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“巷道围岩控制”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“巷道围岩控制”主题论文。

行业视野: 采矿
类别; 211个
关键词; 238位
专家; 50篇
论文; 60740IP
点击量; 53034次
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基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

作者(Author)：陈登国, 高召宁, 赵光明, 李顺顺, 赵呈星

摘要：为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响，根据围岩应力分布曲线特点，将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合Mohr-Coulomb准则，分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化，可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式，由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响，在等效支护力的作用下，对巷道围岩应力分析可知，围岩应力峰值发生变化，且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大，锚杆长度越长，间排距越密，锚固承载层范围内的等效支护力越大，对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比，随着等效支护力的增大，巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降，等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证，根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷道表面位移分析可知，数值模拟与理论分析结果基本一致。

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煤炭学报

2020年第03期

1065

867
千米深井软岩大巷围岩锚架充协同控制原理、技术及应用

作者(Author)：姜鹏飞, 康红普, 王志根, 刘庆波, 杨建威, 高富强, 汪向明, 张群涛, 王海涛

摘要：针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题，以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景，根据井下实测数据与支护状况，分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不同类型集中载荷作用下的垂直反力、水平推力及弯矩，揭示了充填体对提高U型钢支架发挥其承载能力的作用机制;采用数值模拟分析对比了锚网喷、锚网喷+钢管混凝土及锚架充3种支护方式控制围岩变形与破坏的效果，阐明了千米深井软岩大巷锚架充协同控制原理。在引进与自主研发的基础上，形成了包括支护材料与构件、充填材料与系统、自动架棚机、单轨吊巷道锚杆支护平台的锚架充协同控制技术。基于上述研究成果，提出口孜东矿软岩大巷锚架充协同控制方案与参数，并进行了井下试验与推广应用。结果表明，锚架充协同控制技术能够有效控制千米深井巷道围岩大变形，特别是强流变，保持巷道长期稳定。与原支护相比，巷道变形量降低90%以上，同时节约了巷道维护成本，为千米深井软岩大巷围岩控制提供了一条有效的途径。最后，对锚架充协同控制技术下一步研究工作进行了展望。

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煤炭学报

2020年第03期

1595

2154
基于改进NMM的深部煤巷围岩碎胀大变形模拟研究

作者(Author)：蒋亚龙, 徐贞珍, 刘泉声, 马昊

摘要：深部煤巷围岩碎胀大变形是一个从峰前损伤扩容到峰后破裂碎胀的连续-非连续渐进破坏演化过程。本文以数值流形方法为基本架构，发展了深部煤巷围岩破裂碎胀大变形模拟预测分析方法，主要进行了4个方面的研究:① 在数值流形方法中植入Voronoi随机多边形环路自动生成算法，基于该几何表征方法发展了能够考虑岩体非连续面黏聚力和张拉强度的界面接触计算模型，构建了基于界面接触模型的岩体破裂算法准则;② 构建了基于显式积分格式的数值流形算法，并引入Voronoi随机多边形环路自动生成算法和界面接触计算模型，搭建了基于Voronoi多边形环路构型的显式数值流形方法;③ 在上述算法改进的基础上，发展了基于软化单元法和删除单元法的煤巷开挖卸荷模拟算法;④ 基于上述改进的数值流形方法，对深部煤巷开挖卸荷作用下围岩渐进破坏演化规律与碎胀大变形力学行为特征、以及最终开挖损伤区的形成与分布特征等进行研究。研究结果表明，上述改进方法能够实现深部煤巷围岩复杂多裂纹扩展路径的模拟，并在同一架构下对围岩峰前损伤扩容连续变形-峰后破裂碎胀非连续变形进行仿真分析;通过该方法能够较好地对深部煤巷开挖卸荷作用下围岩破裂碎胀行为特征、围岩径向收敛变形特征以及最终形成的EDZ分布特征进行预测分析。

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煤炭学报

2020年第02期

802

417
煤矿巷道扩孔锚固体抗剪特性研究

作者(Author)：李文彬, 刘志伟, 张玉柱, 韩承强, 郭敬远

摘要：煤矿巷道锚杆支护过程中，锚杆剪切破坏现象时有发生，严重影响着巷道支护的稳定性，特别是巷道周边岩层节理发育区域，其锚杆剪切破断最为频繁。针对煤矿巷道锚杆剪切破断的问题，通过现场调研锚杆破坏情况、查阅相关资料的方式，确定了造成煤矿锚杆剪切破断的主要原因。根据理论分析，提出了在剪切节理面处进行扩孔锚固的方式来增大剪切节理面处锚固体截面直径，降低剪切节理面处锚固体所承受的最大剪应力，提高锚固系统的整体刚度，进而增大锚固系统的整体抗剪切性能。采用数值模拟的方法，对普通锚固、正楔形扩孔锚固和圆柱形扩孔锚固3种锚固类型进行受力分析，以锚杆剪切位移、锚杆剪切变形影响范围及锚杆受力为指标，确定了剪切节理面的最佳锚固方式为正楔形扩孔锚固;在正楔形扩孔锚固的基础上，通过改变不同的扩孔位置，分析锚杆的剪切位移和剪切载荷，确定了扩孔位置在50 mm处最佳。设计加工相应的锚杆剪切试验装置，并从剪切载荷和剪切塑性铰的轴向间距两个方面进一步验证了正楔形扩孔锚固可有效改善剪切节理面处锚固体的受力状态，降低锚杆所承受的剪切载荷，增大剪切塑性铰的轴向间距，减小锚杆的剪切变形，增强锚杆对围岩错动剪切的适应性，进而提升锚固系统的整体抗剪性能。

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煤炭学报

2019年第12期

1089

353
渗流作用下深埋岩石巷道不同强度准则对比分析

作者(Author)：潘继良, 郭奇峰, 任奋华, 蔡美峰

摘要：强度准则的选取是否得当，会直接影响到巷道围岩的稳定性评价与控制。为了研究强度准则效应对渗流环境下深埋圆形巷道围岩稳定性的影响规律，首先对Mohr-Coulomb(MC)准则、Drucker-Prager(DP)准则、统一强度理论(UST)和Mogi-Coulomb(MO)准则等4种岩石材料常用的强度准则进行了归纳总结，得到了平面应变条件下统一形式的屈服方程;然后针对受孔隙水压力作用的深埋圆形巷道建立理想弹塑性模型，综合考虑渗流体积力、中间主应力效应、围岩的剪胀特性以及不同的塑性区弹性应变处理方式，基于弹塑性理论推导了渗流作用下的围岩应力场、位移场和塑性区半径的统一解析解，并通过具体算例对新解的多方面影响因素进行了对比分析。研究结果表明:本文所提出的新解不仅形式简洁，而且可以灵活匹配多种常用的岩石强度准则;不考虑中间主应力效应的MC准则和DP系列准则的计算结果相对保守;考虑中间主应力效应时，可优先选用外接圆DP准则和权系数为0.5的统一强度理论，谨慎选用权系数为1的统一强度理论;中间主应力对围岩强度具有区间效应，不考虑中间主应力效应的强度准则普遍偏于保守;岩土材料的剪胀特性不仅与围岩剪胀角有关，而且还与建立的塑性势函数有关;剪胀不会改变围岩的塑性区半径，但会影响塑性区的位移分布，若不考虑剪胀将会低估围岩的实际变形;不建议将塑性区的弹性应变视为常数，应当考虑塑性区应力重分布的影响，采用广义胡克定律进行分析。

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煤炭学报

2019年第11期

926

427
两向不等压巷道围岩塑性区近似解及数值模拟

作者(Author)：董海龙, 高全臣, 张赵, 陈汝博, 刘娜

摘要：针对两向不等压巷道围岩塑性区的解析问题，使用应力构造法求解时，巷道围岩塑性区以外的弹性区应力被主观地认为与围岩弹性应力状态下的应力在形式上一致。这虽然明显不合理，但在侧压系数为1的某个邻域内，应力构造法的准确度较高;只是在该邻域以外，其仅能确保围岩水平(或竖向)轴上塑性区半径的精度，其余位置并不准确，甚至偏差很大。同时，以侧压系数为1的特例为基准，将依据近似隐式法得到的围岩塑性区半径与基于成熟轴对称平面应变理论的相应解析解进行对比，可以发现前者存在较大理论误差。为改进上述不足，以应力构造法为基础确定围岩水平(或竖向)轴上塑性区半径;再结合近似隐式法能够较好反映塑性区形态一般变化规律的优势，以近似隐式法为基础确定塑性区的形状;最后，依据相似原理，相对准确地给出了两向不等压巷道围岩塑性区的近似解析范围。将该理论应用于工程实例的分析计算，并以数值模拟结果为基准就各算法的准确性问题进行了对比分析，结果表明:上述算法不仅消除了近似隐式法在侧压系数为1时的理论误差;还克服了应力构造法无法反映塑性区一般形态变化规律的缺陷。该算法与数值模拟的结果比较接近，可代替数值模拟进行两向不等压巷道围岩塑性区的近似求解。

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煤炭学报

2019年第11期

940

393
基于实际围岩变形的全长锚固锚杆杆体应力分布特征分析

作者(Author)：李英明, 赵呈星, 丛利, 孟祥瑞, 董春亮

摘要：在全长锚固锚杆支护过程中，锚杆与围岩之间会相互作用，进而引起锚杆应力分布变化。为探究全长锚固锚杆正常支护过程及临界失效时锚杆应力分布规律，以围岩变形为基础，建立了锚杆-围岩相互作用模型，推导出锚杆在正常支护过程中及临界失效时轴力及剪应力沿杆长分布解析表达式,进而获得了轴力及剪应力沿杆长分布曲线。并在考虑锚杆及锚固剂弹性模量、锚杆及锚固剂横截面面积等锚固参数的条件下分别分析了围岩条件、锚杆长度、托锚力对全长锚固锚杆杆体应力分布的影响。结果表明:在全长锚固锚杆正常支护过程中，杆体应力分布符合中性点理论;影响锚杆轴力、剪应力分布的因素有围岩条件、锚固参数、托锚力;在锚杆正常支护过程中，全长锚固锚杆杆体应力分布符合中性点理论，随着围岩变软，锚杆为了限制变形，中性点向孔口方向移动且所受轴力、剪应力增大;托锚力影响杆体应力分布，托锚力越大，轴力分布越不均匀，且孔口到中性点处剪应力越小，中性点到杆端剪应力越大。所以在工程实际中可实时监测锚杆托锚力，依靠本文理论依据可深入揭示锚杆支护过程中受力特征;在锚杆支护临界失效时，围岩越坚硬，剪应力及轴力越大，且分布更加集中;锚杆长度影响全长锚固锚杆的支护性能，但在锚杆长度超过一定范围后再增大锚杆长度并不能显著提升锚杆的锚固效果。

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煤炭学报

2019年第10期

1080

488
软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术

作者(Author)：王平, 冯涛, 蒋运良, 刘海, 李立新, 余伟健, 朱永建, 鲁义

摘要：针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板“抛物线-半双曲线”扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以“抛物线”形式向上扩展,横向上以“半双曲线”形式延伸。根据该模型计算发现,巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了“护底→固帮→控顶”的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了“强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制”的支护原则,具体形成了“双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器”的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用“三支一体”支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。

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煤炭学报

2019年第10期

1243

315