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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
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基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律

作者(Author)：李响, 怀震, 李夕兵, 宫凤强

摘要：根据岩体的非均匀性和存在初始裂纹的特征，在二维有限差分程序中建立了非均质体二维模型，并在模型中考虑初始裂纹的影响，利用程序中的自带编译语言，实现了服从不同分布的初始裂纹的长度和角度的赋值。在模型中，利用亚临界裂纹扩展理论描述与时间相关的裂纹亚临界扩展过程，计算过程可体现裂纹扩展的时间效应，从而实现对所模拟结构的寿命预测。模型中裂纹的扩展方式假定为形成翼型裂纹的形式，利用翼型裂纹的简化模型对裂纹的扩展尺寸，应力强度因子等参数进行计算。在每一计算步中，每个单元中的裂纹扩展方向与该时刻单元所受应力情况相关，应力强度因子与该单元所受应力大小及翼型裂纹简化长度相关。利用该模型对高地应力条件下孔洞开挖卸荷导致围岩破坏的过程进行模拟，分析了深部岩体开挖导致的围岩破坏规律，对不同的孔洞形状和初始裂纹的分布情况分别进行了分析，计算结果显示了非连续破裂的形成与初始裂纹角度分布的关系:分区破裂的表现形态与初始裂纹和最大压应力的夹角相关,并且不同初始裂纹角度均值也会导致围岩破裂时间不同。通过建立的多种孔洞形状开挖模型，对不同孔洞形状围岩破裂形态及破坏时间的规律进行总结，发现相同计算步数内方形孔洞周边围岩处破坏单元数量最多，圆形孔洞周边围岩破坏单元数量最少。研究结果证实了裂纹的分布对孔洞周边围岩破坏形态的影响，对裂纹扩展的时间效应的分析可实现对围岩破坏程度和范围的预测，可为深部高地应力条件下诱导致裂非爆连续开采的实施时间和方式提供指导。

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煤炭学报

2019年第05期

1160

611
综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

作者(Author)：贾后省, 王璐瑶, 刘少伟, 彭博, 张伟光, 范凯

摘要：针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题，以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景，采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法，分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象，进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布，是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示，非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系，放煤厚度在5.9 m范围内，放煤厚度越大，基本顶岩层破断偏转角度亦越大，巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大，底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加，逐渐向巷道中部位置移动，导致底臌变形最大位置分布不同，同时，煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差，现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的，控制上应以适应底臌变形为主;然而，当放煤厚度超过5.9 m，基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能，巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态，巷道围岩塑性区分布范围大幅降低，底臌变形较小。据此，以巷道非对称底臌规律为依据，提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策，现场应用效果良好，底臌变形量有效减少的同时，巷道底臌处理工作量亦大幅降低。

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煤炭学报

2019年第04期

1313

572
基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

作者(Author)：蒋力帅, 张培鹏, 孔朋, 贾江锋, 马宁, 束佳明, 张臣

摘要：煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强，两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际，考虑巷道两帮煤岩体的可变形性，建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型，分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律，提出了基于煤巷基础刚度效应的“控帮护巷”支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度，控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏，并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态，抑制顶底板变形破坏，提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验，对基础刚度效应和“控帮护巷” 原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下，巷帮煤体压缩变形明显，顶板岩层随基础变形而弯曲下沉，两帮基础刚度对顶板变形量影响显著，是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下，加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小，还有效地控制了顶底板的变形破坏情况，是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识，揭示了控帮护巷的支护机理。

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煤炭学报

2019年第04期

1118

565
卸荷速度对围岩变形影响的试验研究

作者(Author)：侯公羽, 梁金平, 周蒙辉, 崔永科

摘要：巷道/隧道围岩的开挖卸荷效应，直接关系到围岩稳定、支护设计和施工工艺的选择。利用自主研发的开挖卸荷试验系统，对水泥砂浆制作的厚壁圆筒小型围岩试件进行了快、慢速卸荷试验研究，获得小型围岩试件在开挖卸荷过程中的变形规律与破坏形态。试验结果表明:① 快、慢速卸荷的径向应变及切向应变与时间的关系曲线表现出明显的3个特征阶段:试件压密阶段、快速变形阶段、卸荷后缓慢变形阶段。② 同一横断面处，内侧的切向应变对卸荷作用反应更快、更显著，变形量更大。径向内侧产生的变形总量均大于外侧，而轴向内侧产生的变形总量小于外侧。③ 无论快速或慢速卸荷，同一测点处，切向应变最大，占据重要地位。径向变形集中在卸荷阶段产生，轴向变形集中在卸荷后维持阶段产生。④ 卸荷阶段，随着压差增大，慢速卸荷的切向、轴向应变呈加速发展趋势，内、外侧径向应变差值约为200×10-6。快速卸荷的切向、轴向应变呈收敛发展趋势，内、外侧径向应变基本相同。维持阶段，快、慢速卸荷切向、轴向内外侧偏差持续增大。快速卸荷时内、外侧径向应变在维持阶段才开始区别开来，且差值越来越大。⑤ 试件压缩高度变低，且外侧出现环状贯通面并伴随劈裂破坏，在内壁出现片状剪切破坏区;横断面出现两个类似于圆环破坏带的破坏区。

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煤炭学报

2019年第04期

1067

388
深部软岩巷道高预应力增阻大变形锚杆研究及工程应用

作者(Author)：张红军, 李海燕, 张太平, 王强, 王薇, 王新, 赵慧, 常涛, 郭天婵

摘要：为解决深部软岩巷道大变形、返修率高等问题，在前人研究基础上研发了一种新型高预应力增阻大变形锚杆，该新型锚杆主要由托盘、夹片、杆体1、杆体2、连接套、锥形套、滑移套管等组成，可以施加不低于120 kN的高预应力，让压点可控为180~240 kN，变形量可在150~1 000 mm内灵活调节，锚杆的破断力可达到350 kN左右，且在变形的过程当中能保持较高的渐增支护阻力；室内静力拉伸特性试验结果表明，该新型锚杆与传统锚杆相比，具有“先抗后让再抗，防断增阻”的优良特性；为进一步研究新型锚杆的力学支护机理，在建立该锚杆杆体轴向力学特性曲线的基础上，采用Fish 语言编程对FLAC3D数值模拟软件CABLE单元进行了相应二次开发，数值试验获得的试验结果与室内试验结果基本完全一致，高精度模拟了大变形锚杆的轴向拉伸力学行为；典型深部大变形软岩巷道-金阳煤矿-500 m疏水巷变形机制研究表明，围岩强度低、地应力高以及锚杆初始预应力低是导致其变形的主要因素，采用传统等强螺纹钢锚杆支护已经无法解决三者之间的突出矛盾，必须设法加强支护强度降低围岩的变形速率，同时提高支护构件适应围岩大变形的能力，才能保持巷道围岩的稳定；为验证该新型锚杆的支护效果，提出了以该新型高预应力增阻大变形锚杆为核心的新“锚网喷”支护技术，数值模拟及现场监测结果表明，该支护方案可有效提高锚杆受力状态，降低围岩变形量，与原支护方案相比，围岩最终变形量减少了近60%，取得了良好的支护效果，具有重要的推广应用价值。

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煤炭学报

2019年第02期

1050

1227
断层破碎带巷道底臌作用机理与控制技术

作者(Author)：王军, 胡存川, 左建平, 王波, 毛庆福, 丁厚刚, 赵南南

摘要：针对阳城煤矿-650南翼综机库(返修后为-650集中制冷硐室)底臌问题，采用现场调研和室内测试分析了底臌影响因素，包括断层破碎带影响、底板岩体质量差、底板浸水劣化和底板支护薄弱，其中前2条属于地质因素，要摸清参数分析利害，后两条属于人为因素，要优化设计设置防水。通过有限元模拟了原有支护和返修支护条件下底臌形成过程，模拟显示原支护条件下，巷道底板零位移标线距离巷道底板地坪7 m左右，零应变标线距离底板地坪10 m左右;底板有明显的3个区域:拉应变上升区、拉应变压缩区、压应变压缩区，其中拉应变上升区分布范围广且深度大(即零位移标线深度大)，围岩应力作用下拉应变上升区持续位移是造成底臌的关键原因。返修方案优化了全断面支护并重点强化底板支护力，模拟显示返修后底板零位移标线距离巷道底板地坪约4 m，与原有支护条件下相比，零位移标线抬升约3 m，减小了底臌发生区深度，控底效果显著。由此，提出了以底板零位移标线深度(即底臌产生区深度)来分析底臌作用机理，在单一变量条件下，分析得出底板支护力σ、底板岩体强度σc、巷道埋深H及巷道半径R与底板零位移标线深度hs的相关函数分别符合对数方程、幂函数、线性方程和对数方程。其中底板支护力和巷道半径影响作用显著，底板岩体强度影响作用次之，巷道埋深影响作用再次之。因此，为抑制底臌，在常规支护条件下应尽可能提高底板支护力;在巷道满足使用要求条件下应尽可能减小巷道尺寸;对软岩底板应尽可能保持或优化底板岩体强度，必须进行底板防排水。最后，实施了以锚网索喷+钢管混凝土支架技术优化全断面支护并以钢筋混凝土底梁强化底板支护的综合返修支护方案，工程实践表明返修后底臌控制良好，底臌量低于20 mm，计算钢筋混凝土底梁支护力1.02 MPa，钢管混凝土支架反底拱支护0.91 MPa，返修方案的底板总支护力σ=1.93 MPa，属于高支护力方案。但是返修方案也存在施工复杂和支护成本较高问题，为此提出由预制装配式弧板+控底锚索+防水层组成的优化支护系统，施工简单，成本经济。

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煤炭学报

2019年第02期

1640

782
基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性电磁波CT评估方法

作者(Author)：刘少虹, 潘俊锋, 王洪涛, 唐忠义, 夏永学, 曹延福, 张晨阳

摘要：近年来，随着开采深度和强度的逐渐增大，冲击地压灾害发生频率逐年升高，严重威胁矿井的安全生产。针对目前基于现场实测的冲击危险性评价方法仅从能量聚集角度进行危险性判别，导致评价结果不能反映现场全部冲击危险情况的问题，考虑了冲击启动过程经历的"能量释放→能量传递→冲击显现"3个阶段，分析了基于冲击启动过程的冲击危险性评估原理，通过理论研究，构建了包括能量集中指数、屈服接近指数、能量传递衰减指数和支护损伤指数等4个指标，设定了各指标的权重，包括根据各指标量值差异程度设定的属性权重，以及根据各指标危险等级设定的等级权重；由此，以电磁波CT探测系统为平台，建立了能够划分近场围岩冲击危险区域及危险等级的电磁波CT评估方法，并将该方法编程实现。应用此方法对亭南煤矿207工作面现场实测数据进行处理，发现区段煤柱内布置巷道大幅升高了相邻煤柱区的应力集中程度及支护损伤程度，进而增大了相邻煤柱区的冲击危险性。通过钻屑法验证了基于冲击启动过程的冲击危险性评估方法的有效性。该方法依据冲击启动过程将评估体系细化，能够有效提升对冲击危险区域及危险等级的辨识度，为巷道冲击地压治理提供了更为准确的依据，尤其能为煤柱区冲击地压防治提供借鉴。

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煤炭学报

2019年第02期

1226

763
非等压圆形巷道围岩塑性区边界方程及应用

作者(Author)：王卫军, 董恩远, 袁超

摘要：由于双向非等压应力条件作用下的圆形巷道弹塑性问题求解难度较大，目前难以得到精确解析解。基于Mohr-Coulomb强度准则，将Kirsch解代入塑性条件中研究了非等压应力条件下圆形巷道围岩塑性区近似边界方程、分析了塑性区影响因素及形成力学机制。结果表明:侧压系数影响塑性区形态，原岩应力方向影响蝶形塑性区蝶叶方位，巷道半径与围岩岩性对塑性区形态均没有影响，但对塑性区的发育深度起着决定作用;侧压系数不等于1时，最大主应力方向不再平行于巷道切向，最小主应力方向不再经过巷道中心位置，引起围岩剪切破坏方向发生变化，而塑性区的扩展受控于最大剪应力的分布，此时塑性区形态偏离圆形;剪应力峰值点曲线与塑性区边界均随侧压系数变化而发生变化，但塑性区边界总是位于剪应力云图中最大剪应力峰值位置，且侧压系数越小主应力方向变化越大，塑性区不规则形态越明显;该求解方法没有考虑塑性区对弹性区应力的影响，属于近似求解法，但塑性区形态、发育规律与数值模拟结果相一致，并对解决工程问题具有指导作用，说明该塑性区边界方程近似解法是可信的。通过该近似方程能够掌握巷道围岩塑性区发育扩展规律，依此提出的可接长锚杆支护技术能够有效解决深部巷道锚杆易随顶板整体下沉、锚索破断引发的冒顶问题，较好的消除了冒顶隐患。

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煤炭学报

2019年第01期

1256

517