深部围岩变形破坏时效性分析

收稿日期:2022-08-06作者简介:秦　硕(1993-),男,山西大同人,助理工程师,从事矿山压力与岩层控制工作。

doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.05.022深部煤岩体时效应变规律研究秦　硕(晋能控股煤业集团,山西大同　037003)摘　要:深部岩体流变特征明显且会受到工程施工的影响,造成岩石开裂或局部应力集中。

为深入研究深部围岩的蠕变问题,针对深部煤层岩体巷道围岩进行了相关的研究,本文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法,建立了岩石蠕变损伤模型,对深部巷道围岩蠕变损伤求解,结果表明:在恒定压力的作用下,岩石内部的强度较弱的单元体在90h 时,在岩石试件中出现局部蠕变损伤单元,在90~160h 时,损伤单元进一步贯通发展为剪切破化带。

在进行蠕变过程声发射事件研究时,通过累计声发射计数曲线,发现声发射计数图与岩石蠕变应变过程曲线具有很大的相似性,其中累计声发射数计数曲线拟合度最高,研究成果在研究岩石蠕变破坏,工程灾害预测等方面可以作为重要的参考指数。

关键词:深部岩巷;变形;时间效应;蠕变损伤;声发射中图分类号:TD313 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2023)05-0080-03 近年来,东部地区大量浅层煤炭资源逐渐枯竭,其开采深度越来越深,预计其开采深度将达到1000~1500m [1]。

在深部高应力、强流变特性等复杂条件下,煤岩组合体巷道、硐室围岩的长期稳定性控制的难题不断涌现[2]。

在深部岩体开挖和开采过程中,针对深部煤岩体巷道的稳定性分析,目前大多的研究当作准静态问题处理,忽视了时间效应[2]。

但事实上,地下空间无论是巷道还是地下硐室,忽视时间效应都不能准确地预测其长期稳定性,也无法预测巷道或硐室的变形和老化破坏规律。

近年来,学者对深部煤岩体时效变形规律进行了大量研究,文献[3]基于原位监测和数值计算分析并利用FLAC 3D 研究分析锚索支护岩体开挖过程的变形特性,研究表明,锚索拉力具有明显的时效特征;文献[4]通过室内实验并建立了粘土黏固结流变模型研究黏土岩时效变形特征,分析表明黏土岩具有流变特性且该模型能够很好反映该特性,本文结合前人对岩石蠕变力学特性的研究,采用理论分析及数值模拟法相结合的研究方法,深入研究煤岩体的蠕变变形和力学特性。

围岩变形分析报告1. 引言围岩变形是岩体在受到外力作用下发生的变形现象。

对围岩变形进行分析可以帮助我们评估岩体的稳定性，为工程建设提供有力的依据。

本文将以某个具体的工程案例为例，通过分析步骤来展示围岩变形分析的方法和过程。

2. 工程背景本文所涉及的工程是一座高速公路的隧道项目。

该隧道位于地质条件复杂的地区，周围围岩变形可能较为严重。

因此，对围岩变形进行分析对于隧道的设计和施工具有重要意义。

3. 数据收集为了进行围岩变形分析，我们首先需要收集相关的数据。

在本工程案例中，我们收集了以下数据：1.地质勘探数据：地质勘探数据包括钻孔、岩芯、地质构造等，可以帮助我们了解地下岩体的分布和结构。

2.地下水数据：地下水数据包括水位、水质等，可以帮助我们了解地下水对围岩变形的影响。

3.岩石力学参数数据：岩石力学参数数据包括岩石强度、岩石的变形模量等，可以帮助我们评估岩体的稳定性。

4. 数据分析基于收集到的数据，我们可以进行以下分析步骤：4.1. 地质构造分析通过分析地质构造，我们可以了解岩体的裂隙情况、构造面的走向等。

这对于评估岩体的稳定性非常重要。

在本工程案例中，我们通过地质勘探数据绘制了地质剖面图，并分析了裂隙的走向、密度等信息。

4.2. 岩石力学参数计算岩石力学参数是评估岩体围岩变形的重要指标。

通过分析岩芯数据和实验室试验数据，我们可以计算得到岩石的强度、变形模量等参数。

在本工程案例中，我们进行了岩芯分析和室内试验，得到了岩石的力学参数。

4.3. 数值模拟分析基于收集到的数据和计算得到的岩石力学参数，我们可以进行数值模拟分析。

数值模拟分析可以帮助我们预测岩体在不同外力作用下的变形情况，并评估其稳定性。

在本工程案例中，我们使用有限元分析方法进行了数值模拟分析，并得到了围岩的变形情况。

5. 结果和讨论基于数据分析和数值模拟分析的结果，我们得到了围岩的变形情况。

通过对结果的讨论，我们可以得出以下结论：1.在该隧道工程中，围岩的变形较为严重，可能存在一定的稳定性风险。

12011轨道巷掘进期间采用钻屑量（S）、瓦斯解吸指标（Δh2）和钻孔瓦斯涌出初速度（q）进行预测，预测结果如图3所示。

经统计，12011轨道巷在执行措施前预测超标率为23%，在执行措施后预测超标率下降到3.9%。

4.3巷道进尺义安矿在未采取巷帮截流抽放与主巷超前排放措施技术以前煤巷掘进月进尺不足40m，12011轨道巷采用巷帮截流抽放与主巷超前排放措施后，月进尺达到了100m以上。

5几点看法（1）在突出煤层巷道掘进中，应用巷帮截流抽放与主巷排放钻孔相结合的防突技术比单项技术措施更具有安全性和可靠性。

（2）巷帮截流抽放技术、主巷排放钻孔技术与有效的管理相结合，可以实现了突出区域煤巷快速掘进，提高了生产率。

（3）巷帮截流抽放技术和主巷排放钻孔技术都涉及到钻孔布置合理性问题，因此，不同煤层赋存条件和地质条件的区域，抽放钻孔和排放钻孔间距需要在考察抽放半径和排放半径的基础上设计。

作者简介王念红，男，河南省宜阳县人，1971年7月生，1993年7月毕业于淮南矿业学院矿井通风与安全专业，现任洛阳义安矿业有限公司总工程师，工程师。

（收稿日期：2009-4-2）深部软岩巷道围岩变形研究现状与存在问题分析中国矿业大学矿业学院赵红超王维中国矿业大学化工学院刘璐摘要目前，我国煤矿开采已经向深部发展，与之相伴的软岩巷道变形现象更加明显，综合国内外关于软岩巷道的理论研究现状，提出一种关于改变软岩微结构面的方式来解决相关问题的设想，并从理论上给予证明。

关键词深部矿井软岩巷道蠕变1引言目前，我国煤矿开采已经向深部发展。

我国的煤炭资源埋深在1000m以下的储量为2.95×1012t，占煤炭资源重量的53%。

据初步统计现阶段我国已经有数百对矿井开采深度超过1000m，其中，山东新汶孙村矿延伸水平深度已达到1300m。

同时，我国国有重点煤矿平均开采深度正在以10~25m/a的速度逐年增加[1]。

预计在未来20年我国将有更多煤矿进入1000~ 1500m的深度。

0(1当代化工研究OU Modem ChemicalReiseardt技术应用与研究2021•05深部高应力软岩巷道围岩爽形破坏常见问题及控制措施探析*阴雷彪（西山煤电股份有限公司西曲矿山西030200）摘要：深部巷道围岩变形破坏问题是当前煤炭深部开采过程中面临的严峻挑战，从深部巷道支护来看，很多在浅部较为坚硬的岩石，在深部支护中表现出软岩特征，很多在浅部巷道支护时，表现出较好支护效果的支护方案，在深部巷道支护中表现出明显的不适应问题。

本文从深部高应力软岩巷道围岩变形破坏常见问题分析入手，研究了深部高应力软岩巷道围岩变形破坏机制，并针对性提出了增强深部高应力软岩巷道围岩变形破坏控制效果的相关措施。

关键词：深部；高应力软岩；巷道；围岩变形破坏；常见问题；控制措施中图分类号：TD文献标识码：ACommon Problems and Control Measures of Surrounding Rock Deformation and Failurein Deep High Stress Soft Rock RoadwayYin Leibiao(Xiqu Mine,Xishan Coal and Electricity Co.,Ltd.,Shanxi,030200)Abstracts The deformation and damage of s urrounding rock in deep roadway is a severe challenge faced by deep coal mining at present. From the perspective of deep roadway support,many hard rocks in the shallow part show the characteristics of s oft rock in deep support.Many support schemes that show good support effect in the shallow roadway support show obvious maladjustment problems in the deep roadway support. In this p aper,based on the analysis of c ommon problems in the deformation andfailure ofsurrounding rock in deep high stress soft rock roadway,the deformation andfailure mechanism of s urrounding rock in deep high stress soft rock roadway is studied,and the relevant measures f or enhancing the control effect of d eformation andfailure of s urrounding rock in deep high stress soft rock roadway are p roposed.Key words z deep；high stress soft rocki roadway%deformation andfailure of s urrounding rock；common problems\control measure引言随着煤矿开釆深度的不断增加，巷道围岩出现的大变形破坏问题更加突出，已经成为制约煤矿深部开采的重要因素，不仅支护成本增加明显，同时支护效果也相对不佳，制约了煤炭行业现代化发展质效。

矿井深部开拓巷道围岩变形原因分析及防治研究本文对于现阶段矿井深部开拓巷道围岩变形原因进行了分析，并且提出了相应支护技术的发展趋势，通过采用预拉力钢绞线来作为施工的锚杆，有效的对锚杆的承载力与约束力进行了保障，并且达到了控制变形，减少受爆破振动，提高强度，降低成本等目标。

本文对于矿井深部开拓巷道围岩变形原因分析及防治的相关问题进行了分析与探讨。

标签：矿井深部开拓巷道围岩变形原因防治矿井深部开拓施工当中，对于围岩变形进行控制是非常重要的，并且如何做好主动支护技术的应用是其中的关键。

主动支护形式中较为常见的一种，就是锚杆支护。

锚杆支护支护已经广泛的应用于施工当中，并且锚杆支护的方式发生了较大的发展与进步，主动式的防护模式已经逐渐替代了传统被动的棚架支护方式。

针对于一些深度软岩的苛刻作业环境，需要针对于其中开裂现象进行深入的研究，并且采用具有针对性的支护。

经过大量的理论实践分析验证，针对于预拉力进行调整，可以有效的对支护效果不佳的情况进行改善，并且提高支护约束力，减少有害变形。

下文对于矿井深部开拓巷道围岩变形原因进行了深入的分析，并且就防治矿井深部开拓巷道围岩变形的相关措施进行提出和探讨。

1 矿井深部开拓巷道围岩变形原因分析围岩变形产生的主要原因，是受到围岩压力的作用。

围岩压力主要是指在地下开挖过程中，所开挖空间的周围支护与岩体受到破坏的一种力。

围岩压力包括了松动压力、形变压力、膨胀压力以及冲击压力等，并且受到多种因素的影响。

围岩压力的影响因素主要包括了地质因素与工程因素两种，因此要想真正的对围岩变形问题进行解决，就必须从不同的角度入手，改进施工策略，保证施工质量。

围岩压力主要是指对于其支护结构所产生的压力，并且具有明显的力学特点，包括了多种支护情况。

2 锚杆支护技术中预拉力钢绞线锚杆的应用来防治变形针对于这种变形的原因，锚杆支护技术中预拉力钢绞线锚杆的应用可以有效的对其防治，并且减少变形速度，控制变形量，保证围岩运动的平缓化。

煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术随着深部煤炭资源的不断开发以及深部矿井的建设,高地应力问题的出现成为危及井巷工程围岩体安全的主导因素,浅部开采的巷道支护理论及技术在深部开采巷道围岩受高应力状态下很难适应巷道围岩的稳定及支护问题,给巷道围岩稳定性及井巷施工安全提出了新的研究课题。

因此,对深部开采巷道围岩变形破坏特征以及对其支护加固技术等问题的研究显得尤为重要和迫切。

以此为出发点,本文结合国家自然科学基金面上项目“深部巷道围岩变形、破坏全过程及稳定控制机理”(50674083)、山东郓城煤矿委托项目“深井高应力巷道围岩破坏机理与控制技术的研究”及山东郓城煤矿埋深900m的井下掘进巷道为工程背景,以采矿学、岩体力学、弹塑性力学、断裂力学等理论为基础,通过相似材料模拟、理论分析、数值模拟、现场实测及工程实践等手段对煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征开展了试验研究,提出了适合于煤矿深部开采巷道围岩支护技术和方法。

本文的研究内容主要包括以下几个方面:利用大尺度三维地下工程综合模拟实验系统对煤矿深部开采条件下的巷道开展了“先加载,后开挖”的相似材料模拟试验。

采用自行设计制作的气压芯模支护结构、可缩支护结构及无支护模拟了不同支护方式下的巷道围岩的破坏特征,利用主方向应变传感器获得了试验加载过程中的荷载传递规律和巷道围岩周围主应力大小及其方向的演化规律,采用位移计获得了有支护和无支护巷道围岩的收敛变形规律;分析了相似材料模拟试验获得的深部高水平应力条件下不同支护形式的巷道围岩破坏特征,研究了巷道围岩内部和掘工作面的主应力大小及方向演化与巷道围岩变形破坏的关系,通过巷道围岩表面位移的收敛规律对不同支护形式的支护作用进行了分析;根据相似材料模拟试验中深部开采巷道围岩的变形破坏特征及破坏区的范围,并采用钻孔摄像测量系统对郓城煤矿已掘巷道的变形破坏特征进行了观测,结果表明与相似材料模拟所获得的现象是一致的。

深部隧道碎裂围岩大变形演化特征及锚喷支护作用机理研究深部隧道的破裂围岩变形问题，一直是工程界绕不开的难题。

你想啊，那些埋在地下的隧道，不仅要忍受巨大的地压，还得应对不断变化的地下水流、气温等多重因素。

特别是当我们开挖到深处时，围岩的变形就像是按下了“膨胀”按钮，越挖越不安定，简直让人捏一把冷汗。

许多时候，隧道变形的程度，甚至达到了“让人心跳加速”的程度。

而这个问题背后的原因，简单来说，就是我们遇到的“深部围岩碎裂”，就是那种石块已经裂开、不断活动的状态。

工程师们也知道，这可不是小事，稍微处理不好，不仅工期要拖，成本也可能暴涨。

说到这里，你可能会问，隧道围岩变形到底是怎么回事？其实简单点说，就是地下的岩石在承受了巨大的压力后，逐渐发生裂解、位移，这些裂缝和位移使得围岩越来越不稳定。

就好像你把一块大石头丢进水里，水一激荡，石头就开始分裂开来。

原本稳稳当当的岩层，这下就像“开了锅”，动起来了。

随着压力的不断增大，这种变形是逐步发生的，简单来说，一切都在悄悄地变坏，等到发现问题的时候，往往已经晚了。

更糟糕的是，变形后围岩的支撑力会大大降低，隧道就像是悬在空中的空中楼阁，一点风吹草动就有可能坍塌。

怎么办呢？工程师们可不是吃素的！他们想尽办法，发明了很多技术手段来应对这种围岩变形。

最常见的支撑方式就是锚喷支护。

这其实就是在隧道内部的围岩上打上钢筋锚杆，并喷上混凝土，形成一个“牢固的外壳”，让岩石不会再乱动，保证隧道的安全。

说白了，锚喷支护就是给隧道穿上“铠甲”，增强围岩的稳定性。

你看，这就像给隧道加上一层防护罩，万一有点风吹草动，围岩也不会突然暴走。

锚喷支护的效果，真的可以说是“神奇”了。

那种原本破碎、摇摇欲坠的围岩，经过锚喷支护的“加持”，瞬间就能稳住了，感觉就像是给隧道装上了超级强的“气场”，让围岩乖乖地呆在原地，不敢轻举妄动。

你看，这就像你一边摔了一跤，一边赶紧拉住墙壁，稳住自己的身形不摔倒。

锚喷支护让围岩保持稳定，防止了它再继续变形，最大程度上保障了隧道的安全。

2019年第4期一、研究意义深部资源的开采利用一直是我国煤矿资源界的热点话题，处于深部环境下的煤矿资源开采需要具有先进的科学技术作为支撑。

深度分析巷道围岩变形主要原因，不断研究解决巷道围岩变形的新方法和新技术，有利于夯实我国煤矿企业发展的基础。

为了进一步实现现有煤矿矿井的合理生产，必须不断优化与解决现有矿井开拓和巷道围岩的变形，不断改进管理模式并合理运用到煤矿企业的日常生产中。

全面落实合理化集中管理，也是我国煤矿企业煤炭生产的发展方向。

矿井开拓和解决巷道围岩的变形在煤炭生产中具有重大战略意义。

二、围岩变形原因分析（一）使用技术缺陷我国大部分煤矿矿井进行巷道开拓多采用锚网喷技术，对于局部巷道使用钢材与喷浆以及锚索加固相结合的支撑方式，但是从实际效果来看，这种技术仍然存在较大的弊端，防护效果并不理想，巷道的顶部与肩部表面极易受到变形的破坏，最终出现混凝土浆皮脱落与破坏，此种情况较为严重。

而且架棚在整体维护过程中，巷道自身围岩结构不稳定，导致整体施工项目受到阻碍，其具体表现在：首先巷道所处环境不稳定，岩层与岩性较为破碎，巷道整体变形较大，其主要表现为巷道顶部与肩部以及两边局部都有明显大规模的变形，尤其是架棚施工后整体效果不明显；其次，巷道岩性整体较为破碎，现场施工中多处巷道整体变形大，而且局部有明显的滴水现象。

即使部分巷道在架设U 型棚下，架棚后巷道也会变形但是其变形效果较小，水仓的巷道上部整体破碎，通过架棚后效果较好，但是有部分架棚区域也出现了巷道上部压裂与变形的严重情况。

（二）预拉力钢绞线锚杆安装不到位部分岩石较为坚硬，现场施工时为了能够提高效率与整体进度，采用光面爆破导致巷道轮廓严重损坏，造成梁空区域的顶板掉落以及受力不均衡的现象，使巷道整体断面呈现不规则的状态，而且局部巷道没有锚杆等加强支护措施，整体施工质量较差，这是导致巷道围岩变形的原因之一。

经岩石力学的岩石破坏原理可知，剪应力是其他两个主应力差值的一半，而岩体的破坏往往是由剪应力破坏而产生的。

浅析深井高应力巷道围岩变形特征及控制摘要：随着我国经济的不断发展，我国对煤炭资源的需求也越来越大，目前许多大型煤矿经过几十年的开采，浅部煤层已经接近枯竭，因此煤矿纷纷开始向深部挖掘。

煤矿向深部开采意味着煤矿的开采工作将在高应力环境中工作。

本文中，我们对深井高应力巷道围岩的变形特征进行分析，提出了控制围岩变形的一些具体措施。

关键词：深井高应力；围岩变形特征；控制措施因为煤矿逐渐向深部挖掘，所以在开采过程中经常出现巷道严重破坏的情况，并且开采工作面的围岩稳定性也极差。

为做好深井巷道的支护工作，保证开采作业的安全进行，我们有必要分析高应力下巷道围岩的变形特征，并且要针对变形特征采取合适的控制措施，以保证煤矿的正常工作和安全生产。

1 深井高应力巷道围岩的变形特征以十三矿为例对深井巷道的围岩形变进行分析。

该矿井地质属于二叠纪，并且该矿井所在矿区已经有了几十年的开采历史，目前其开采主要是深井开采，因此该矿井符合深井巷道围岩变形特征的研究要求。

1.1 该矿井巷道的现状经过几十年的开采，该矿井巷道以及围岩出现了许多的问题，主要表现在以下几方面。

第一，巷道内的地压明显增高。

在矿井进入深部开采后由于矿井深度以及巷道围岩复杂应力结构的影响，巷道围岩所受压力明显提高，围岩变形比较明显，因此开采过程中经常出现支护失效等问题，这给开采作业带来了严重的安全隐患，影响了开采的持续进行。

第二，深井巷道围岩强度低，巷道地形复杂。

由于深度的增加，巷道围岩的主要构成成分也发生了明显的变化，深井围岩的成分主要是膨胀性较高的矿物质以及粘土含量高的矿物质，这种围岩在高应力的作用下变形十分明显，因此巷道呈现出软岩巷道的特征。

第三，深井巷道底板膨胀以及顶板下沉现象比较严重。

由于深度的增加，巷道顶板所受的压力也在不断增加，再加上巷道围岩多为软岩，因此巷道内顶板沉降现象比较严重。

并且，深井巷道内的水平应力也在增加，以至于底板膨胀的现象频繁发生。

第四，深井巷道对受力十分敏感，经常出现突然失稳的状况。

深部围岩论述题：深部巷道围岩变形特征及控制机理、技术。

答：⼀、巷道围岩变形特征受到地质构造、⾼地应⼒、重⼒、动压和⼯程偏应⼒等很多因素的共同作⽤，深部巷道的变形特征呈现出复合特征。

主要有六个特征：1.开挖后开始阶段变形速率⼤深部开⾤的⾼应⼒条件使得煤岩体中聚居了很⾼的弹塑性能量，⽽由于巷道掘出后会产⽣载荷卸载的作⽤，这将导致所储存的弹塑性能量较快地释放出来，最终引起巷道刚掘出时产⽣很⼤的变形速率。

2.总变形量⼤深部幵⾤中，掘巷初期深部巷道围岩就会出现很⼤的变形，这是深井巷道矿压有别于浅部巷道的⼀个主要特征。

根据前苏联的专家相关研究分析：随着巷道埋深的增⼤，巷道围岩的变形量以近似线性函数的关系急剧增长，例如从600m起，巷道埋深每增加100m，巷道的顶底板移近量就会相应增加10%到11%左右。

某矿实测数据表明，深部开采巷道围岩的变形量可达300-500mm(若没有合理的进⾏⽀护，巷道围岩变形量最⼤可达到1000mm)。

当巷道埋深达到800-1000m，巷道围岩的变形量甚⾄能超过1500mm (这取决于巷道埋深和围岩岩体物理⼒学性质等因素)，深部幵采巷道的返修率能达到40%-80%。

3.底臌量⼤深部开采中巷道有别于浅部巷道的另⼀个特点就是巷道的底臌量极⼤。

据资料统计，随巷道埋深的增⼤，底臌量、顶底板相对移近量和产⽣底臌的巷道⽐重也有逐渐增⼤的趋势。

治理巷道底臌的复杂性、旧有的浅部巷道⽀护观念以及巷道所处的⾼应⼒条件，使底臌成为了保持深部巷道稳定性的⼜⼀个难题。

4.冲击矿压频率增⼤及强度提⾼冲击地压是全球范围内矿井的⼀个主要地质灾害。

随着巷道埋深的增加，巷道围岩因变形⽽储存的能量呈⼆次⽅函数关系迅速增长，采矿活动会引起这部分能量释放，当释放速度⼤于煤、岩体破坏消耗能量的速度时，就会导致冲击地压的发⽣。

相关的理论研究和现场⽣产实践都已经表明：冲击地压发⽣的频率击地压发⽣的频率以及强度与开⾤深度是正相关的。