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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; 60795IP
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低应变率加载速度影响脆性岩体锚固效果的试验研究

作者(Author)：王斌, 宁勇, 冯涛, 郭泽洋

摘要：外载荷加载速度是影响锚杆支护硐室稳定的重要因素,锚固体加载速度效应的试验研究较少。锚固硐室围岩会更接近单轴受力状态,围岩压力主要为低应变率加载,结合脆性围岩锚杆支护破坏特点,对布设两根相似锚杆的砂岩进行了从 0.001~0.1 mm / s 等 5 种低应变率加载速度工况下的单轴压缩试验。试验表明低应变率加载速度对加锚试样和无锚试样力学性质及破裂特征的影响是有差异的。加锚砂岩弹性模量随加载速度增加有轻微提升,所有工况下,锚固砂岩整体轴向变形量仍与无锚砂岩的轴向变形量相近;无锚试样的单轴抗压强度随加载速度增大呈递增趋势,但加锚砂岩强度随加载速度增大出现相对劣化,对加载速度的敏感性相对降低,锚杆加固增强作用减弱;各加载速度下无锚试样均最终表现为拉剪破坏,初始可见表面裂纹均为轴向张拉裂纹;加锚试样随加载速度增加会使最终破裂形式由张拉破坏向拉剪破坏过渡,初始表面裂纹由轴向张拉裂纹转变为剪切裂纹。进一步,从能量理论与加锚岩体声发射特征、锚杆与岩体相互作用等方面探讨了低应变率加载速度增大导致加锚砂岩强度劣化的机制,声发射信号表明高加载速度条件下加锚试样受载初期就会产生较大损伤,耗散能量增加,同时,高加载速度亦使岩体与锚杆间的界面载荷传递不能发挥作用。研究结果表明,锚杆支护下的冲击地压巷道应防范锚固体的扰动失效问题,推广 “锚支卸”联合防冲支护措施。

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煤炭学报

2019年第09期

970

329
采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

作者(Author)：郝登云, 吴拥政, 陈海俊, 褚晓威, 李杨

摘要：采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面 13311 回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311 回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压响掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善 13313 回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式, 将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于 20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到 20 m 以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在 13313 回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻 13311 工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250~300 kN,约为其破断力的 50% ,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313 回风巷顶底板移近量为 400 mm 左右,两帮移近量为 300 mm 左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层 13 号煤层 13313 工作面回采时,因工作面上方 11 号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。

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煤炭学报

2019年第09期

1259

598
内摩擦角对逐步开挖拱形巷道围岩分区破裂化的影响

作者(Author)：王学滨, 田锋, 马冰, 张智慧, 潘一山

摘要：巷道围岩分区破裂化(或分区破碎化、分区碎裂化)是指在深部开挖巷道时围岩交替呈现破裂区和未破裂区的现象,该现象与对围岩破坏的传统认识不同。正确认识不同强度围岩分区破裂化的发育程度,可为其治理及应用奠定基础。巷道掘进会引起掘进工作面附近岩石涌向巷道,这将导致掘进工作面附近垂直于巷道轴线平面的应力状态并非平面应变,而是三维状态。采用以FLAC3D应变软化模型为基础发展的非均质应变软化模型(通过引入Weibull分布函数实现),研究了内摩擦角对逐步开挖拱形巷道围岩分区破裂化的影响,考察了围岩中剪切应变增量、最小主应力及最大主应力在巷道即将贯穿模型时的分布规律。研究发现:①内摩擦角越小,围岩的破坏越严重,剪切带的发育越充分,分区破裂化越明显;② 并非围岩的破坏就会导致分区破裂化,围岩破坏到一定程度后,才会出现分区破裂化;③分区破裂化的机理为:在载荷及开挖作用下,在过巷道轴线的平面上,随机分布的缺陷发展成(共轭)剪切带,从而在垂直于巷道轴线的平面上,形成多个相间隔的圆环形的破坏区。本文过巷道轴线平面上的结果与室内实验结果在定性上一致。根据本文的研究,在垂直于巷道轴线的不同平面上,分区破裂化不同,这意味着不必选择统一的巷道支护参数,例如,在分区破裂化显著的部位,延长锚杆的长度,反之则不然。

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煤炭学报

2019年第07期

1301

484
冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究

作者(Author)：付玉凯, 孙志勇, 鞠文君

摘要：为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能，从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据，采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试，分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下，菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240，236和225 mm，最大承载能力分别为20，16.2和77 kN，3种金属网的最大挠度差别不大，但承载速率差别较大，钢筋网承载速率最大，其次是经纬网，最小是菱形网;动载作用下，菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1 743，938和2 010 J，最大挠度分别为350，420和360 mm，钢筋网吸能能力最大，挠度中等，而菱形网吸能能力次之，而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载，其初期刚度较低，承受效率慢，而其受力均匀，能承受较大的静载荷和动载荷，且四周绑丝处不易破断，勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力，但其主要的缺陷在于承载效率慢，支护刚度太低，通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高，承载效率快，但强度相对较低，易产生经线和纬线错动失效，且经纬网变形时，受力不均匀，绑丝易断裂，四角固定处受力较小，受力传递效果较差，要想提高经纬网支护效果，需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高，强度大，吸能能力强，但钢筋网的缺点是强度不能充分利用，尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低，制约了钢筋网支护效果，要想提高其支护效果，需提高焊接点强度和四周绑丝强度。

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煤炭学报

2019年第07期

1169

448
软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

作者(Author)：文志杰, 卢建宇, 肖庆华, 陈广印, 杨涛, 蒋宇静, 李利平, 杨胜利, 赵仁乐, 程卫民

摘要：软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一，作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说，巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题，首先从巷道底臌变形的力学机制入手，根据巷道围岩本构关系及应力作用模式，在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型，导出了巷道底臌力源P0的计算方程。计算分析知，当底臌压力P0大于底板岩体的强度极限时，巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间，随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次，结合建立的底臌力学模型，提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术，对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析，揭示了其“控底-助帮”的底臌控制机理，并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化，模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度，影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后，通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算，确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因，并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明，该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好，有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。

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煤炭学报

2019年第07期

1247

20194
树脂锚固剂中添加不同钢质骨料对锚固力的影响

作者(Author)：张明, CHEN Cao, 张怀东, 陈文功, REN Ting, 马双文, 韩军

摘要：本次实验研究对钢质骨料添加剂的外形、粒径和浓度进行了优化，以提高树脂锚固剂在破坏界面的抗剪能力和改变原锚固剂的直剪破坏方式来直接改善整个锚固系统的加固效果，进一步提高了钢质骨料对试件锚固力的增强程度。试验通过向散装慢速树脂锚固剂中分别添加粒径为1.5，2.0，2.8 mm的钢砂和1.4，2.0，2.5 mm的钢丸，每种粒径的钢质骨料又分为30，40，50共3种数量;使用矿业20 mm右旋螺纹钢锚杆和长度100 mm、内径30 mm、壁厚7.0 mm的钢套筒制作锚固试样;然后使用电液伺服万能试验机，加载方式为2 mm/min进行拉拔试验采集数据，并结合销栓作用相关理论分析不同钢质骨料添加剂对平均锚固力的影响。试验数据表明:与无添加钢质骨料的锚固试件相比，向树脂锚固剂中添加钢砂和钢丸对锚固试件的平均锚固力分别为125.6，129.0 kN，提高了6.4%和9.4%;其中，添加粒径为1.4~1.5，2.0~2.0和2.5~2.8 mm的试件平均锚固力分别为127.6，124.7和129.6 kN，提高了8.1%，5.7%和9.8%，呈现先减小而后增大的趋势;而添加钢质骨料的数量增加对锚固力的提升程度呈现逐渐减小的趋势，即添加骨料数量为30，40，50的试件平均锚固力分别为128.5，127.2和126.2 kN，提升约8.9%，7.8%和6.9%。本次实验中最大锚固力提升来自添加数量为30、粒径为1.4 mm的钢丸，平均锚固力为135.1 kN，增加了14.5%。试验中的锚固剂破坏方式为剪切破坏，且钢质骨料产生的销栓作用对锚固剂破坏表面造成划痕，并根据锚固段破坏机理分析，进一步讨论了锚固剂抗剪强度及残余抗剪强度参数对锚固效果产生的重要影响。

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煤炭学报

2019年第06期

1127

297
煤矿巷道直墙半圆拱形波形钢腹板支架稳定承载性能

作者(Author)：吴丽丽, 邱芳缘, 王振伟, 孙广强

摘要：将新型波形钢腹板支架用于煤矿巷道金属支架结构中，采用试验研究和有限元数值模拟分析相结合的方法，研究波形钢腹板支架结构的稳定承载性能。设计了2榀直墙半圆拱形波形钢腹板支架的模型试验，得到支架的失稳破坏形态、应变与位移发展规律，并分析了波形钢腹板翼缘厚度变化对支架承载力的影响程度。结果表明:波形钢腹板支架破坏形态为整体非对称失稳，支架翼缘厚度由12 mm增加为16 mm时，即增幅为33%，支架的承载力提高2738%，表明翼缘厚度对支架的承载性能有显著影响。试验结果与有限元分析结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性。同时采用有限元方法对用钢量基本相同的矿用工字钢支架和波形钢腹板支架进行对比，结果表明:波形钢腹板支架承载力比矿用工字钢提高了31.68%，其变形约为矿用工字钢的4/5。通过数值模拟分析波形钢腹板支架截面各参数对支架弹性和弹塑性屈曲荷载的影响，发现腹板高度和厚度是较敏感参数;并比较了波形钢腹板支架和矿用工字钢支架分别在静水压力作用下、垂直单向应力作用下和垂向力为主的荷载作用下的支护性能，发现在相同的用钢量情况下，波形钢腹板支架具有较高的抗剪承载力，在高厚比很大的情况下不容易发生屈曲，且翼缘用钢量集中，使得截面的抗弯和轴压稳定承载力也大幅度提高，故它在各种荷载状态下的变形量均小于矿用工字钢支架，其支护效果优于矿用工字钢支架。

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煤炭学报

2019年第06期

1193

525
基于位移增量的高地应力下硐室群围岩蠕变参数的智能反分析

作者(Author)：陈静, 江权, 冯夏庭, 胡嫣然

摘要：深部高地应力下硐室围岩蠕变力学参数不准已成为制约岩体工程理论分析和数值计算发展的“瓶颈”问题，因而确定可靠的岩体蠕变参数服务于工程实际成为重点关注的课题，为此提出基于位移增量敏感性分析的高地应力下硐室群围岩蠕变参数的智能反分析方法。该方法基于描述深部高地应力条件下围岩蠕变随时间破坏特征的分数阶微积分的蠕变本构模型，取较为典型的主硐室顶拱位移、拱肩位移和边墙位移作为表征围岩的特性指标，从参数敏感性分析着手，确定模型中对位移较为敏感的5个蠕变参数(瞬时剪切模量、黏性系数、黏弹性剪切模量、黏弹性系数、分数阶系数β)，并遵循“大值原则”和“敏感性原则”提取位移增量数据，输入主厂房和主变室等不同位置的现场位移增量监测信息建立多数据融合的适应度函数，采用均匀设计方法构造各参数不同水平组合的学习样本和训练样本，通过遗传算法与神经网络相结合的智能优化算法在解的全局空间进行搜索，确定反演蠕变参数值，最终通过灰色关联度和后验差法联合校核位移增量实测值与计算值。实例分析结果不仅表明智能优化算法获得的硐室围岩蠕变参数可靠性高，也验证了该法的有效性和合理性，同时为深部高地应力大型硐室长期稳定性评价时参数确定提供一个新手段。

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煤炭学报

2019年第05期

1192

304