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构造应力影响下软岩硐室底鼓机理及控制研究

煤炭技术 2022年第10期41卷 5-9页

作者：桑培淼孙小岩于洋陈定超韩城市枣庄实业有限公司陕西渭南715400 徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221111 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对桑北煤矿采区水泵房强烈底鼓难题,通过现场调研、理论计算及数值模拟等方法,总结了水泵房底鼓特征,揭示了底鼓诱发机理,确定了底鼓控制的基本原则,以锚注支护为核心,提出了“浅层开挖+分层疏水+底板锚注+浇筑回填”的底鼓控制技术,... 详细信息

针对桑北煤矿采区水泵房强烈底鼓难题,通过现场调研、理论计算及数值模拟等方法,总结了水泵房底鼓特征,揭示了底鼓诱发机理,确定了底鼓控制的基本原则,以锚注支护为核心,提出了“浅层开挖+分层疏水+底板锚注+浇筑回填”的底鼓控制技术,并解析了底鼓控制关键参数,在此基础上开发了“硐室断面扩修+底板锚注支护+顶帮补强支护”底鼓控制方案。工业性试验结果显示:硐室围岩变形在20 d内趋于稳定,最大底鼓量仅为28 mm,顶板下沉量与两帮移近量均小于100 mm,满足了矿井的生产要求,为类似条件下硐室治理提供了参考。

关键词：构造应力硐室诱发机理底鼓治理注浆锚索

构造应力场对冲击地压影响研究及岩体应力分析系统开发与应用

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构造应力场对冲击地压影响研究及岩体应力分析系统开发与应用

作者：贾伟东辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

冲击地压是煤矿开采最为严重的灾害之一,而地应力是导致冲击地压等灾害的根本驱动力,因此应力场研究是地下空间安全作业的前提。东荣三矿为冲击地压矿井,其30煤层在生产活动中发生过多次冲击地压,严重威胁人员生命安全,制约矿井安全生... 详细信息

冲击地压是煤矿开采最为严重的灾害之一,而地应力是导致冲击地压等灾害的根本驱动力,因此应力场研究是地下空间安全作业的前提。东荣三矿为冲击地压矿井,其30煤层在生产活动中发生过多次冲击地压,严重威胁人员生命安全,制约矿井安全生产。因此,查明东荣三矿地应力分布规律,探明应力特征对冲击的控制作用已成为东荣三矿亟待解决的安全问题。论文以东荣三矿为背景,通过对东荣三矿构造应力场进行分析,确定了所处区域构造运动和构造形式,明确了地应力分布特征;将有限单元法用于地应力反演,建立了井田范围内煤岩层的力学模型,确定了有限单元法的应力平衡方程;讨论了井田应力计算的外部载荷和边界条件,采用MATLAB语言开发了“岩体应力有限元分析系统”,实现了井田内应力分布可视化。在东荣三矿进行实际应用,确定了东荣三矿的应力分布规律,揭示了构造应力对矿井冲击地压的影响作用。论文研究结果表明:东荣三矿最大主应力方向为NE或NEE向,与双鸭山矿区所在的区域板块应力场方向具有较好的一致性,冲击地压发生在断裂构造交汇处和地质构造复杂区域,位于多条断裂交汇处,对井田内冲击地压有重要影响;对东荣三矿30煤层进行应力区划分,30煤层发生的14次冲击地压均位于高应力区;进一步分析发生冲击地压所在巷道东十里部九片下料道,其应力值达到30MPa～32MPa,表明在高应力的作用下,该巷道容易发生冲击地压灾害。构造应力对于冲击地压等灾害发生有显著的影响。该论文有图39幅,表10个,参考文献52篇。

关键词：冲击地压构造应力有限元原理 MATLAB 应力区划分

构造应力场煤巷掘进冲击地压能量分区演化机制

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煤炭学报 2019年第7期44卷 2000-2010页

作者：王书文鞠文君潘俊锋陆闯中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

在新建深部矿井,原岩应力区煤巷掘进冲击地压问题日益突出,且现场破坏具有区间性和方位性特征,为揭示这一机制,针对深部构造应力场条件下的煤层掘巷,基于数值模拟和理论分析研究,建立不同掘进速度下围岩弹性能空间分区演化模型,划定能... 详细信息

在新建深部矿井,原岩应力区煤巷掘进冲击地压问题日益突出,且现场破坏具有区间性和方位性特征,为揭示这一机制,针对深部构造应力场条件下的煤层掘巷,基于数值模拟和理论分析研究,建立不同掘进速度下围岩弹性能空间分区演化模型,划定能量非稳态释放边界,分析其分布形态与能量特征,结论与现场实际破坏情况较为吻合。研究结果表明:依据弹性能所处状态及变化特征的不同,构造应力场煤巷掘进围岩在空间上可划分为6类区间,顶底板内同时分布能量积聚区和释放区,而巷帮仅存在能量释放区,这与最大主应力的做功特征密切相关。掘进速度增大时,围岩弹性能释放区的走向范围将同时向两端扩展,非稳态释能边界沿走向不断拉长,具有冲击风险的范围不断扩大。构造应力场中,巷帮潜在冲击启动区位于工作面附近,其冲击发生必要条件包括高原岩应力和快速掘进。巷帮和工作面潜在冲击启动区均位于围岩浅部。由于滞后区顶底板能量非稳态释放前积聚水平更高,加上顶板和帮部支护作用,导致底板滞后区冲击破坏强度要大于工作面附近顶底板和巷帮冲击破坏强度。研究结论与构造应力场现实冲击案例较为吻合,对构造应力场煤巷掘进冲击地压监测预警及解危方法的研究具有参考意义。

关键词：冲击地压掘进巷道能量分区演化构造应力

构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布影响规律研究

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构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布影响规律研究

作者：洪寅辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

根据我国煤矿地应力测试数据,大多数煤层的最大水平应力都超过了垂直应力,而构造应力显著的煤矿更易发生强矿压显现,由高构造应力导致的强矿压显现已经严重影响了煤矿的安全开采。因此,研究构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布... 详细信息

根据我国煤矿地应力测试数据,大多数煤层的最大水平应力都超过了垂直应力,而构造应力显著的煤矿更易发生强矿压显现,由高构造应力导致的强矿压显现已经严重影响了煤矿的安全开采。因此,研究构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布的影响,对构造应力显著煤矿的矿压显现控制具有重要意义。本文基于关键层理论,将构造应力水平以侧向水平压力的均布荷载方式代入关键层判定的各项公式,完成基于构造应力的关键层理论;通过采用不同侧压系数进行数值模拟,达到研究不同构造应力情况下工作面覆岩结构演化以及围岩应力分布规律,分析了不同构造应力情况下,各关键层的初次破断距离、各关键层破断时对应的覆岩垮落高度、巷道围岩破坏形态、巷道围岩应力分布规律,并结合现场探测资料进行分析验证,结果发现:(1)构造应力对关键层的破断有着重要影响,本文基于构造应力的关键层理论,建立了构造应力影响下的固支梁力学模型,对关键层的破断进行分析,得出构造应力越大,关键层的破断距离越大,并且构造应力的增加使得关键层的初次破断距有较为明显的增加趋势。(2)通过FLAC数值模拟,在覆岩结构演化上,得出随着构造应力的增加,覆岩结构的形状向拱形转变,并且在同一推进距离下,上覆岩层垮落的高度逐渐变小,导致各关键层初次垮落的步距增大,使得由各关键层所控制的“板-壳”大结构在横向尺度上增大,一旦这种结构失稳,将释放出更为庞大的能量,易发生剧烈的冲击地压等动力灾害;在采动应力分布规律上,得出随着构造应力的增加,工作面两侧的应力峰值与峰值点距煤壁的距离逐渐增加,工作面超前影响范围也得到相应增加,但卸压区高度逐渐减小,在坚硬岩层位置形成了高应力集中,一旦此坚硬岩层垮落,释放能量巨大,易发生强矿压显现。(3)通过数值模拟同忻矿实际构造应力影响下8105工作面工况得出,8105工作面回采80～100 m时,亚关键层Ⅰ垮落,工作面上覆岩层破坏至11～34 m;工作面回采140～160 m时,亚关键层Ⅱ垮落,工作面上覆岩层破坏至40～134 m;工作面回采280～300 m时,亚关键层Ⅲ垮落,工作面上覆岩层破坏至154～197 m。对比EH-4采空区两带高度的探测结果、8105工作面来压统计以及前文理论计算各关键层初次破断距离可知,8105工作面上覆岩层破坏高度在理论计算以及模拟结果上,基本与实际相符,破坏高度均在170 m左右,进一步验证了基于构造应力的关键层理论的正确性;基于钻孔应力监测结果,分析了围岩应力的上升突变和下降突变的原因,进一步验证了覆岩大结构的存在。(4)基于同忻煤矿8105工作面坚硬顶板和临空巷道的影响,提出坚硬顶板预裂爆破切顶技术及钻孔卸压方案两种控制措施。坚硬顶板预裂技术选择4个炮孔对称分布,水平错距为20 m,切顶长度为两侧各80 m,总切顶长160 m的方式进行爆破。经过切顶后,应力峰值由34.9 MPa下降至25.6 MPa,降低了25.8%,临空巷道和煤柱的应力明显降低,顶板预裂爆破卸压效果明显;钻孔卸压方案通过数值模拟对比钻孔间距为600 mm、800 mm以及1000 mm的3排孔卸压效果,得出钻孔间距为600 mm时卸压效果最好。本文包含图56幅,表32个,参考文献66篇。

关键词：构造应力覆岩结构垮落步距初次来压矿压显现

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构造应力影响下软岩巷道围岩控制技术研究

能源技术与管理 2023年第1期48卷 4-7页

作者：朱缪和郭佳炜朱琰超朱利徐东田启源付鹏飞淮北矿业股份有限公司祁南煤矿安徽宿州234113 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 合肥鑫晟光电科技有限公司安徽合肥230000 山东东山新驿煤矿有限公司山东济宁272100

针对构造应力影响下软岩巷道往往存在巷道易变形、难支护等问题,以祁南煤矿7228工作面软岩回采巷道为研究对象,提出了合理的巷道围岩控制对策,模拟分析确定了最优支护方案,最后通过现场试验验证了支护方案的可靠性。研究结果表明,使用“... 详细信息

针对构造应力影响下软岩巷道往往存在巷道易变形、难支护等问题,以祁南煤矿7228工作面软岩回采巷道为研究对象,提出了合理的巷道围岩控制对策,模拟分析确定了最优支护方案,最后通过现场试验验证了支护方案的可靠性。研究结果表明,使用“U型钢棚+锚索”的“主动+被动”支护与通过加密锚索进行强化支护相结合的分段支护方式,能够在节约成本的同时保证巷道的支护质量。

关键词：构造应力软岩巷道分段支护数值模拟二次强化

构造应力集中区域巷道围岩稳定性评价方法优化与应用——以沂南金矿金场矿区为例

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构造应力集中区域巷道围岩稳定性评价方法优化与应用——以沂南金...

作者：桑士震山东科技大学

学位级别：硕士

巷道围岩岩体质量影响着矿山巷道工程的稳定性及安全性,构造应力集中区域岩体质量情况更为复杂。山东沂南金矿金场矿区巷道变形及支护破坏严重,受构造应力集中影响较大,需进一步研究巷道围岩岩体稳定性。本文以金场矿区典型巷道为研究对... 详细信息

巷道围岩岩体质量影响着矿山巷道工程的稳定性及安全性,构造应力集中区域岩体质量情况更为复杂。山东沂南金矿金场矿区巷道变形及支护破坏严重,受构造应力集中影响较大,需进一步研究巷道围岩岩体稳定性。本文以金场矿区典型巷道为研究对象,采用现场观测、理论分析、室内试验、数值模拟等方法,对适用于构造应力集中区域的巷道围岩稳定性评价方法进行了研究。本文通过工程地质调查查明了矿山典型巷道岩性分布范围、围岩完整性、岩体力学性质及水文地质情况;通过分析矿区构造裂隙及地应力分布规律,明确了金场矿区构造应力集中的地质特征;通过巷道变形及支护破坏现场观测与评价总结了矿山巷道现有支护体系;通过矿山构造工程效应分析确定了研究区巷道稳定性不利因素,提出了构造应力集中区域巷道“掘-评-支”各环节的处理措施;基于对BQ、RMR及IRMR等方法的应用及研究,通过多段拟合、方法融合、加权平均、假设验证、细化亚级等方法,建立并优化了 J-IRMR巷道围岩稳定性评价方法;定义了 J-IRMR法的连续性多段拟合函数及地应力修正系数,提高了方法的量化分析程度;拓展了 RMR法的评分区间,将RMR法的五级分类体系细化为五个一级,九个亚级,其中Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ级分别细化为Ⅰ-Ⅰ、Ⅰ-Ⅱ、Ⅳ-Ⅰ、Ⅳ-Ⅱ、Ⅴ-Ⅰ、Ⅴ-Ⅱ、Ⅴ-Ⅲ等亚级;通过BQ法与J-IRMR法的应用对比、巷道稳定性FLAC3D数值模拟等方法,验证了 J-IRMR法对金场矿区构造应力集中区域的适用性;综合评价矿区巷道围岩稳定性整体较差,多在Ⅲ级以下,且巷段岩体质量级别随岩性变化明显,对巷道差异支护提出了较高的要求;通过支护参数的理论计算及分级设置,建立了基于“锚网喷”联合支护方式且适用于J-IRMR法的分级差异支护表格及特殊支护建议,优化了金场矿区典型巷道支护措施;通过FLAC3D巷道支护数值模拟效果,说明了巷道锚杆支护参数随岩体质量级别进行差异设置的合理性。

关键词：构造应力 J-IRMR 稳定性评价岩体质量等级金场矿区

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构造应力下采空区上覆岩层破坏规律数值模拟

煤矿安全 2017年第1期48卷 183-186页

作者：王军宁建国刘学生顾清恒山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

为研究构造应力下采空区上覆岩层的破坏规律,以山东新河矿业有限公司3下06工作面为工程背景,运用FLAC3D数值模拟、理论分析等方法对不同构造应力场中采空区上覆岩层的破坏规律进行了研究。结果表明:随着侧压系数的增大,采空区覆岩塑性... 详细信息

为研究构造应力下采空区上覆岩层的破坏规律,以山东新河矿业有限公司3下06工作面为工程背景,运用FLAC3D数值模拟、理论分析等方法对不同构造应力场中采空区上覆岩层的破坏规律进行了研究。结果表明:随着侧压系数的增大,采空区覆岩塑性区的范围和发育高度先减小后增大,其形状经历了从马鞍形到枕形再到拱形直至最终变化为帽形的过程;采空区顶底板受采动影响形成了明显的应力降低区域,随着侧压系数的增大,应力降低区域沿顶板进一步扩大,底板的应力降低区域沿底板则逐渐减小,顶板的拉应力区域减小,采空区两侧的应力集中区域增大,应力集中现象增强;采空区底板破坏的范围和深度随侧压系数的增加而不断增大。

关键词：数值模拟构造应力采空区覆岩破坏侧压系数

构造应力环境下倾角对急倾斜矿体开采岩移规律的影响

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矿业研究与开发 2020年第7期40卷 18-21页

作者：郭延辉侯克鹏杨志全杨阳王建国云南农业大学建筑工程学院云南昆明650201 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093

为了研究构造应力环境下矿体倾角对急倾斜矿体开采岩移规律的影响,基于离散单元法3DEC,分析了构造应力(σh/σν=1.5)环境下,矿体倾角分别为50°,60°,70°,80°,90°时开采引起的地表与围岩移动变形规律。结果表明:既有条件下,地表最... 详细信息

为了研究构造应力环境下矿体倾角对急倾斜矿体开采岩移规律的影响,基于离散单元法3DEC,分析了构造应力(σh/σν=1.5)环境下,矿体倾角分别为50°,60°,70°,80°,90°时开采引起的地表与围岩移动变形规律。结果表明:既有条件下,地表最大沉降量随倾角的增大而减小,下盘地表最大水平移动量随倾角的增大而增大,上盘地表的最大水平移动量随倾角的增大而减小;随着矿体倾角增大,上盘围岩最大移动变形量和采动影响范围减小,而下盘围岩最大移动变形量和采动影响范围则增大。

关键词：急倾斜矿体构造应力岩体移动地表变形数值模拟

构造应力对马蹄形巷道稳定性的影响及支护设计

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济南大学学报（自然科学版） 2018年第1期32卷 27-38页

作者：吕欣武娜刘祥鑫曹志林华北理工大学现代技术教育中心河北唐山063009 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116000 华北理工大学矿业工程学院河北唐山063009

根据马蹄形巷道受力后产生的变形特征,利用复变函数对马蹄形巷道进行弹塑性分析,研究构造应力的大小与方向对马蹄形巷道稳定性的影响,并针对马蹄形巷道稳定性问题,提出锚杆、锚索和混凝土喷层的联合支护方式。结果表明:构造应力大小及... 详细信息

根据马蹄形巷道受力后产生的变形特征,利用复变函数对马蹄形巷道进行弹塑性分析,研究构造应力的大小与方向对马蹄形巷道稳定性的影响,并针对马蹄形巷道稳定性问题,提出锚杆、锚索和混凝土喷层的联合支护方式。结果表明:构造应力大小及方向对马蹄形巷道的稳定性存在一定的影响,其中构造应力大小显著影响马蹄形巷道变形状态,沿最大水平主应力方向布置可改善巷道的稳定性;联合支护后的马蹄形巷道的变形位移量约为支护前的1/4,具有良好的支护效果。

关键词：构造应力马蹄形巷道稳定性联合支护