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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

巷道稳定性研究——中国矿业大学刘刚教授团队系列成果

来源:《煤炭学报》

本专题收录中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室刘刚教授团队发表于《煤炭学报》的,巷道稳定性方面的系列研究成果。包含:

[1]刘刚,肖勇卓,朱俊福,靖洪文.围岩松动圈理论计算方法的评述与展望[J].煤炭学报:,2021,46(1):46-56.

[2]刘刚,龙景奎,刘学强,李元.巷道稳定的协同学原理及应用技术[J].煤炭学报,2012,37(12):1975-1981.

[3]刘刚,赵坚,宋宏伟,李元海.断续节理方位对巷道稳定性的影响[J].煤炭学报,2008(08):860-865.

[4]刘刚,宋宏伟.煤巷围岩松动圈规律研究[J].煤炭学报,2002(01):31-35.

刘刚(1969—),男,陕西兴平人,教授,博士。E-mail:liugangcumt@163.com

行业视野

采矿

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  • 作者(Author): 刘刚, 肖勇卓, 朱俊福, 靖洪文

    摘要:研究围岩松动圈的目的是指导地下工程的设计与施工,相比于现场实测和数值模拟分析,理论计算围岩松动圈更为方便快捷。综述了2 种主要的松动圈理论计算方法———强度准则法和数学模型法。强度准则法以Mohr-Coulomb 准则、Hoek-Brown 准则和Druker-Prager 准则为主,普遍经塑性区半径推导、松动区与塑性区界分和岩石强度参数修正可得到较准确的松动圈半径,其关键在于松动区的边界条件和岩石软化方法,并建议以应力梯度作为边界条件和以参数反演修正岩石参数进行计算,同时也简要评述了以动静力学思路和统一强度准则为基础的松动圈计算。数学模型法主要是基于对松动圈影响因素的研究,常采用神经网络模型和支持向量机模型,以及未确知聚类模型和多元回归函数拟合等,其关键在于松动圈影响因素的选择和建模选型。松动圈影响因素选择的重点在于次要因素,而建模选型在于引入其他模型对原有模型的核心元素进行寻优。建议应因地制宜地选择影响因素或引入灰色预测模型,同时必须经本地数据库训练修正后使模型达到最佳。实际工程中,由于强度准则法基于均质岩体中静水应力作用下的圆形巷道模型,巷道半径和侧应力系数取值及岩性不均一将会严重影响计算精度;数学模型法受制于影响因素考虑不足及现有数据库噪声等条件而难以提高预测精度。结合围岩松动圈实测技术,由于受众多因素影响,巷道同一横断面内、同一巷道相邻地段的松动圈均在一定范围内波动,故任何非实测方法均不能精确预测松动圈厚度。在工程应用中,不主张在难以符合强度准则法的假设条件或者数学模型中未知的次要因素影响较大的条件下采用计算的方法确定松动圈厚度。后续研究可从新强度准则推导或多个单预测模型相结合与数据等维等方面进行,同时应关注在深部多种地质条件下松动圈的理论计算以及矩形和其它非规则形状巷道松动圈的理论计算,并提高预测精度。
  • 作者(Author): 刘刚, 宋宏伟

    摘要:采用数值计算软件ANSYS ,对矩形煤巷的围岩松动圈进行了数值计算 ,得出矩形煤巷围岩松动圈的形成、发展机理及松动圈的形状 .结果表明 ,矩形煤巷由于断面形状和围岩组成结构的关系 ,其松动圈的形成、发展以及最终形状均与一般巷道明显不同 .
  • 作者(Author): 刘刚, 赵坚, 宋宏伟, 李元海

    摘要:采用模型试验,研究了不同节理方位的断续节理岩体中巷道围岩破裂区的产生与扩展机理,分析了围岩破坏和碎胀变形的发展规律.研究表明:随着应力的增大,围岩破裂区历经初始阶段、发展阶段与稳定阶段;不同的节理方位,巷道两帮位移的大小不同,具有节理临空面的巷道上帮位移大于下帮;围岩收敛速率的每一次突然增大,意味着巷道围岩产生一次剧烈的破坏,因此必须及时地加强支护;当节理角度在30~75°时,节理方位对岩体强度的影响较大,并且影响最大的角度在60°左右,此时围岩的强度最低,稳定性最差;相比节理岩体,完整岩体的变形量小、稳定性更好.
  • 作者(Author): 刘刚, 龙景奎, 刘学强, 李元

    摘要:基于现有支护理论和现场支护的实际条件,将协同学原理引入巷道支护设计,提出协同支护的思想。协同支护是以支护的共性——系统的协同作用作为研究对象,研究支护系统、围岩系统和环境系统等子系统及其内部的协同作用,最终使巷道从开挖后的非平衡状态快速达到稳定的平衡状态,其目的是最大发挥支护构件的物理力学性能,有效控制围岩变形,以期达到1+1>2的协同支护作用。锚杆锚索协同支护研究以预应力为基础,其他支护参数、结构与锚杆和锚索预应力的协同性以及锚杆预应力与锚索预应力的协同作用。高强锚杆必须与高预应力相结合,锚杆预应力必须与锚索预应力相匹配,只有它们之间相互合理匹配,才能使锚杆、锚索的个体作用达到最大,并产生协同支护的效果。对锚杆施加40 kN以上预紧力时,与锚索140-160 kN预紧力的协同性较好;增强锚杆的主动支护作用,使锚杆达到60 kN以上预紧力,此时与锚索180-200 kN的预紧力产生较好的协同性。

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