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深部高水平应力巷道倾斜锚杆破断机制及加强支护时机 被引量：17
1
作者 刘学生 武允昊 +3 位作者 谭云亮 杨茗杰 李国庆 解成成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期609-622,共14页
针对深部高水平应力下巷道倾斜锚杆承受弯曲、拉伸为主的复合荷载作用,易发生破断失效导致巷道局部失稳问题,以山东能源集团孙村煤矿2424工作面下平巷为工程背景,调研得到了倾斜锚杆破断特征,推导了内力与内力矩分布、破断危险断面位置... 针对深部高水平应力下巷道倾斜锚杆承受弯曲、拉伸为主的复合荷载作用,易发生破断失效导致巷道局部失稳问题,以山东能源集团孙村煤矿2424工作面下平巷为工程背景,调研得到了倾斜锚杆破断特征,推导了内力与内力矩分布、破断危险断面位置及相当应力表达式,建立了以危险断面最大相当应力为指标的破断力学判据,揭示了不同锚固参数与侧压系数对最大相当应力的影响规律,即最大相当应力随侧压系数、锚固长度和预紧扭矩增大而增大,而随锚杆安装角度增大呈现先减小后增大再减小的趋势。在此基础上,利用FLAC软件内置Fish语言实现了对锚杆危险断面最大相当应力的表征,定义了以危险断面最大相当应力与许用应力比值表示的危险系数K,并以此为指标提出了加强支护时机确定方法,获得了不同加强支护时机下围岩变形破坏规律。随着加强支护时的危险系数K增大,锚杆危险断面最大相当应力、围岩整体变形量与集中应力先减小后增大,危险系数K较小时,浅部围岩弹性能积聚较大,自承载能力发挥不足;危险系数K过大时,围岩变形量大、破坏严重,整体稳定性差。确定了2424工作面下平巷合理加强支护时机为危险系数K取0.8,现场加强支护实践表明,在危险系数为0.8(超前工作面60 m)时进行加强支护,锚杆破断率减小了87.9%,围岩变形得到有效控制,稳定性明显提高。 展开更多
关键词 破断机制 加强支护 倾斜锚杆 高水平应力 围岩控制
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深部超大断面分选硐室群布置方式优化研究 被引量：8
2
作者 刘学生 王新 +2 位作者 谭云亮 PUREV Lkhamsuren 宋世琳 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期32-39,共8页
为满足井下分选和就地充填要求,井下往往需要密集布置多条硐室,其布置方式对硐室群围岩控制影响重大,是硐室群设计的重要内容。以新巨龙煤矿-800 m水平煤矸分离硐室群为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合,较系统地探讨了硐... 为满足井下分选和就地充填要求,井下往往需要密集布置多条硐室,其布置方式对硐室群围岩控制影响重大,是硐室群设计的重要内容。以新巨龙煤矿-800 m水平煤矸分离硐室群为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合,较系统地探讨了硐室群围岩稳定性影响因素,并运用FLAC软件建立数值计算模型,获得了不同布置方式时硐室间距对围岩变形破坏影响规律。随着硐室间距增大,相邻硐室围岩相互影响逐渐减小,同层位布置时最优间距约为15 m,错层位布置时约为18 m。采取同层位布置且硐室间距为15 m时,围岩应力集中区域主要位于硐室交叉处,应力峰值为35 MPa,围岩最大变形量为43 mm,塑性破坏区宽度约为5 m,硐室间存在约5 m见方的弹性承载岩柱。现场工程中4条硐室采用同层位“井字型”布置方式,间距为15~89 m,实践表明:硐室群围岩变形主要集中在硐室成型初期,且以硐室中部变形最大,约为26 mm,围岩整体稳定性好。研究成果可为深埋硐室群布置方式设计及参数优化等提供参考。 展开更多
关键词 超大断面 硐室群 硐室布置 深部围岩 高应力
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裂隙发育过程对采动裂隙椭抛带压实区的影响研究 被引量：2
3
作者 刘奇 笪雨欣 +3 位作者 曹广勇 李青海 赵金海 蒋长宝 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期25-35,共11页
采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进... 采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进行直方图均衡化增强和中值滤波去噪处理,获得二值化裂隙图像后利用分形理论定量描述裂隙率,对典型周期来压覆岩垮落裂隙率进行统计分析,建立了裂隙发育程度受工作面推进时间的时空函数和采动裂隙椭抛带压实区演变修正模型。结果表明:覆岩平均裂隙率变化符合DoseResp函数关系,裂隙的发育过程包括产生、扩展蔓延、压实闭合3个阶段,裂隙在产生、闭合这2个阶段发育速率较平缓,而在扩展阶段发育速率陡增。采空区上覆岩层裂隙场形成旧裂隙区、压实区和新裂隙区3个区域,裂隙发育周期的不同导致旧裂隙区与新裂隙区在发育状态、压实程度和空间形态上有着明显差异,这些差异导致了采空区覆岩非对称性下沉现象的发生。通过分析覆岩应力恢复与覆岩内部裂隙演变关系,进一步验证了采用DoseResp时间函数曲线可以很好的表现采空区上覆岩层裂隙异速演变特征。最后建立了考虑覆岩裂隙异速演变效应的采动裂隙椭抛带压实区修正模型,并结合现场工程实践,有效提高瓦斯抽取高位钻孔布置的准确性,为工作面的安全开采提供理论指导。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 裂隙发育过程 覆岩压实区 物理相似模拟
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基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及“三带”变形表征研究 被引量：3
4
作者 刘奇 刘相林 +2 位作者 曹广勇 赵金海 蒋长宝 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期63-73,共11页
为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度... 为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩“三带”划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析。结果表明:采动覆岩“三带”的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分“三带”范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性。二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路。 展开更多
关键词 采动覆岩 光频域反射 回转角度 光纤应变 采动“三带”
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隧道突涌水机制与渗透破坏灾变过程模拟研究 被引量：37
5
作者 周宗青 李利平 +4 位作者 石少帅 刘聪 高成路 屠文锋 王美霞 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3621-3631,共11页
针对岩体渐进破坏和充填体渗透失稳两种典型突涌水灾害,阐述了动力扰动、开挖卸荷与高水压三者联合作用下岩体渐进破裂机制,以及高渗透压作用下充填体"变强度-变渗透性-变黏度"的渗透破坏机制。针对渗透破坏突涌水的变黏度机... 针对岩体渐进破坏和充填体渗透失稳两种典型突涌水灾害,阐述了动力扰动、开挖卸荷与高水压三者联合作用下岩体渐进破裂机制,以及高渗透压作用下充填体"变强度-变渗透性-变黏度"的渗透破坏机制。针对渗透破坏突涌水的变黏度机制,采用DEM-CFD耦合计算方法,开展了流体黏度对渗透破坏机制影响的定性模拟研究,分析了流体黏度对平均接触力、流量(流速)、孔隙率、颗粒运移过程、运移轨迹以及临界水力梯度的影响规律。结果表明,低黏度条件下的临界水力梯度比高黏度条件下的要小,换言之,低黏度条件下充填体更容易发生渗透破坏;平均接触力对水力梯度临界值的响应最为敏感,而流量难以准确反映该信息。从渗透破坏突涌水的变黏度机制这单一角度出发(不考虑渗透性增大的影响),随着黏性介质流入水体,流体黏度会增大,但流动速度会降低,两者共同作用下反而阻碍了渗透破坏过程的发展。最后,采用DEM-CFD计算方法,对工程尺度突涌水过程进行了模拟,再现了突涌水优势通道的形成与扩展过程,并指出了实现突涌水灾变机制模拟所需解决的参数选取与定量分析难题。 展开更多
关键词 突涌水灾害 灾变机制 流体黏度 渗透破坏 DEM-CFD 数值模拟
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隧道衬砌渗漏水病害模型试验系统的研制及应用 被引量：20
6
作者 高成路 李术才 +4 位作者 林春金 李利平 周宗青 刘聪 孙尚渠 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1614-1622,共9页
随着我国隧道通车里程与运营时间的不断增长,越来越多的隧道进入病害高发期,地下水是导致隧道病害最为严重的因素之一,容易诱发衬砌发生渗漏水等病害,为研究隧道衬砌渗漏水病害发生机制,研制了三维地质力学模型试验系统,开展了不同埋深... 随着我国隧道通车里程与运营时间的不断增长,越来越多的隧道进入病害高发期,地下水是导致隧道病害最为严重的因素之一,容易诱发衬砌发生渗漏水等病害,为研究隧道衬砌渗漏水病害发生机制,研制了三维地质力学模型试验系统,开展了不同埋深条件下隧道衬砌渗漏水病害模型试验研究。该系统由可拓展模型试验台架、地应力模拟加载装置、地下水模拟加载装置、多场信息实时监测装置和衬砌渗漏水实时量测装置等组成,利用油压千斤顶和多功能加载水泵,采用分级加载方式可对隧道不同埋深进行模拟。将该系统应用于隧道衬砌渗漏水病害模型试验研究,通过对渗漏水量、渗压和位移等信息进行分析,揭示了不同埋深条件下穿越交叉断层隧道衬砌渗漏水病害的演化规律,并对堵排结合治理方案进行了初步研究,验证了排水对降低衬砌渗漏水量的积极作用,试验结果与运营期开元隧道衬砌渗漏水病害工程实例吻合良好,证明该系统稳定可靠,其研究方法及结果可为相关工程提供一定的参考。 展开更多
关键词 交叉断层 运营隧道 衬砌渗漏水 模型试验
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千米深井大采高工作面超前切顶卸压软岩大巷防护技术
7
作者 石智涵 刘学生 +4 位作者 高宇栋 李虎 李学斌 孔令哲 卢文龙 《中国矿业》 2025年第5期163-175,共13页
千米深井大巷受“三高一扰动”影响,围岩控制困难,其中,厚煤层采动影响下软岩大巷变形破坏问题尤为突出,影响工作面安全回采。本文以口孜东煤矿14采区为工程背景,得到140502工作面回采末期软岩大巷变形破坏规律,进行大巷变形破坏原因力... 千米深井大巷受“三高一扰动”影响,围岩控制困难,其中,厚煤层采动影响下软岩大巷变形破坏问题尤为突出,影响工作面安全回采。本文以口孜东煤矿14采区为工程背景,得到140502工作面回采末期软岩大巷变形破坏规律,进行大巷变形破坏原因力学分析,提出围岩破坏能量判据,得出悬臂长度L3越长,大巷围岩内能量U越大,获得大巷严重变形破坏原因,即大巷围岩长期承受高静应力作用,对于动载扰动作用影响更为敏感,极易变形破碎。进一步建立工作面悬臂楔形结构力学模型,发现悬臂角度与超前支承应力的峰值呈现负相关,即悬臂角度愈大,超前支承应力的峰值愈小。据此提出停采线超前爆破切顶卸压巷道控制技术,通过理论分析设计了钻孔角度、高度、位置等切顶卸压参数,利用FLAC3D比选切顶范围,降低了爆破施工量。制定140504工作面爆破切顶卸压方案,即在140504工作面风巷内停采线外17 m、23 m处分别布置一组相同的爆破面,超前工作面回采150 m起爆,每组断面斜向上穿层设计5个钻孔,呈扇形分布,布置钻孔时应避开工作面顶板上方存在的140504工作面高抽巷。在工作面回采期间对三条大巷展开监测,结果表明,140504工作面回采后西翼回风大巷、西翼主运胶带机大巷及西翼轨道大巷两帮移近量分别为17.6 cm、13.4 cm和8.4 cm。相较于140502工作面回采期间两帮移近量分别减小64.08%、60.59%和30.00%,控制效果较好,保障了工作面安全回采。 展开更多
关键词 千米深井 大采高 切顶 软岩大巷 防护技术
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