“深部软岩巷道围岩控制理论与实践”专题

我国资源开采逐渐由浅部向深部进军，相当一部分矿井转变为深部软岩矿井，开采过程中常面临高地应力、高地温、高渗透压以及强烈开采扰动等复杂条件。由于软岩赋存的地质环境特殊且力学性质复杂，使得软岩巷道围岩控制成为长期困扰我国深部资源安全开采的突出难题。

为便于大家了解“深部软岩巷道围岩控制理论与实践”领域的最新科技成果，小编整理了近几年《煤炭学报》在该领域已刊发的论文，一起来看看吧！

行业视野: 采矿
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关键词; 158位
专家; 29篇
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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

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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

798

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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

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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

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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

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