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无煤柱自成巷动压承载支护作用机理与设计方法

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中国矿业大学学报 2023年第3期52卷 457-465页

作者：杨军闵铁军王亚军刘奔侯世林陈奎奎中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探究切顶卸压无煤柱自成巷开采动压影响期间巷内临时支护的设计方法,分析了自成巷道顶板结构的演化过程与变形特征,阐明了动压承载临时支护的作用机理,基于Hoek-Brown强度准则,建立了切顶短臂梁顶板破断力学模型,利用极限分析上限法,... 详细信息

为探究切顶卸压无煤柱自成巷开采动压影响期间巷内临时支护的设计方法,分析了自成巷道顶板结构的演化过程与变形特征,阐明了动压承载临时支护的作用机理,基于Hoek-Brown强度准则,建立了切顶短臂梁顶板破断力学模型,利用极限分析上限法,推导出了短臂梁在临界位置断裂时的支护阻力计算方法,探究了有关因素对支护阻力大小的影响规律,将设计方法应用至柠条塔矿现场试验,效果良好.研究表明:动压承载临时支护的作用为控制顶板离层变形并适应顶板回转变形;支护阻力随着顶板岩体容重、上覆岩层垂直应力、采动应力集中系数和巷道宽度的增大而逐渐增大,随着顶板岩体内聚力、内摩擦角、碎胀矸石支承系数、短臂梁顶板厚度和支护非对称系数的增大而逐渐减小.相较于其他因素,顶板岩体内聚力、上覆岩层垂直应力与巷道宽度对支护阻力的影响更加显著.

关键词：无煤柱自成巷动压承载支护 Hoek-Brown强度准则上限法支护设计

薄煤层N00工法巷道顶板控制机理及分区补偿支护技术

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Journal of Central South University 2024年第2期31卷 602-620页

作者：杨军刘奔王亚军张俊侯世林王育坤吴星李宏财 State Key Laboratory for Geomechanics&Deep Underground Engineering China University of Mining&TechnologyBeijing 100083China School of Civil and Resources Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Shenmu Ningtiaota Coal Mining Company Ltd. Shaanxi Coal Mining GroupYulin 719300China

薄煤层N00工法的提出,革新了传统的煤矿开采模式、关键技术与装备系统,并取得了成功应用。而新开采模式下的巷道围岩控制技术尚不完善,为实现薄煤层N00工法巷道顶板结构的安全稳定,考虑其工艺流程和顶板变形特点,将巷道划分为超前硐室... 详细信息

薄煤层N00工法的提出,革新了传统的煤矿开采模式、关键技术与装备系统,并取得了成功应用。而新开采模式下的巷道围岩控制技术尚不完善,为实现薄煤层N00工法巷道顶板结构的安全稳定,考虑其工艺流程和顶板变形特点,将巷道划分为超前硐室、垮落成巷两个阶段。并基于Hoek-Brown非线性岩体强度破坏准则,确定了巷道顶板不同阶段的锚杆/索预紧力的计算公式,提出了巷道顶板锚杆/索预紧力及长度设计方法。此外,结合数值模拟研究了不同阶段巷道顶板锚杆/索支护作用机理及不同锚杆/索支护组合对围岩应力分布的影响,揭示了锚杆/索支护关键参数对顶板稳定性的影响机制。最后,综合理论与数值模拟分析结果,提出了分区补偿支护技术,确定了锚杆/索预紧力、长度及选材的设计原则,该技术在现场取得了良好的应用效果。

关键词： N00工法沿空留巷上限法支护设计数值模拟

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隧道支护结构体系协同优化设计方法及其应用

岩土工程学报 2021年第3期43卷 530-539页

作者：孙振宇张顶立房倩侯艳娟北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044

隧道支护结构体系的设计方法是隧道围岩稳定性控制的基本需求,如何确定合理的支护参数是保证隧道施工安全的关键问题。为此,首先将协同学原理引入隧道支护设计,构建了隧道围岩协同支护系统,阐明了其系统组成、研究层次及表征参数;隧道... 详细信息

隧道支护结构体系的设计方法是隧道围岩稳定性控制的基本需求,如何确定合理的支护参数是保证隧道施工安全的关键问题。为此,首先将协同学原理引入隧道支护设计,构建了隧道围岩协同支护系统,阐明了其系统组成、研究层次及表征参数;隧道围岩协同支护的核心为充分发挥支护—围岩系统、构件和要素的工作性能,从而产生协同增强效应,其特点为时机衔接、刚度匹配和变形协调,而其目的则是以最小的支护代价实现围岩稳定,本质上为多目标优化问题;进一步以围岩变形、支护受力和支护成本为设计目标,建立了基于分组加权的目标函数隶属度表征方法,据此提出了隧道支护体系多目标协同优化设计方法。将该方法在新建京张高铁八达岭长城站大跨过渡段进行应用,较之优化前支护性能利用率更高,设计更为合理,为隧道支护结构体系的优化设计提供了一种思路。

关键词：隧道工程支护设计协同作用多目标优化分组加权隶属度表征

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深井孤岛煤柱工作面沿空留巷支护技术研究

矿业安全与环保 2023年第3期50卷 56-61,67页

作者：曹庆华江振鹏王方田陈慧明杨月飞耿继业河南龙宇能源股份有限公司车集煤矿河南永城476600 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 河南能源集团永煤公司新桥煤矿河南永城476600

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景,探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理;构建沿空留巷围岩力学结构模型,计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度,并通过FLAC^(3D)软件模拟、现场监测验证了充填体宽度... 详细信息

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景,探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理;构建沿空留巷围岩力学结构模型,计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度,并通过FLAC^(3D)软件模拟、现场监测验证了充填体宽度和强度的合理性。研究结果表明:孤岛煤柱工作面沿空留巷采用高水充填材料巷旁充填技术,以充填袋成形方式进行充填,可使充填体有效接顶;采用“锚杆锚索联合支护+巷旁充填体”方式进行煤柱中巷支护时,合理的充填体宽度为4.0 m,应力达到8.0 MPa时巷道变形趋于稳定。现场监测结果表明:23下工作面开采30 d内,煤柱中巷最大顶板下沉量不超过50 mm,充填体帮部变形不超过40 mm;回采结束后30 d内,顶板下沉量不超过20 mm,充填体帮部变形量最大为348 mm,煤帮变形量较小,最大处为150 mm,沿空留巷效果良好。

关键词：孤岛煤柱沿空留巷巷道围岩稳定数值模拟支护设计

基于主动支护的木寨岭隧道高地应力软岩大变形预应力锚索支护设计实践

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隧道建设（中英文） 2023年第S01期43卷 313-322页

作者：王万平李建斐晏鹏博韩常领中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075 甘肃长达路业有限责任公司甘肃兰州730000

为解决在建木寨岭特长公路隧道薄层极软岩在高地应力下发生的挤压性大变形问题,结合现场展开的工程地质分析、设计变更、监控量测工作,提出一种预应力长短锚索+W型钢带+柔性纤维网组合的基于主动支护的设计方案。该方案采用“先锚后支... 详细信息

为解决在建木寨岭特长公路隧道薄层极软岩在高地应力下发生的挤压性大变形问题,结合现场展开的工程地质分析、设计变更、监控量测工作,提出一种预应力长短锚索+W型钢带+柔性纤维网组合的基于主动支护的设计方案。该方案采用“先锚后支”的施工工艺,采用数值分析和试验段施工对设计方案进行验证。结果表明,预应力长短锚索组合的主动支护能够充分发挥锚索的锚固和悬吊作用加固围岩,提高围岩的抗剪能力,控制围岩形变能的释放态势,有效控制围岩变形,将初期支护变形控制在20 cm以内,减小约50%。在实际施工过程中对锚索防腐、锚索支护参数及锚索施工设备选型等进行优化调整,确保了隧道施工的顺利进行。

关键词：极高地应力软岩隧道大变形预应力锚索支护设计

白鹤滩水电站地下厂房错动带围岩稳定性控制方法研究

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隧道建设（中英文） 2022年第1期42卷 48-56页

作者：朱永生褚卫江万祥兵欧阳秋平何炜王鹏飞中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州311122 中国三峡建设管理有限公司北京610042

软弱错动带C2、C4分别加剧了白鹤滩两岸主厂房围岩的变形破坏风险和程度,为研究错动带影响机制和特点,制定针对性控制措施,依据现场破坏现象、监测数据,结合理论分析和数值反馈方法考察左厂边墙揭露C2、右厂顶拱揭露C4 2种条件下的围岩... 详细信息

软弱错动带C2、C4分别加剧了白鹤滩两岸主厂房围岩的变形破坏风险和程度,为研究错动带影响机制和特点,制定针对性控制措施,依据现场破坏现象、监测数据,结合理论分析和数值反馈方法考察左厂边墙揭露C2、右厂顶拱揭露C4 2种条件下的围岩开挖力学响应特点和破坏机制,提出错动带不利影响控制措施,并评价工程措施的有效性及其相应条件下的厂房稳定条件。研究结果表明:1)由主洞+支洞联合抗剪、交叉锁口构成的组合措施,可有效控制沿C2发生的剪切变形对左岸主厂房边墙松弛变形的加剧效应;2)错动带C4在构造运动中形成局部地层应力异常并与开挖二次应力叠加作用,导致右岸主厂房顶拱层高应力破坏风险增加;3)强化表面支护+深部加固组合措施可对C4影响部位的浅层和深部围岩综合起到"维持"和"加固"作用。系统支护和错动带组合控制措施可有效保证主厂房整体稳定性。

关键词：白鹤滩水电站地下厂房错动带围岩稳定性支护设计

窄煤柱沿空掘巷围岩稳定协同控制技术研究与应用

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矿业安全与环保 2023年第1期50卷 65-70页

作者：陈志维张彦董国家能源集团宁夏煤业集团宁夏银川750002 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为提升矿井采掘接续能力、实现煤炭资源的精采细采,改变以往留设大煤柱导致回采率低的现状,以石槽村煤矿211203工作面回风巷为工程背景,在研究综采工作面采动矿压显现规律基础上,对比分析了巷道3种布置方式的优缺点,提出上覆岩层协同控... 详细信息

为提升矿井采掘接续能力、实现煤炭资源的精采细采,改变以往留设大煤柱导致回采率低的现状,以石槽村煤矿211203工作面回风巷为工程背景,在研究综采工作面采动矿压显现规律基础上,对比分析了巷道3种布置方式的优缺点,提出上覆岩层协同控制系统,分析窄煤柱沿空巷道围岩结构体系各组成元素对上覆岩层的协同控制作用,给出了沿空掘巷围岩控制方法,具体优化方法为:(1)确定窄煤柱合理留设宽度使新掘巷道处于最佳应力环境以确保煤柱稳定性;(2)应用钻孔卸压技术、“三高”锚杆(索)支护技术增强巷道围岩自身承载能力。结合现有支护经验和具体地质条件,设计了211203综采工作面回采巷道围岩变形控制具体支护方案,重点控制煤柱三角区域、肩窝、底角等薄弱部位的稳定。应用表明现场支护效果较好,能满足巷道使用要求。

关键词：窄煤柱沿空掘巷支护设计钻孔卸压技术锚杆支护上覆岩层围岩变形

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城郊矿深部工作面切顶留巷工程试验研究

采矿与安全工程学报 2021年第1期38卷 121-129页

作者：陈上元赵波袁越何满潮郭志飚赵菲华北水利水电大学地球科学与工程学院河南郑州450046 南水北调东线总公司北京100029 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

针对深部沿空留巷围岩变形剧烈、难支护的问题,基于切顶留巷技术原理,采用理论分析、数值模拟和工程试验相结合的方法,对深部切顶留巷可行性进行系统研究。通过聚能爆破切顶,可使基本顶关键块触矸点前移、触矸面积增大,提高采空区矸石... 详细信息

针对深部沿空留巷围岩变形剧烈、难支护的问题,基于切顶留巷技术原理,采用理论分析、数值模拟和工程试验相结合的方法,对深部切顶留巷可行性进行系统研究。通过聚能爆破切顶,可使基本顶关键块触矸点前移、触矸面积增大,提高采空区矸石支撑系统的刚度,从而缓解实体煤帮和巷旁支护体所受压力。根据深部切顶留巷围岩变形及应力分布特征,将沿空巷道划分为超前影响区、留巷变形区和留巷稳定区3个维控区域,基于区域特点,对各个区域进行详细的方案及关键参数设计。研究成果在城郊煤矿21304工作面进行现场试验,深部围岩变形得到有效控制,留巷各项指标良好,从而验证了深部切顶留巷的可行性及所设计方案的正确性。

关键词：深部切顶留巷力学分析支护设计工程试验

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梅山铁矿破碎区稳定性分析及支护研究

金属矿山 2023年第2期 9-14页

作者：秦绍龙单迪赵兴东代碧波东北大学深部金属矿采动安全实验室辽宁沈阳110819 中国矿产资源集团有限公司北京100044 鞍钢集团矿业有限公司辽宁鞍山114001

近年来随着矿山开采进入深部,局部区段节理裂隙发育,采动地压增大,矿岩稳定性急剧变化。目前梅山铁矿采用喷射混凝土支护,部分破碎区域采用喷锚联合支护和喷锚网联合支护,但部分主要生产联络道和穿脉巷道依旧存在巷道顶板楔形体大面积... 详细信息

近年来随着矿山开采进入深部,局部区段节理裂隙发育,采动地压增大,矿岩稳定性急剧变化。目前梅山铁矿采用喷射混凝土支护,部分破碎区域采用喷锚联合支护和喷锚网联合支护,但部分主要生产联络道和穿脉巷道依旧存在巷道顶板楔形体大面积冒落的现象,矿山现有的支护方式不能满足安全生产要求。为解决以上生产技术难题,本研究从现场工程地质调查、室内岩石力学试验、岩体质量分级、岩体力学参数估算等出发,利用Unwedge对破碎区楔形体进行稳定性分析,总结巷道失稳破坏类型,提出了“树脂锚杆+金属网+喷射混凝土+长锚索”联合支护方式,并利用数值模拟软件Phase2对-330 m水平8LS7的巷道进行了数值模拟分析,根据对支护前后巷道总位移和塑性区范围的对比,初步验证了所选支护方式对维持围岩稳固的有效性。

关键词：工程地质岩体质量分级围岩破坏类型支护设计数值模拟