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巷道围岩应力应变仿真系统设计与教学探索

实验室研究与探索 2024年第4期43卷 80-83,93页

作者：庞冬冬李传明庞大伟陈中琪贺凯罗肖龙安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 淮南矿业集团潘二煤矿安徽淮南232001 华南理工大学土木与环境学院广州510640

为了获得采动条件下巷道围岩应力应变演化特征,通过复变函数换算结合工程实践经验,运用科学计算软件编程对巷道围岩受力模型进行求解,获得巷道围岩主应力和主应力集中系数分布规律。采用MATLAB对巷道受力模型进行模拟演算,获得工程开采... 详细信息

为了获得采动条件下巷道围岩应力应变演化特征,通过复变函数换算结合工程实践经验,运用科学计算软件编程对巷道围岩受力模型进行求解,获得巷道围岩主应力和主应力集中系数分布规律。采用MATLAB对巷道受力模型进行模拟演算,获得工程开采参数与巷道围岩应力应变的关系规律,由此设计了一种采动影响下巷道围岩应力应变模拟仿真系统。该系统可对多种巷道断面进行计算和模拟,进而呈现出多种信息仿真演示,解决了以往软件适用巷道类型单一、应力求解不具体且结果呈现单一化缺点,可为回采巷道支护设计提供相应的理论依据,有利于矿山工程技术人员及实验室技术人员开展模拟仿真教学。

关键词：巷道围岩应力应变模拟仿真受力模型开发设计

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深部巷道围岩分区破裂带理论及试验对比研究

地下空间与工程学报 2024年第4期20卷 1180-1190页

作者：黎林梅涂一郎曾宪任谢洪阳南昌航空大学土木建筑学院南昌330063 湖南科技学院智能制造学院湖南永州425199 九江学院机械与智能制造学院江西九江332005

深部岩体巷道围岩分区破裂化现象形成机制一直存在较大争议。本文从应力波传播的角度对此问题进行了理论探索。以半圆型巷道围岩为对象,建立了巷道围岩应力波传播物理模型。对围岩区域波动方程进行了求解,得到巷道围岩区域应力波幅值分... 详细信息

深部岩体巷道围岩分区破裂化现象形成机制一直存在较大争议。本文从应力波传播的角度对此问题进行了理论探索。以半圆型巷道围岩为对象,建立了巷道围岩应力波传播物理模型。对围岩区域波动方程进行了求解,得到巷道围岩区域应力波幅值分布呈波动衰减变化特征,创新性地提出了巷道围岩分区破裂带宽度及理论深度。以丁集矿井为对象,对其围岩分区中心半径进行理论计算并与实测结果进行对比研究,大部分分区半径吻合度较好。本文的研究成果对巷道围岩分区破裂化理论有一定的推进作用。

关键词：应力波波动方程巷道围岩分区破裂实测对比

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爆破扰动高应力巷道围岩力学响应特征研究

煤炭科学技术 2024年第6期52卷 1-13页

作者：常聚才齐潮殷志强史文豹吴博文王拓高翔安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学安徽省煤矿安全采掘装备制造业创新中心安徽淮南232001

为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体... 详细信息

为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体中的传播规律及巷道动力响应机制。研究结果表明:巷道开挖后顶底板卸压明显,两帮产生应力集中区,采动应力阶段应力集中区范围增加50%,爆破后顶板围岩沿垮落角大范围卸压,应力沿巷道左肩窝逆时针逐渐增大;浅部巷道围岩呈现向自由面膨胀–变形,受巷道肩窝处剪切滑移错动影响,锚杆、锚索支护场产生相反的位移量,应力波扰动后,巷道左帮产生拉伸裂纹并与锚杆支护场连成宏观裂纹,裂纹发育高度大于锚杆支护场高度;巷道围岩顶底板呈现明显的张拉破坏特征,左右肩角呈现张拉及剪切复合破坏形式;应力波由小阻抗介质进入大阻抗介质的衰减速度最快,在同种介质中衰减速度次之,由大阻抗介质进入小阻抗介质中应力波峰值反而增大,应力波峰值强度衰减后仍大于巷道顶板极限抗拉强度,导致巷道围岩大变形失稳并产生一定程度的动力响应。基于应力波连续穿过层状岩体理论模型,结合动静载叠加理论,可优化爆破参数从而实现减冲抗冲主被动联合支护。

关键词：高静载强动载巷道围岩爆破扰动高应力

冲击载荷下叠合岩层巷道围岩的应力演化数值模拟研究——基于岩层运动并行计算系统StrataKing

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防灾减灾工程学报 2024年第1期44卷 59-67页

作者：岑子豪王学滨薛承宇张钦杰辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000

煤系地层属于典型的层状沉积岩层,这在传统连续介质模型中不能被较好反映。为了探究冲击载荷下叠合岩层巷道围岩的应力演化规律,采用以拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法为基础发展的岩层运动并行计算系统StrataKing,基于理想化模... 详细信息

煤系地层属于典型的层状沉积岩层,这在传统连续介质模型中不能被较好反映。为了探究冲击载荷下叠合岩层巷道围岩的应力演化规律,采用以拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法为基础发展的岩层运动并行计算系统StrataKing,基于理想化模型分析了巷道上表面附近应力波的叠加。阐明了应力波叠加导致顶板开裂机理,并且探讨了冲击载荷幅值的影响规律。研究发现:在原始压应力波传至巷道上表面附近测点后,该测点的最大主应力刚开始呈下降-上升-下降的变化趋势,这是由原始压、拉应力波不同时刻的叠加不同导致的;由于次级应力波的波长较原始应力波的小,次级压、拉应力波的单独作用更明显,它们的叠加使巷道上表面附近测点能产生更低和更高的最大主应力,甚至导致顶板开裂;冲击载荷幅值越大,近似阶梯增长阶段中拉裂纹平均发展速度越快,巷道围岩最终开裂范围越大,巷道围岩平衡越困难。

关键词： StrataKing 冲击载荷巷道围岩叠合岩层应力演化应力波叠加

近距离煤层采掘关系对下位巷道围岩变形规律影响研究

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工矿自动化 2024年第8期50卷 61-68页

作者：张小军孙佳瑞马扬陕西省煤炭科学研究所有限责任公司西安科技大学能源学院西安科技大学安全科学与工程学院

近距离煤层工作面采掘关系发生变化时，巷道围岩变形破坏规律会更加复杂，而目前针对上工作面与下位巷道同时相向推进时巷道受载动态演化规律及失稳特征的研究较少。以陕北能东煤矿近距离煤层为研究对象，采用理论分析、数值模拟与现场... 详细信息

近距离煤层工作面采掘关系发生变化时，巷道围岩变形破坏规律会更加复杂，而目前针对上工作面与下位巷道同时相向推进时巷道受载动态演化规律及失稳特征的研究较少。以陕北能东煤矿近距离煤层为研究对象，采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法，对上煤层回采后下位巷道的稳定性进行了研究。理论分析得出，上煤层开采后所产生的底板裂隙深度为22.5 m，未发育至下煤层。按采掘空间位置关系将回采工作面与巷道分为相向、相交、背向3个状态，数值模拟当巷道与工作面的空间位置关系发生变化时下位巷道围岩的变形情况，结果表明：① 上工作面与下位巷道的采掘关系为相交与背向推进时，巷道围岩应力呈现出先增后减再增的趋势，在推进度为90 m时，最大应力值为6.5 MPa，应力集中系数为1.494，在推进度为100～110 m时，巷道围岩应力降低幅度最大，降低了53.2%，在推进度为150 m时最小，为0.95 MPa，之后不断增大，直到恢复至原岩应力。② 巷道围岩变形量在推进度为100～150 m时增长幅度较大，在150 m时顶板位移量达到最大，为0.036 m，随着巷道越接近边界煤柱，其巷道变形量越低。现场实测结果表明：上工作面过下位巷道时，巷道变形量有着显著增长，顶板最大位移量为3.41 cm，与数值模拟结果一致；相交推进过程中若地质条件简单可以适当加快推进速度，减小上工作面开采对下位巷道的影响。

关键词：近距离煤层巷道围岩下位内错巷道上工作面底板破坏辅运巷道主运巷道回采工作面

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基于GPR的巷道围岩空区探测及支护设计

科学技术与工程 2024年第20期24卷 8470-8478页

作者：张华超张成良高梅吴泽鑫昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

为确保地下矿山掘进巷道围岩稳定性,发现前方不良地质体,采用地质雷达对掘进巷道围岩及底板进行空区探测,并对巷道围岩进行不同地应力作用下的稳定性分析,对不同长度锚杆加固后的锚杆轴力进行对比。结果表明:雷达探测的两个区域均出现... 详细信息

为确保地下矿山掘进巷道围岩稳定性,发现前方不良地质体,采用地质雷达对掘进巷道围岩及底板进行空区探测,并对巷道围岩进行不同地应力作用下的稳定性分析,对不同长度锚杆加固后的锚杆轴力进行对比。结果表明:雷达探测的两个区域均出现不同深度的振幅较强反射区;1.5 m锚杆支护作用下围岩最大位移量分别减少39.3%和10.0%,X-有效应力分别增加42.8%和37.5%;1.5 m和1.8 m锚杆支护时轴力变化基本相同。根据同相轴的连续性对异常区进行判断,异常信号为充填不密实区及空洞,采用锚杆锚网喷浆支护。研究成果可以为类似矿山巷道围岩稳定性及支护提供借鉴意义。

关键词：巷道围岩地质雷达(GPR) 空区探测波形图支护设计

基于光纤光栅传感的深部巷道围岩状态精准表征

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中国矿业 2024年

作者：朱威霖杨科池小楼安徽理工大学矿业工程学院

巷道围岩的变形和破坏是制约煤炭安全、高效生产的主要因素之一，精准的巷道围岩变形和破坏监测对确保煤炭资源安全开采具有重要意义，但传统监测技术难以满足目前巷道围岩精确监测的要求。为探索巷道围岩监测新的方法，针对采动影响下... 详细信息

巷道围岩的变形和破坏是制约煤炭安全、高效生产的主要因素之一，精准的巷道围岩变形和破坏监测对确保煤炭资源安全开采具有重要意义，但传统监测技术难以满足目前巷道围岩精确监测的要求。为探索巷道围岩监测新的方法，针对采动影响下深部巷道围岩变形精准表征难题，结合淮北矿区杨柳煤矿1034工作面回采巷道工程地质条件，利用准分布式光纤光栅（FBG）传感技术，开展工作面回采过程中的巷道深浅部围岩动态变形特征实验研究。研究结果表明：回风巷两帮光纤应变变化存在较大差异，实体煤侧沿水平方向发生拉伸变形，煤柱侧因采动影响局部产生压缩变形且实体煤侧变形量是煤柱侧的两倍；随着工作面逐渐靠近监测位置，巷道围岩变形预演剧烈。工作面回采超前支承压力对于巷道围岩深部的影响越来越弱，围岩产生的应变也越来越小，应变峰值集中在孔深3～4 m；光纤光栅的应变分布与地层岩性相互对应，在弹性模量较小、岩性较软的泥岩中，光纤处于拉伸状态应变值较大，在弹性模量较大、硬度较高的细砂岩中，光纤处于压缩状态应变值较小。准分布式光纤传感技术能够实现在工作面回采过程中巷道围岩变形全过程监测，为深部巷道变形破坏的精准表征提供依据。研究成果可为后续巷道围岩状态感知提供参考与借鉴。

关键词：巷道围岩准分布式光纤光栅应变精确监测

红山煤业S05胶带顺槽过空巷道围岩技术研究

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同方期刊数据库

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第3期 0084-0088页

作者：郭科山西长治红山煤业有限公司山西长治047100

根据红山煤业3号煤层复采技术方案确定的开拓开采方案,二采区南翼准备和回采巷道均可能揭露旧空巷、穿越小窑破坏区、采空破坏区,在采掘过程中根据实际状况采取不同的补强支护形式,满足二采区南翼巷道的正常施工以及工作面开采时的安全... 详细信息

根据红山煤业3号煤层复采技术方案确定的开拓开采方案,二采区南翼准备和回采巷道均可能揭露旧空巷、穿越小窑破坏区、采空破坏区,在采掘过程中根据实际状况采取不同的补强支护形式,满足二采区南翼巷道的正常施工以及工作面开采时的安全使用,为保证支护的有效性和安全性,对掘进工作面进行施工巷道围岩技术研究,为矿井在采掘过程中巷道围岩支护提供技术保障。

关键词：复采小窑破坏区巷道围岩支护

维普期刊数据库评论

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维普期刊数据库

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反复扰动下巷道围岩损伤变形预测模型及应用

陕西煤炭 2024年第8期43卷 84-89,111页

作者：朱自新陈杰赵东方李晓辉王余伟华亭煤业集团公司马蹄沟煤矿甘肃平凉744103

巷道稳定性对煤矿通风及运输有着重要作用。针对多次扰动下深部巷道围岩的损伤变形范围计算问题,以马蹄沟煤矿3507工作面回风顺槽为工程背景,基于非线性岩体强度参数(内摩擦角、黏聚力)表达式及锚杆最大轴力与围岩塑性区、松动区半径的... 详细信息

巷道稳定性对煤矿通风及运输有着重要作用。针对多次扰动下深部巷道围岩的损伤变形范围计算问题,以马蹄沟煤矿3507工作面回风顺槽为工程背景,基于非线性岩体强度参数(内摩擦角、黏聚力)表达式及锚杆最大轴力与围岩塑性区、松动区半径的关系式,根据巷道施工过程中围岩所受不同类型的扰动,分析各个阶段巷道围岩的强度参数及变形破坏范围,包括开挖扰动后的首次弱化,初期支护后的首次补强,预裂爆破后的二次弱化,最后利用锚固岩体塑性区半径作为等效二次开挖半径,建立了反复扰动损伤后巷道围岩塑性区及破裂区范围的预测公式。根据上述反复扰动下的强度参数分析及变形破坏范围预测公式,计算实际工程中顺槽的塑性区及破裂区范围,并给出了合理的二次加固设计方案。结果表明,二次加固方案实施后回风顺槽围岩变形控制效果显著,比二次加固前围岩的变形量减少了68%。

关键词：巷道围岩反复扰动损伤效应预测模型加固技术