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大型铝土矿山综采工作面区段回风巷围岩破坏特征实测研究
1
作者 高林 高昌思 +4 位作者 吴延平 李强 石笑天 谢家胜 徐旭 《金属矿山》 北大核心 2025年第4期12-20,共9页
瓦厂坪铝土矿是国内首个采用综合机械化开采工艺的大型有色金属地下矿山。为了探究区段矿柱留设宽度对区段回风巷道围岩破坏的影响,对目前不同区段矿柱宽度留设下的1104回风巷、1106回风巷进行了现场钻孔摄像观测,得到巷道围岩的内部结... 瓦厂坪铝土矿是国内首个采用综合机械化开采工艺的大型有色金属地下矿山。为了探究区段矿柱留设宽度对区段回风巷道围岩破坏的影响,对目前不同区段矿柱宽度留设下的1104回风巷、1106回风巷进行了现场钻孔摄像观测,得到巷道围岩的内部结构及破坏情况。定性、定量分析了围岩松动圈的大小、裂隙密度,并对矿柱受力情况进行了分析。结果表明:不同位置的围岩松动圈发育程度存在显著差异,其中矿柱侧的松动圈较大,而顶板和矿壁侧的松动圈则相对较小。20 m矿柱因支承压力演化形成“双峰马鞍形”应力重构,叠加复合应力场导致巷道围岩破坏程度和深度更为显著,而10 m矿柱的非对称弧形三角结构产生“单峰”支承压力分布和低扰动应力场,使巷道围岩破坏较小。两种矿柱在采矿活动中受到了不同程度的影响,矿柱内部塑性区并未贯通,矿柱内仍然存在一定范围的弹性核区域,表明现阶段留设的20 m、10 m宽度矿柱均具有进一步优化减小的可能性。研究结果可为矿山后续开采过程中的区段矿柱留设及巷道围岩控制提供依据。 展开更多
关键词 综合机械化开采 区段矿柱 围岩松动圈 裂隙密度
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三向非等压应力场下围岩主应力差与塑性区分布关系研究 被引量：7
2
作者 刘洪涛 韩子俊 +5 位作者 韩洲 陈子晗 韦晟杰 刘勤裕 程文聪 吴双 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期291-306,共16页
首先,以弹性理论为基础推导出考虑巷道轴向应力影响的主应力差解析式,通过变化水平侧压比、轴向侧压比研究完全弹性条件时不同应力场下主应力差分布形态演化规律。其次,推导出考虑轴向应力作用的围岩塑性区近似解,研究不同应力环境下围... 首先,以弹性理论为基础推导出考虑巷道轴向应力影响的主应力差解析式,通过变化水平侧压比、轴向侧压比研究完全弹性条件时不同应力场下主应力差分布形态演化规律。其次,推导出考虑轴向应力作用的围岩塑性区近似解,研究不同应力环境下围岩的塑性区形态演化规律。最后,对比分析主应力差及塑性区形态特征,研究二者分布形态的对应关系,并通过数值模拟验证理论分析的正确性。研究结果表明:在弹性理论下,三向应力场条件的主应力差值分布会呈现圆形、椭圆形、蝶形3种形态的演化规律;在考虑巷道塑性破坏的情况下,主应力差值在σx、σz较小一侧形成峰值壳,在较大一侧形成卸压壳。在不同水平侧压比及轴向侧压比情况下,围岩塑性区形态会呈现圆形—椭圆形、椭圆形—蝶形、蝶形恶性扩展3个阶段的演化过程。巷道主应力差的分布形态在一定程度上可以反映塑性区形态,主应力差和塑性区在相同应力条件下的形态特征具有逐一对应关系,且二者形态在很大程度上由水平侧压比决定,轴向侧压比对塑性区形态影响较小。160206回风巷在偏转式主应力差集中区形成非对称异化特征。本文基于分析及现场破坏情况提出的联合协同支护技术在现场应用效果较好。 展开更多
关键词 主应力差 轴向应力 巷道塑性区 非静水压力场 围岩控制
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考虑轴向应力影响的圆形巷道围岩塑性区边界近似解 被引量：12
3
作者 刘洪涛 韩子俊 +5 位作者 郭晓菲 周光东 韦晟杰 韩洲 陈小港 程文聪 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期12-23,共12页
为了研究考虑轴向应力作用的巷道围岩塑性区边界问题,基于Mohr-Coulomb准则,通过引入Lode角参数,推导出考虑轴向应力作用的圆形巷道围岩塑性区边界隐性方程,通过变化巷道水平应力σx、轴向应力σy分析了不同应力场下的围岩塑性区尺寸及... 为了研究考虑轴向应力作用的巷道围岩塑性区边界问题,基于Mohr-Coulomb准则,通过引入Lode角参数,推导出考虑轴向应力作用的圆形巷道围岩塑性区边界隐性方程,通过变化巷道水平应力σx、轴向应力σy分析了不同应力场下的围岩塑性区尺寸及形态,并通过数值模拟进一步说明了理论分析的可靠性。此外还研究了围岩黏聚力C、内摩擦角φ、巷道半径R、泊松比v对巷道围岩稳定性的影响。结果表明:①固定轴向侧压变化水平侧压的条件下,围岩塑性区尺寸变化会分为敏感区和迟钝区,且在水平侧压变化的过程中围岩塑性区形态会呈现圆形、椭圆形及蝶形3种形态。②固定水平侧压变化轴向侧压的条件下,围岩各位置的塑性区会呈现强烈的区间效应,通过与平面应变问题下的塑性区尺寸对比将区域分为轴向应力影响区和轴向应力无影响区。在轴向应力影响区内,轴向侧压的变化对围岩的塑性区尺寸影响较大。③巷道围岩的破坏形态由水平侧压η1决定,轴向侧压η2对塑性区形态影响较小,对尺寸影响较大。④围岩C、φ的增加会使巷道围岩的塑性区尺寸不同程度的减小,R的增加会使围岩不同位置塑性区呈等差数列增大。在轴向应力无影响区,v对围岩塑性区尺寸无影响,在轴向应力影响区内,翼角处的塑性区尺寸不受v的影响,其余位置的塑性区尺寸会受到不同程度的影响。 展开更多
关键词 围岩破坏 围岩塑性区 塑性区边界 圆形巷道
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孔洞围岩塑性区边界计算的理论研究现状与分析评价 被引量：19
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作者 李永恩 郭晓菲 +2 位作者 马念杰 李臣 霍天宏 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期141-150,共10页
地下采矿工程中的巷道、开切眼、各种开采硐室空间、人工钻孔及天然洞穴等,在地下无限大的空间范围内,其围岩破坏及稳定性问题均可统一到孔洞周围岩体力学的研究中。结合煤矿井下的工程条件,采用理论计算与数值模拟对比分析的方法,研究... 地下采矿工程中的巷道、开切眼、各种开采硐室空间、人工钻孔及天然洞穴等,在地下无限大的空间范围内,其围岩破坏及稳定性问题均可统一到孔洞周围岩体力学的研究中。结合煤矿井下的工程条件,采用理论计算与数值模拟对比分析的方法,研究了静水压力下的理论公式与非均匀应力场中的塑性区边界方程,详细分析了理论计算的力学模型、推导原理、推导过程、计算精度,进而对其适用性进行评价分析。研究结果表明:静水压力下的理论公式推导过程严密,精度较高,适用于静水压力及偏应力不高条件下围岩塑性区范围的计算,偏应力较高环境下不再适用;非均匀应力场中圆孔围岩塑性区边界方程推导过程做了简化,其结果为近似解,与数值模拟计算结果相比在精度上有一定误差,但是可以很好地反映非均匀应力场中孔洞围岩塑性区形态演化规律,对于研究地下高偏应力场中巷道围岩的破坏规律及致灾机理有重要的指导意义。通过对已有孔洞围岩塑性区边界计算理论的分析评价,明确了不同理论方法的优劣势以及适用条件,对于合理应用理论指导工程实践有重要的实用意义。 展开更多
关键词 塑性区边界 蝶形塑性区 孔洞围岩 岩体力学
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倾斜煤层沿空半煤岩巷断面形状优化研究 被引量：7
5
作者 许帅 高林 +5 位作者 刘鹏泽 张盼栋 刘萍 马振乾 康向涛 汪永印 《煤炭工程》 北大核心 2022年第8期122-128,共7页
为了揭示不同开挖断面形状对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响,进而指导该类巷道断面优化设计,基于数值模拟方法,针对斜顶梯形、直墙半圆拱形和斜墙弧顶形三种类型巷道断面开挖之后的围岩塑性区分布规律及变形特征进行了研究。结... 为了揭示不同开挖断面形状对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响,进而指导该类巷道断面优化设计,基于数值模拟方法,针对斜顶梯形、直墙半圆拱形和斜墙弧顶形三种类型巷道断面开挖之后的围岩塑性区分布规律及变形特征进行了研究。结果表明:与斜顶梯形和直墙半圆拱形相比,斜墙弧顶形断面开挖更有利于倾斜煤层沿空半煤岩围岩变形控制;不同斜墙外扎角度的斜墙弧顶形断面巷道开挖对围岩变形破坏的影响有所差异,外扎10°的斜墙弧顶形断面在开挖之后围岩变形量最小,为该类巷道掘进时相对理想的设计断面形状。基于上述成果,确定贵州土城矿1511回风巷采用斜墙(外扎10°)弧顶形断面开挖,激光巷道断面检测仪变形检测结果显示,服务期间断面最大收缩率仅为23.3%,巷道围岩整体均匀变形,进一步验证了研究结果的可靠性。 展开更多
关键词 巷道断面形状 倾斜煤层 半煤岩巷 沿空掘巷
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千米深井锰矿炭质页岩顶板巷道围岩变形破坏特征 被引量：2
6
作者 申业兴 高林 +3 位作者 黄小芬 赵世毫 战新宇 赵芳昊 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第12期14-22,共9页
贵州省锰矿埋深普遍较深且巷道顶板以炭质页岩为主,层间节理、裂隙发育,导致该类巷道围岩变形破坏较为严重。为了揭示千米深井锰矿炭质页岩顶板巷道围岩变形破坏特征,以贵州铜仁某千米深井锰矿-75 m中段回风平巷为例,基于围岩力学试验... 贵州省锰矿埋深普遍较深且巷道顶板以炭质页岩为主,层间节理、裂隙发育,导致该类巷道围岩变形破坏较为严重。为了揭示千米深井锰矿炭质页岩顶板巷道围岩变形破坏特征,以贵州铜仁某千米深井锰矿-75 m中段回风平巷为例,基于围岩力学试验及数值仿真试验方法,对不同炭质页岩厚度下中段回风平巷的变形破坏特征进行分析。结果表明:千米深井锰矿中段回风平巷炭质页岩顶板及锰矿层天然状态下抗压强度分别为70 MPa、60 MPa,炭质页岩坚固性系数为3.4~5.0;随着炭质页岩顶板厚度增加,巷道顶板及两帮位移量逐渐增大,顶板最大垂直位移量为96.7 mm,左、右两帮最大水平变形值分别为117 mm、104 mm,且两帮位移图像整体呈现出“倒V”字形分布,表现出显著差异性变形破坏特征;巷道顶板塑性区范围随着炭质页岩厚度增大而扩大,在炭质页岩厚度为3 m时,塑性区体积达到最大值,且巷道塑性区以剪切破坏为主,剪切破坏体积占塑性区总体积的93.82%。综合分析得出,随着炭质页岩厚度的增加,顶板破坏范围越大,围岩稳定性越差,故加强深井高应力锰矿炭质页岩顶板非对称冒落拱的控制是该类巷道围岩稳定性控制的关键。 展开更多
关键词 千米深井 炭质页岩 围岩变形 走向长壁开采 力学特性
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倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究 被引量：10
7
作者 刘鹏泽 高林 +3 位作者 许帅 赵世毫 战新宇 申业兴 《煤炭工程》 北大核心 2023年第2期12-18,共7页
针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤... 针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤柱合理理论宽度为4.68~5.46m;通过数值模拟分析了5种不同宽度煤柱下1509回风巷围岩塑性区分布、应力及位移演化规律,模拟结果表明:当煤柱宽度为5m时,巷道稳定性较好且能保证矿井的回采率。现场试验结果显示,1509回风巷采用留设5m宽煤柱进行掘进护巷后,巷道轮廓相对完整,变形明显减小,围岩完整性较好,有利于提高倾斜煤层半煤岩沿空掘巷的稳定性。 展开更多
关键词 煤柱宽度 半煤岩巷道 沿空掘巷 倾斜煤层 围岩控制
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不同因素影响下煤岩组合锚固体锚杆锚固性能研究
8
作者 赵芳昊 高林 +3 位作者 赵爽 唐仕贤 高昌思 莫飞龙 《煤炭工程》 2025年第5期132-139,共8页
为了提高煤岩巷道复杂地质条件下锚固支护效果,针对煤岩巷道支护中锚杆锚固性能的关键影响因素展开了相关研究。首先,获取了典型矿井不同煤层及顶底板岩层的物理力学参数,并结合空心包体应力解除法测得巷道地应力分布;接着,基于实测数... 为了提高煤岩巷道复杂地质条件下锚固支护效果,针对煤岩巷道支护中锚杆锚固性能的关键影响因素展开了相关研究。首先,获取了典型矿井不同煤层及顶底板岩层的物理力学参数,并结合空心包体应力解除法测得巷道地应力分布;接着,基于实测数据建立数值模型,反演掘采过程中锚杆工作环境的应力状态,确定围压范围为0~15 MPa;然后,通过室内试验系统地分析了不同煤岩强度比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、围压条件(0、5、10和15 MPa)以及穿层锚固方式(煤-岩、岩-煤)对煤岩组合锚固体锚杆承载性能的影响规律。研究结果表明:随着煤岩强度比的增加,锚杆的极限拉拔载荷显著提升,从1∶2条件下的45.4 kN增长到1∶5条件下的68.79 kN;围压增大能有效增强锚固体稳定性,极限载荷从0 MPa时的34.52 kN提升至15 MPa时的77.55 kN;煤-岩穿层方式相比于岩-煤方式具有更优的锚固性能,极限拉拔载荷较岩-煤试样提高28.3%,并且在残余承载阶段没有明显的二次破坏。 展开更多
关键词 煤岩组合锚固体 拉拔试验 锚固性能 声发射
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