为顶,边仰坡线为底的倒锥形体,且破裂角受偏压角的影响,浅埋侧破裂角较规范值小,而深埋侧破裂角大于规范值,从破坏形态上亦说明"规范法"低估了偏压特征。

关键词：偏压隧道浅埋衬砌结构受力特征破坏机制模型试验

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浅埋大跨公路隧道施工过程和支护优化的研究

岩土工程学报 2006年第9期28卷 1118-1123页

作者：伍国军陈卫忠戴永浩郭小红曹传林中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室湖北武汉430071 中交第二公路勘察设计研究院湖北武汉430052 湖北沪蓉西高速公路指挥部湖北恩施445000

基于沪蓉西八字岭隧道大跨段的工程特点,采用大型非线性有限元软件ABAQUS模拟大跨隧道的开挖和支护全过程,提出优化大拱隧道的衬砌结构形式,取消原有设计的中隔墙。同时开展隧道的现场监控量测,测试结果表明围岩的变形规律和数值分析规... 详细信息

基于沪蓉西八字岭隧道大跨段的工程特点,采用大型非线性有限元软件ABAQUS模拟大跨隧道的开挖和支护全过程,提出优化大拱隧道的衬砌结构形式,取消原有设计的中隔墙。同时开展隧道的现场监控量测,测试结果表明围岩的变形规律和数值分析规律基本一致,但数值分析结果量值略微偏高。本文的研究成果表明:在选择较好的施工工序下,对浅埋大跨四车道公路隧道采用无中隔墙法是可行的,研究成果还将在沪蓉西的其它几座分岔隧道的实践中得到应用。

关键词：浅埋大跨隧道开挖数值模拟 ABAQUS

浅埋近距离多煤层采空区下厚关键层破断特征及支架工作阻力确定

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采矿与安全工程学报 2018年第2期35卷 332-338页

作者：冯军发周英张开智徐佑林李回贵贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

针对浅埋近距离多煤层中间厚关键层破断呈现的大小周期来压现象,以神东补连塔煤矿上煤层采空区下大采高工作面为背景,采用现场实测与理论分析等方法对多煤层工作面厚关键层破断特征及矿压显现规律进行了研究。结果表明:多煤层中间厚关... 详细信息

针对浅埋近距离多煤层中间厚关键层破断呈现的大小周期来压现象,以神东补连塔煤矿上煤层采空区下大采高工作面为背景,采用现场实测与理论分析等方法对多煤层工作面厚关键层破断特征及矿压显现规律进行了研究。结果表明:多煤层中间厚关键层在矿山压力和自身弱面结构影响下将以分层方式垮落;根据关键层判别方法、钻孔岩芯和工作面矿压显现综合判断,垮落位置位于该岩层中部,上位厚关键层顶板形成"砌体梁"结构,下位厚关键层顶板形成"悬臂梁"结构;"砌体梁"结构对工作面矿压影响减弱,"悬臂梁"结构成为支架作用力的主要力源;正常回采时影响支架稳定的最危险状态是悬臂梁与砌体梁组合同时破断,对工作面顶板管理带来一定的困难;厚关键层在特殊情况下会产生整层破断形成"台阶岩梁"结构,应提前采取应对措施。

关键词：浅埋厚关键层砌体梁悬臂梁台阶岩梁支架工作阻力

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浅埋偏压隧道围岩压力上限法解析解

土木工程学报 2015年第6期48卷 106-113页

作者：邱业建彭立敏雷明锋中南大学湖南长沙410075

结合室内模型试验结果和相关联流动法则,构建了浅埋偏压隧道破坏模式以及与之相对应的速度场,根据虚功率原理推导得到了浅埋偏压隧道围岩压力的极限上限解,并进行实例验证和适用性分析。结果表明:推导得到的浅埋偏压隧道围岩压力极限上... 详细信息

结合室内模型试验结果和相关联流动法则,构建了浅埋偏压隧道破坏模式以及与之相对应的速度场,根据虚功率原理推导得到了浅埋偏压隧道围岩压力的极限上限解,并进行实例验证和适用性分析。结果表明:推导得到的浅埋偏压隧道围岩压力极限上限法计算结果与既有"规范法"计算结果及试验结果较为接近,说明该方法是可行的;从深、浅埋侧荷载差值而言,当前的"规范法"低估了浅埋偏压隧道围岩压力的偏压特性,是欠安全的;当埋深h1<2D,或h1≥2D且偏压角度α<45°时,采用上限法、或上限法与"规范法"两者的平均值更为合理;当埋深h1≥2D且偏压角度α≥45°时,采用"规范法"更为合适。

关键词：隧道浅埋偏压极限分析上限解