软弱煤层巷道围岩位移监测与数值模拟分析

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矿山巷道围岩稳定性数值模拟分析

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第 11 卷
Ita s ca Co ns u lting Gro up , In c . Min ne a po lis ,MN USA
图 3 无支护状态下巷道围岩塑性区分布图
FLAC3D 3.00
Step 61 6 6 Mo d el Pers pe c tiv e 1 7:3 5:0 0 FriAp r 29 20 11
一、引言一般矿山地下开采采用无底柱分段崩落法，无底柱采场中的采动应力大小和主应力作用方向的频繁变化，不仅会产生偏斜载荷，使巷道发生不对称破坏，也会引起了载荷性质的变化，如压应力变为剪切应力或拉应力。当矿柱上的荷载由单轴压应力变为侧向剪应力时，巷道拱肩处会出现剪切裂缝，加速巷道片帮与垮塌。而对于地下矿山开采而言，保证巷道稳定是矿山安全稳定生产的前提。因此，了解地下采矿巷道的稳定性，对于保证矿山安全稳定，指导矿山生产实际有着重要的意义。鉴于上述情况，本文以 FLAC 3D 作为基本计算工具，依据某矿山地下采矿巷道的地质条件和物理力学参数，研究采矿巷道在无支护和有支护条件下巷道的围岩的变形情况。二、数值模拟计算及分析 1．模型计算范围本次模拟的是地下采矿巷道在无支护和有支护的状态下位移变化情况。由于实际工程中相邻巷道的间距是 1 0m ，各个平巷之间高差为 1 2m ，所以本次模拟选取高度为 1 2 m 、宽度为 1 0m 的模型，为减少计算时间，取长度方向为 1m 进行计算。模型单元见图 1 。
第 11 卷第 8 期 2011 年 8 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t

巷道围岩结构的力学模型

巷道围岩结构的力学模型一、引言巷道是地下工程中常见的施工形式，其围岩结构对工程的安全和稳定性起着重要作用。

为了研究巷道围岩结构的力学行为，提高巷道的设计和施工质量，人们提出了一系列力学模型。

本文将介绍巷道围岩结构的力学模型及其应用。

二、刚体力学模型巷道围岩结构最简单的力学模型是刚体力学模型。

在该模型中，围岩被视为刚体，不考虑其变形和开裂。

这种模型适用于围岩较坚固、没有明显变形的情况。

通过刚体力学模型，可以分析巷道的稳定性和受力情况，为巷道的支护设计提供依据。

三、弹性力学模型弹性力学模型是对围岩结构进行弹性变形分析的模型。

在这种模型中，围岩被视为弹性体，符合胡克定律。

通过弹性力学模型，可以分析巷道围岩的应力分布、变形和开裂情况，为巷道的支护设计提供更精确的依据。

四、塑性力学模型塑性力学模型是对围岩结构进行塑性变形分析的模型。

在这种模型中，围岩被视为具有一定塑性变形能力的材料，考虑了围岩的强度和变形特性。

通过塑性力学模型，可以分析巷道围岩的破坏机制和塑性变形区域，为巷道的支护设计提供更可靠的依据。

五、岩体力学模型岩体力学模型是对围岩结构进行综合力学分析的模型。

在这种模型中，考虑了围岩的岩石力学性质、结构面等因素。

通过岩体力学模型，可以分析巷道围岩的强度、变形和断裂等特性，为巷道的支护设计提供全面的依据。

六、数值模拟模型数值模拟模型是一种基于计算机仿真的力学模型。

通过建立巷道围岩的有限元模型或离散元模型，对巷道进行力学分析和模拟，可以预测巷道围岩的稳定性、变形和破坏情况。

数值模拟模型具有较高的精度和灵活性，已成为研究巷道围岩力学行为的重要工具。

七、模型应用巷道围岩结构的力学模型在工程实践中得到了广泛应用。

通过力学模型的分析，可以评估巷道的稳定性，确定合理的支护措施并优化设计方案。

此外，力学模型还可以指导巷道施工过程中的安全管理和监测，及时预警并采取措施应对潜在的风险。

八、结论巷道围岩结构的力学模型是研究巷道力学行为的重要工具，通过不同的模型可以分析巷道围岩的稳定性、变形和破坏情况。

大南湖一矿“三软”煤层回采巷道围岩破坏规律研究

大南湖一矿 “三软” 煤层回采巷道围岩破坏规律研究
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护方案,取得较好的控制效果;高明仕等针对软岩
巷道强流变及大变形的破坏特征,提出全断面、全
支全让 O 型封闭支护技术, 有效地控制了软岩巷
道的大变形;唐建新等通过室内及现场试验、现场
巷以西１４６９ m 处,向斜两翼不对称,煤层产状变
化较大,走向２２１
°,倾向１３１
°,倾角７
°~１６
°, 平
均９
°;煤层走向坡度存在较大变化, 以开切眼为
起点, ０ ~ ５００ m 范围为１０
°~ ５
° 下坡,
５００~１９３４ m范围为０
变化参数,通过模型试验真实反映了现场软岩的流
变特征, 得出软岩蠕变速率与时间、应力水平相
录,分析软岩巷道的变形规律.在顶底板中部垂直
方向和两帮中线方向和侧帮偏下的位置共３处布置
ø２９mm×３８０ mm 的孔,将 ø２８ mm×４００ mm 的
木桩打入孔,具体见图１.顶板和上帮木桩端部安
中顶底板变形量最大,总计为３０cm,底部两帮变
(
１)采动影响下回采巷道破坏呈整体破坏型,
巷道底鼓量大, 并伴随一定的顶板下沉及两帮收
显的时间段为１月１８日至１月２１日,其曲线斜率
度的破坏,主要表现在两帮收敛,并伴随一定量的
形量次之,中部两帮变形量相对较小.变化最为明

采煤岩移观测总结

采煤岩移观测总结引言采煤工程中，采煤岩移观测是一项非常重要的任务。

采煤岩移观测的主要目的是及时了解采煤过程中岩体的位移情况，从而减少采煤事故的发生，保障工人的生命安全。

本文总结了采煤岩移观测的方法、技术和实践经验，为今后的采煤工作提供参考和借鉴。

方法采煤岩移观测的常用方法包括测量、监控和分析三个环节。

1. 测量采煤岩移观测的第一步是进行准确的测量。

测量主要包括直接测量和间接测量两种方法。

直接测量：直接测量是通过在岩体表面设置测量点，利用测距仪、测角仪等工具进行测量。

直接测量的优点是准确度较高，可以直接获得岩体位移的具体数值。

间接测量：间接测量是通过测量岩体周围的地表变形情况来推测岩体位移。

常用的间接测量方法包括水平测斜仪法、地下水位法和地下压力法。

间接测量的优点是可以覆盖更大的范围，获取更多的数据。

2. 监控监控是采煤岩移观测的核心环节。

监控主要通过安装传感器和监测设备，实时监测岩体的变形情况。

常用的监控手段包括倾斜传感器、位移传感器和应变传感器等。

倾斜传感器可以测量岩体的倾斜角度，位移传感器可以测量岩体的位移量，应变传感器可以测量岩体的应变值。

这些传感器可以与计算机和监控系统连接，实现自动化的数据采集和处理。

3. 分析分析是对采集到的数据进行处理和解读的过程。

分析的目标是了解岩体的变形趋势、规律和危险程度，从而采取相应的措施来保障采煤过程的安全。

常用的分析方法包括数据统计、趋势分析和模拟仿真。

数据统计可以帮助我们获得岩体变形的平均值、方差等统计指标；趋势分析可以帮助我们预测岩体变形的发展趋势；模拟仿真可以根据采煤过程的参数来模拟岩体的变形情况。

技术采煤岩移观测的技术不断发展，目前已经出现了一些先进的技术和设备。

下面列举几种常用的技术。

1. 光纤传感技术光纤传感技术是利用光纤传感器对岩体进行监测的一种新技术。

光纤传感器可以将位移、变形等物理量转化为光信号，并通过光纤传输到检测系统中进行分析和处理。

数值模拟在采矿工程中的应用

数值模拟在采矿工程中的应用在采矿工程中，围岩的稳定性和岩层的控制工作格外重要，数值模拟具有较强的开放性和兼容性，能够有效解决传统分析方法中存在的问题，因此，在采矿工程中得到了较为广泛的应用。

文章就来分析一下当前采矿工程中的需要注意的问题和数值模拟在采矿工程中的具体应用。

标签：数值模拟；采矿工程；问题；应用随着计算机技术的迅速发展，数值模拟发在采矿工程中得到了越来越广泛的应用。

数值模拟方法主要包括有限元法、有限差分法、半解析元法、边界元法、刚体元法、加权余量法、离散元法、非连续变性分析法、流行元法和无界元法等，其中，有限元法的应用是最广泛的。

有限元法最早应用与航空航天领域，二十世纪六十到七十年代开始，有限元算法的分析软件开始被研究和开发出来，但是，这些分析软件都不是针对采矿工程开发的，因此，在采矿工程中进行应用时面临着较大的困难。

而后，针对采矿工程行业的数值分析软件就应运而生了，这些软件的自动建模能力较强，而且程序的开放性较强。

1 当前采矿工程中存在的问题1.1 采场的围岩控制问题采场围岩控制问题主要指的是岩体结构的破断问题、岩块的稳定状态、结构失稳后的形态变化情况等的控制。

采场围岩的坚固性是随着工作面的推进增加的，然后从连续体破断为块体，块体重新排列后会形成自然结构，自然结构在覆岩自重的作用下运用和变化，最终会出现失稳的情况，造成地表塌陷。

采动应力指的是矿体采出以后，在围岩内重新形成的压力场，采动应力也是岩体出现破裂、变形和运动的根源。

然而，由于原岩应力和开采后应力场得测定存在困难，因此，采动应力无论是在现场测定还是理论方面都不够成熟。

在采动应力的影响下，采动岩体会出现变形甚至破裂的情况，破裂后的块状围岩体会形成堆砌结构，如果堆砌结构失稳，将会出现岩体运动，然后形成新的块状堆砌结构。

对于大部分煤矿采动覆岩来说，及时垮落的情况是常见的也是必须存在的，不然，工作面的安全将会受到严重威胁。

然而，覆岩的垮落对形成采场来压，使岩层内部出现离层和缝隙，从而使水体和气体产生位移，最终造成地表塌陷，对地面道路、建筑、环境和水体造成严重危害。

断层附近软岩巷道围岩控制数值模拟的方案设计

断层附近软岩巷道围岩控制数值模拟的方案设计针对断层附近软岩巷道围岩控制的问题，为研究断层附近软弱围岩巷道围岩变形规律及围岩变形破坏机理，以典型矿区1408工作面回风巷为研究对象，通过UDEC数值模拟软件，提出巷道围岩锚杆支护方案设计，为提出相应的支护对策及可行的支护方案，并确定相应的巷道支护参数提供理论依据。

标签：断层附近;软岩巷道;围岩控制;数值模拟1 工程概况该采区的煤层整体是一个近水平的倾斜形态，整体的形态是西北较为高，东南稍偏低，其该整体的倾角为3°～5°之间。

研究试验的巷道位置为第四采区中的1号煤层，距离地面的标高大约为+1050m，距离煤层的标高大约为+815m。

此煤层具有地质条件比较稳定、结构复杂的特征，煤层顶板为泥岩与砂岩，而底板为泥岩与白云质岩。

煤层中有1～3层的夹矸石。

厚度有3～4m之间，埋深为235m 左右，该采区中1煤层的顶底板柱状图，如表1所示。

在1408回风巷掘进的过程中，在该研究报告中提到的SF6断层，如图1所示。

2 断层附近软岩巷道数值模拟2.1 模型构建岩层移动的数值模拟中，一般采用与相似材料模拟实验较为类似的简化方法。

针对不同的研究目的，即所采用的模型边界也应该作出适当调整。

根据目前1408工作面的回采巷道顶板现场钻孔监测，钻孔深度约为3m时会出现滴水或“出汗”的现象，只要钻孔深度达到6m或以上深度时，才会出现大量淋水，大约经过10天之后，淋水量会显著变小，近于“出汗”现象，所以，在数值模拟时，要考虑水作用影响围岩弱化，综合柱状图，确定计算模型用摩尔—库仑模型。

模型位移边界条件为：一方面是控制了边界在x方向上的左右偏移;另一方面控制下部边界在y方向上的左右偏移。

破碎、顶板较软的煤体，最大边长小于0.51 m的巷道围岩块体单元，其他的岩层单元以距煤层的距离进行适当所谓划分，来适应实际情况。

2.2 数值模拟方案设计经研究设计锚杆的支护参数在围岩含水条件巷道的支护效果进行比较，地质条件为1408工作面的回风巷道，设计模拟方案五个，详细设计如下：（1）采用直径为20mm，长度为2400mm的左旋螺纹钢锚杆作为顶锚杆，长0.8m，宽0.9m的间排距，并架设金属网、钢筋梯的锚网索联合支护方式;帮锚杆采用直径为18mm，高度为1800mm的圆钢锚杆，其间排距为1×0.9m，并架设金属网。

采矿巷道围岩变形机制数值模拟研究

采矿巷道围岩变形机制数值模拟研究摘要：对采矿巷道围岩变形机制进行数值模拟有非常重要的意义，其可以帮助采矿单位更好地防控一些事故，保证施工人员的安全。

实践表明，围岩条件不同的采矿巷道在二次应力分布影响范围是有所区别的，但围岩主应力总体上表现为由巷道边墙中下部位的压应力集中带逐步过渡到拱顶、底板一定范围内的拉应力集带。

因此，通过采矿巷道围岩变形机制数值模拟进行深入研究，并对围岩的支护参数进行优化，对其他的深部巷道也具有一定的指导意义。

关键词：采矿巷道；支护；参数优化中图分类号：td353引言采矿巷道的质量好坏直接影响着工程安全，在实际工作中，巷道受到了多方面因素的影响比如高地应力、回采等，这使得其支护工作面临着极大的挑战。

如果想要更好地做到采矿巷道的支护工作，就需要全面去了解深井巷道变形破坏机理，只有从支护方式着手，寻找传统支护方法的弱点，进一步完善支护手段，才能解决深井回采巷道的支护问题。

一、采矿巷道围岩变形机制数值模拟研究的必要性深部巷道围岩由于受巷道的埋深、围岩性质、构造应力以及地质条件等因素的共同影响，同时又受巷道断面形状、施工工艺、支护形式、支护强度及开采动压等工程技术因素制约，围岩应力分布与矿压显现十分异常。

深部围岩巷道不仅在回采和掘进期间围岩变形剧烈，而且在应力分布趋于稳定后仍保持快速流变状态，两帮移近和底鼓十分明显，失修和严重失修的巷道增多，巷道维护十分困难，且常常出现多次返修的现象。

深部巷道围岩稳定性控制问题已成为当今地下工程中最为复杂的难题之一，严重制约着深部矿井开采的高产高效及安全生产，阻碍着深部开采的持续发展。

因此，有必要对深部巷道围岩支护参数进行优化设计。

二、巷道变形破坏机理分析深井巷道开挖之前，岩体处于原岩应力场的稳定状态中。

巷道开挖后，巷道周边岩体的围压发生变化，围岩应力场重新分布，集中应力随着围岩体的变形由巷道表面围岩逐渐向巷道深部转移，直到一定深度的巷道围岩体因围压足够大，能够承载集中应力且不产生变形，巷道周边应力场才趋于稳定，集中应力的转移使巷道围岩从表层向深部一定范围内都经历了切向应力增大而径向应力减小且围压变小的过程，在低围压、高集中应力作用下，巷道周边围岩发生变形破坏，这种变形甚至破坏也伴随着集中应力逐步向深部发展，因碎涨和巷道支护作用促使围岩围压变大，破坏扩展到一定范围才得以控制。

喷锚注支护技术对软岩巷道作用的数值模拟分析及应用

围岩发生相同变形，互相制约１一普通金属锚杆；一注浆锚杆；一金属网喷层；２３４一注浆扩散范围；一锚杆作用形成的锚岩拱；５６一喷层作用形成的组合拱图１喷锚注支护机理图
锚杆支护的作用：把节理弱面切割形成的岩块连接在一
起，阻止其沿弱面滑动；松动危块悬吊在稳定块体上，把防止
目前国内存在许多极难维护软岩巷道，围岩节理、裂隙十
分发育，围岩松散破碎，地质条件复杂，水平构造应力大．采动影响强烈，仅仅靠锚喷支护系统难以实现稳定，因为在松软破碎围岩条件下，喷支护常常只能起到临时支护的作用，间锚时
一
长，巷道便会受到矿压或采动影响而受到破坏，故部分软岩
浆加固联合支护技术，并且利用ＦＡＣ３０程序对两种支护形式的巷道围岩应力场和位移场进行了数值模Ｉ．３
拟。在上述基础上，指导了淮北芦岭煤矿在松散破碎围岩条件下采用喷锚注巷道支护技术，并且取得了很好
的效果。关键词
软岩巷道
锚杆支护注浆加固数值模拟层有效组合拱，即喷网组合拱、杆压缩区组合拱及浆液扩散锚加固拱，的多层组合拱圆使濒于破坏的锚喷支护体转变形成，成高强的喷锚注加固圈，它具有很高的支护阻力和刚度。可以使围岩变形速度大大降低，巷道稳定程度明显提高，实现长期维护。其喷锚注支护机理如图１示：所
（）１对围岩的作用。岩体经注浆加固后，整体内聚力和抗
拉剪强度大大提高；注浆液充填到裂隙中固结后形成新的网
或顶板开挖巷道，由于回采巷道中煤质松软，围岩又多泥质胶结，极为松软破碎。还受高地应力及采动压力的反复作用，维护十分困难，尤其回采巷道的矿压显现十分剧烈，于极难维属护巷道。

数值模拟在采矿工程中的应用

数值模拟在采矿工程中的应用介绍在采矿工程中，数值模拟是一种重要的工具，用于模拟和预测矿山开采过程中的各种物理现象和工程问题。

通过建立数学模型和运用数值计算方法，数值模拟可以帮助工程师和矿业专家更好地理解矿山开采过程中的挑战和潜在风险，从而制定有效的工程方案和管理策略。

本文将全面、详细、完整地探讨数值模拟在采矿工程中的应用。

采矿工程中的数值模拟应用1. 岩石力学分析1.1 应力分布模拟 1.2 变形和位移模拟 1.3 初始应力场确定 1.4 支护结构模拟2. 瓦斯抽采模拟2.1 瓦斯涌出规律模拟 2.2 瓦斯扩散与稀释模拟 2.3 瓦斯抽采效果模拟 2.4 煤与瓦斯突出模拟3. 坍塌与冒顶模拟3.1 坍塌机理模拟 3.2 支护结构选型与设计模拟 3.3 冒顶预测与治理模拟 3.4 冒顶风险评估模拟4. 矿井水文地质模拟4.1 地下水涌出模拟 4.2 矿井涌水分析模拟 4.3 围岩渗流场模拟 4.4 围岩稳定性评估模拟数值模拟方法和工具1. 有限元分析1.1 原理和基本步骤 1.2 应用案例分析2. 离散元法2.1 原理和基本步骤 2.2 应用案例分析3. 流体力学模拟3.1 瓦斯和水流动模拟 3.2 坍塌和冒顶模拟 3.3 支护结构与地下水模拟数值模拟在采矿工程中的优势和挑战1. 优势1.1 减少实地试验成本 1.2 提高工程设计的准确性 1.3 优化工程方案和管理策略1.4 预测和控制工程风险2. 挑战2.1 数值模型的建立与验证 2.2 参数与输入数据的准确性 2.3 模型计算复杂度与计算资源需求 2.4 模型结果的解释与应用数值模拟在采矿工程中的现实应用与案例分析1. 煤矿坍塌预测模拟1.1 模拟案例介绍 1.2 模拟方法和工具 1.3 模拟结果和分析2. 高瓦斯矿井瓦斯抽采模拟2.1 模拟案例介绍 2.2 模拟方法和工具 2.3 模拟结果和分析3. 深部金属矿山地压控制模拟3.1 模拟案例介绍 3.2 模拟方法和工具 3.3 模拟结果和分析4. 地下水涌出和水害模拟4.1 模拟案例介绍 4.2 模拟方法和工具 4.3 模拟结果和分析结论数值模拟在采矿工程中具有重要地位和应用前景。

采矿工程中数值模拟技术探讨

采矿工程中数值模拟技术探讨在采矿工程中，不仅仅要重视其开采问题，同时还应该重视围岩稳定性以及岩层的控制，因在开采过程中，其围岩自身具有很多不明确因素，以往所采用的传统分析方法在解决这些问题的时候，容易出现很多的弊端。

文章就针对这些问题，就采矿工程中数值模拟技术进行详细地探讨，结合采矿工程的特点，对数值模拟技术进行分析。

随着信息技术的不断发展，在采矿工程中开始逐渐应用数值模拟技术，这在很大程度上推动了我国采矿工程事业的发展。

数值模拟技术不仅可以模拟岩体结构特性与复杂力学，同时还便于对各种边值问题的分析以及施工过程对巷道围岩稳定性的影响进行分析，预测工程岩体的稳定性。

目前，随着这种数值模拟技术的大力发展，已经逐渐成为了解决采矿工程问题以及其他岩土工程问题的主要研究手段之一。

下面文章就采矿工程模拟技术来进行探讨。

一、采矿工程中存在的问题在采矿工程中，因涉及到的内容非常的广泛，导致其存在着很多的问题，其中尤为突出的就是岩土工程问题。

不管是采场顶板垮落、深部开采的地温与地压，还是覆岩移动以及采动所引起的高应力软岩巷道围岩的控制均需要进一步进行研究。

在采矿工程中，其存在的问题主要分为以下两种：(一)采场围岩控制采场围岩控制问题的表现主要如下：岩体结构是怎样被破断的，破断以后的岩块是否处于一种稳定状态以及结构失稳以后其形态的变化等。

采动应力场主要是指矿体被采出以后，围岩内应力场的重新分布，它是岩体变形破裂运动的源泉，但是因原岩应力自身的状态以及其在开采以后，难以测定应力场，再加上其现场测定与相关的理论描述都不是很成熟，因受采动应力场的影响，其采动岩体就会发生一定的变形，一直到破裂，这些破裂后的块状围岩体就会形成一种堆砌结构，由于其自身失稳导致岩体运动，一直到再形成稳定的块状堆砌结构为止。

(二)巷道围岩控制巷道围岩控制问题是指开采以后覆岩的移动、变形以及破坏导致围岩应力场发生变化，即开采对于工程附近巷道围岩自身稳定性的影响，以及在采动影响下，巷道围岩的控制机理与技术。

软弱特厚煤层综放巷道支护方案数值模拟分析

直接顶
５号煤
７．９７
１Ｏ
１．６７２
１．ｏｏ１
３．８２
１．３５
０．２６
Ｏ．２８
５．２８
１．６７
３０
３７
直接底
老底
５．８
ｌ１．８
２．４８２
３．９８３
的锚杆布置方案，具体支护方案如表２所示。
２．２三维数值模型建立
Ｆ『ＡＣ３Ｄ是数值模拟分析中经常采用的大型岩土
工程数值模拟软件，通过模拟对比分析巷道掘进期问
和工作面回采期间各支护方案的围岩受力及变形情况，可以优化锚杆支护参数，为确定安全合理的巷道支护方案提供科学依据。数值模拟计算以增子坊煤矿５号煤层８１０９工作面及其采掘环境为模型，通过煤岩力学性质测试得到的煤岩力学特征参数见表１。根据采矿数值模拟经验与采矿理论，模型左右边界水平位移约束、下边界固定约束、上边界加载。由于要模拟巷道受采动影响的情况，因此模型包含整个工作面。模型埋深取２００ｍ，模型尺寸为２００ｍ（Ｘ）× ８０ｍ（Ｙ）Ｘ６０ｍ（Ｚ），２４２０００个网格。
板岩块经过切、磨，加工成标准岩石试件，表１为煤岩力学性质实验结果。
收稿日期：２０１３— ０９— ２９
作者简介：沙志强（１９７３一），男，天津市塘洁区人，毕业于中国矿业大学，山西大同煤矿集团公司云冈矿从事煤矿生产技术工作。

巷道围岩稳定性测试方法技术分析

巷道围岩稳定性分析对矿井的安全高效生产有着重要影响。认识并掌握巷道地质条件能够为巷道的合理设计与施工、巷道的支护形式选择以及其稳定性评估提供理论依据。井下巷道受到构造应力、采动影响等因素，会产生相应的变形与破坏。分析影响巷道变形破坏的主要原因，即可获得对巷道变形有效控制的方法。对于巷道围岩稳定性是由围岩的工程地质特征、地应力和支护控制技术决定的，论文结合矿山巷道特征，对其稳定性影响因素以及相应的测试方法技术进行总结，为以后提高对巷道稳定性评价，提高巷道的安全性提供技术指导。２巷道围岩存在的地质问题２．１存在的地质问题巷道环境中面临不同地质问题，如构造、岩性、地下水等多方面综合影响。其常导致顶板塌落、底板隆起、围岩开裂、突发岩爆失稳等事故，影响矿井安全生产。由于巷道使用的要求和标准不同，其对围岩稳定性的要求也不尽相同。不同的深度不同的地域也都有差别，这便给巷道的设计和施工带来了诸多困难，故对其稳定性监测也显得尤为重要。２．２影响因素分析影响巷道围岩稳定性的因素分为地质和非地质因素。其中地质因素主要包括围岩的性质、地质构造、围岩的初始应力状态、岩体结构和地下水。非地质因素包括巷施工方法、井巷位置、巷道轴线方位以及采动影响等。２．２．１地质因素对围岩稳定性的影响地质因素对围岩影响表现在当围岩应力小于或等于围岩强度时，围岩处于平衡或极限平衡状态；反之井巷不稳定。其中围岩的性质对巷道变形与破坏有决定性影响；在地质构造运动作用下，会产生各种结构面，形变、错动、断裂使其破碎，在不同程度上，丧失了原岩的完整性，从而表现岩体失稳；围岩的初始应力场的形成与岩体结构、性质、埋藏条件以及构造运动的历史等性质密切相关，应力状态的变化直接影响围岩稳定性。岩体含水情况，造成溶蚀等破坏岩体完整性进而影响

软弱岩层巷道围岩控制的数值模拟分析研究

有较强的适应能力，而且伽辽金法ｌ可用于求解１］
作者简介：吕志云（９７）男，程师，矿工程专业，１７一，工采主要从事矿
山井下开采工作。
根据该地区的具体情况，进行有限元数值分析，建立的坐标系如下：以水平方向向右为Ｘ轴正方向，垂直方向向上为ｙ轴正方向。本模型约束条件为：位移约束底边和一条垂直边界，在另一垂直边界
中图分类号：Ｄ２Ｔ３２文献标识码：Ｂ文章编号：６１４７（０２０ — ０１０１７ —１２２１）４０５—３
Ｓｕｙｏｕｒｃｌｓｍｕａｉｎｏｈａｕｒｕｄｎｔｄｎｎｍｅｉａｉｌｔｏｆｔｅｗｅｋｓｒｏｎｉｇ
ｊｒｐｏｌｍｓｏｒｂｅ．ＴｈａｕｒｕｄｎａｅｙｏｎｏｄｍｉｅｉｎｈｉｓｓｍｕａｅｎｎｌｚｄｗｉＥＭ．ＩｅｗｅｋｓｒｏｎｉｇｌｎｗａｆｏｅｇｌｎＱｉｇａｉｉｌｔｄａｄａａｙｅｔＦｎｈｔｉｓ
有色金属（矿山部分）上加应力约束。计算剖面各边界上的约束情况：在
ｙ一０的左边界上采用ｙ方向零位移约束，Ｘ一０在的下边界上采用Ｘ方向零位移约束。ｙ一３８ｒ６ｎ的边界为应力约束边界，作用在该边界上的应力为自
２ＴｈｉｄＩｓｉｔｆＱｉｇａｏｏｉａｉｅａｏｐｃｉｇ，Ｘｉｉｇ８００，Ｃｈｎ）．ｅＴｈｒｎｔｕｅｏｎｈｉｔＧｅｌｇｃｌＭｎｒｌＰｒｓｅｔｎｎｎ１００ｉａ

软岩巷道变形特征与分区域分阶段控制技术数值模拟研究

第25卷第3期湖南科技大学学报(自然科学版)2010年9月Jour na l of H un an U ni ve r si t y of Sci ence&T echnol ogy(N at ur al Sci ence E di t i on)V01．25N o．3 S e pt．2010软岩巷道变形特征与分区域分阶段控制技术数值模拟研究刘明杰1，任松杰2，李荣华2(1．中煤进出口公司安监局，北京100120；2．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221008)摘要：以某矿南翼回风大巷为例，分析了软岩巷道变形破坏原因，并结合数值模拟软件FLA C4．0分析了该巷道围岩变形发展规律：肩角较项板、两帮和底板变形破坏的区域更大，并且随时间推移巷道浅部围岩的变形不断增大，即空间上的非均匀性以及时间上的持久延续性．针对软岩巷道的变形特性，提出了分区域分阶段动态控制技术，包括：锚网喷支护、注浆加固以及重点部位加强支护．现场的工业性实验观测结果表明，该巷道围岩变形逐步趋于稳定，变形量得到了有效控制，可以满足使用的要求．关键词：软岩巷道；数值模拟；分区域分阶段控制中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1672—9102(2010)03—0008-04软岩是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂力学介质，其工程岩体力学性质主要表现为非线性大变形力学特性，尤其是遇水后，其力学性质表现得更为复杂．这类巷道在其服务期间屡遭破坏，需不断进行维护和返修，造成巷道支护成本高、煤炭资源开采极端困难，而且严重威胁着矿井的安全生产．国内外针对这类围岩软弱、松动范围很大的巷道，常采用均匀布置锚杆的锚喷支护方式不能有效控制其围岩变形，这是因为支护中采用的锚杆大都位于巷道围岩极限平衡区或破碎区内，锚杆在围岩内部无法形成坚实的着力基础，设想的各种成拱机制较难实觋【t-31．作者以某矿南翼回风大巷为例，分析软岩巷道的变性特征，并提出分区域分阶段支护原理及关键支护技术，应用于现场解决了其巷道变形速率大且难支护等难题，取得良好的技术经济效果．1工程概况该矿设计生产能力为90万幽，矿井服务年限为38．5a．南翼回风大巷埋深约_480m，围岩岩性以泥岩、细砂岩为主，多为泥岩，顶板为细砂岩，底板为泥岩．地8质构造及水文地质条件较为简单，三维地震勘探资料未发现落差3m以上的断层构造，预计巷道淋水量小于3m‰．该矿巷道围岩松散，整体强度低，导致巷道在掘进后较短时间内就会发生较大变形．对于破坏严重区域进行岩样粉末的物相分析—X射线衍射试验，其中高岭石、蒙脱石、伊／蒙混层总体含量达到了70％；并对所取的岩样采用透射电子显微镜局部放大，显微照像分析结果表明：泥岩里粗大矿物晶粒间胶结物较少，粒间孔隙发育，胶结差、片状矿物排布较整齐，中孔及小孑L多平行分布，大孔较少，连通较差，粗大砂粒表面多有粘土层包覆．2巷道破坏特征及原因巷道破坏表现为底板鼓起造成轨道、水沟变形，顶部严重破裂，帮、顶浆皮脱落严重，部分锚杆托板变形或者锚杆破断，造成巷道失修工程量大，维护困难，如图1所示．总体来看巷道变形具有如下特点：(1)巷道围岩变形有明显的时间效应；(2)巷道围岩的塑性区、破碎区发展快、破碎范围大；(3)巷道围岩的破坏收稿日期：2010-01-28基金项目：国家自然科学基金项目(50974118)：教育部新世纪人才支持计划(NC E T--09--0727)通信作者：刘明杰(1971一)，男，江苏徐州人，工程师，主要从事矿山压力与岩层控制、矿山通风安全以及现场管理工作．E-m ai kxbesl234@163．咖具有非均匀性．围岩破坏主要表现为顶部挤压破坏垮落、两肩角开裂和巷道较大的底鼓，尤其是受水侵蚀的底板底鼓更为严重；(4)巷道围岩遇水后变形加剧。

巷道设计和FLAC3D数值分析毕业设计

2.2.1 确定巷道净宽度 ...................................................................................... 3 2.2.2 确定巷道拱高 .......................................................................................... 4 2.2.3 确定巷道壁高 .......................................................................................... 4 2.2.4 确定巷道净断面积和净周长 .................................................................. 5 2.2.5 用风速校核巷道净断面积 ...................................................................... 5 2.3 布置水沟和管线 ................................................................................................. 6 2.3.1 水沟布置 .................................................................................................. 6 2.3.2 管线布置 .................................................................................................. 6 第三章巷道支护 ............................................................................................................ 8 3.1 巷道支护作用 ..................................................................................................... 8 3.1.1 改善围岩力学性质 .................................................................................. 8 3.1.2 发挥围岩承载能力 .................................................................................. 9 3.1.3 支护对围岩的作用 .................................................................................. 9 3.1.4 巷道的支护阻力 .................................................................................... 10 3.2 支护参数设计 ................................................................................................... 11 3.2.1 支护设计方案 ........................................................................................ 11 3.2.2 支护设计基本思路 ................................................................................ 11 3.2.3 支护设计参数 ........................................................................................ 11 3.2.4 确定巷道掘进断面尺寸 ........................................................................ 12

软岩交叉巷道开挖围岩稳定性数值模拟分析

Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈｒｒｎｙｉｔｒｅｔｏｎｎｐｅｒｔｙｗｏｒｎｆｓｔｒｋｕｅｔＢｅｍｉｇｈｅＩｏｎｅｅａｅｍａｎｅｓｃｉｓｉｒｐａａｏｒｋｉｇｓｏｏｆｏｃｔｎｎｌａｉｎｒＭｉｎｅ，３Ｄｍｅｉａｓｍｕｌｔｏｎｎａｙｓｓｔｅｎｔｒｅｔｏｂｔｅｎｉｋｏａｗａｓａｅｏｎｏｔｒｎｕｒｃｌｉａｉａｌｉｏｆｈｉｅｓｃｉｎｅｗｅｌｎｒｄｙｂｓｄｓｆｗａｅ
Ｎｕｅｉａｉｕａｉｎａｌｓｓｏｌｒｃｔｂｌｔｔｉｔｒｅｔｏｆｔｎｅｉｇｉｏｔｒｃｍｒｃｌｓｍｌｔｏｎａｙｉｆｗａｌｏｋｓａｉｉｙａｎｅｓｃｉｎｏｕｎｌｎｎｓｆｏｋ
软岩问题一直是世界性难题，特别是随着开
体埋深为１６６９，采用无底柱分段崩落法开３～７ｍ
采深度的增加，软岩问题如两帮鼓胀挤出、顶沉
（京科技大学土木与环境工程学院，北京１０８）北００３
摘要：本研究以北沼河铁矿为工程背景，针对采准切割工作中出现的软岩交叉巷道，运用ＦＡＣＤ对联巷交叉口进行三维数值模拟分析，研究交叉口围岩的力学、位移和变形破坏演化规律，并Ｌ３将控制点的位移监测值与计算值进行对比分析。研究结果表明：数值模拟方法必须辅以现场监控量测，

软岩巷道联合支护技术数值模拟分析

３６
李正虎田家玉王
冬
软岩巷道联合支护技术数值模拟分析
软岩巷道联合支护技术数值模拟分析
李正虎，田家玉，王
（１．陕煤化集团神木张家峁矿业有限公司，陕西神木江西南昌
冬。
４０００３７）
７１９０００；２．中鼎国际工程有限责任公司，
导水裂隙带高度大于１５．５ｍ，导采比大于１４．０９。在实际开采过程中没有发生顶板透水现象，由此可以
３３００００；３．中煤科工集团重庆研究院，重庆
摘
要：由于林南仓煤矿２２１４工作面软岩巷道采用ｕ型钢架棚承压不能满足承压要求，因此提出
同水平条件下２２１８工作面软岩巷道采用架棚＋锚杆＋铺网的联合支护方法，并对其中架棚、锚杆
２数值模拟及现场观测数据分析
２．１软岩巷道不同支护技术数值模拟分析数值模拟计算软件：ＦＬＡＣ。是基于显式有限差
工大学采矿工程专业，现从事矿井生产设计及采掘管理工作。
６０
陕
西
பைடு நூலகம்
煤
炭
２０１３钲
护问题。
Ｏ引言
煤矿生产中软岩巷道支护问题一直以来制约着矿井的安全生产，软岩巷道支护复杂，维护困难且巷
１．２软岩巷道支护理论

软岩巷道围岩稳定性的FLAC 3D数值模拟研究

ｗｒａｙｅ．Ｔｅｓａｉｔｆｓｒｕｄｎｏｋｏｏｄａｎｅｅａｌｚｄｈｔｂｌｙｏｕｒｎｇｒｃｆｒａｗｙａｄｎｉｏｉ
ｔｅｕｉｉａｐｏｔｃｒｅｅｕｇｙｔｅｃｌｈｓｃｒｏｐｍｒｓｐｒｓｕｔｅｗｒｄｅｓｎｈｔａｅｙｔｆｒｙｕｔｒｕｊｄｉ —
ａａｙｅｈｄｆｒａｉｎｎｄｍａｅｒｃｓｏｓｒｏｎｉｇｎｔｅｅｏｔａｄａｇｐｏｅｓｆｕｒｕｄｎｌｚｍｏ
ｒｃ．Ｔｅｄｆｒｔｎａｄｓｒｓｏｄｔｎｏｕｒｕｄｎｏｋｏｋｈｅｏｍａｉｎｔｓｅｎｉｏｆｓｒｎｉｇｒｃｏｅｌｏ
ＡｂｔａｔＴｅｄｆｒｔｎａｄｍｏｅｎｆｓｒｕｄｎｏｋｏｓｒｃ：ｈｅｏｍａｉｎｖｍｅｔｕｒｎｉｇｒｃｆｏｏｏｓｆｒｃｏｄｙｈｓｉｏｔｎｆｃｏｔｅｓａｉｔｆｗｈｌｏｔｏｋｒａｗａａｍｐｒｔａｅｔｔｈｔｂｌｏｏｅａｉｙｒａｗａｔｃｕｅＴｅｆｉｉｅｅｃｓｆｒＬＣＤｏｏｄｙｓｒｔｒ．ｈｎｔｄｆｒｎｅｏｔｅＦＡ３ｆｒｕｉｅｗａ
处理方法是：左右边界只约柬Ｘ方向的位移，前后只约束Ｙ向的位移，方即单约柬边界；下部边界为全约束边界；上部边界不约束。ＦＡ如程序将计算单元ＬＣ
ＦｓＬ＝ｇａｎｌｓｆＣｎｉｕａａｐｅｔｄｎａｔａ￣ｎＡａｙｉｏｏｔａＷｐｌｄｔｓｙａｄｇｉｓｎｓｉｏｕ