深井穿断层回采巷道围岩变形机理与 稳定控制对策

以海石湾矿穿断层的回采巷道围岩控制为工程背景,综合运用理论计算、数值计算和现场监测的方法研究深井穿断层回采巷道围岩控制技术与对策.不同埋深条件下数值计算结果表明:深井穿断层回采巷道顶板下沉量明显大于底鼓量,近断层巷帮变形量明显大于远断层巷帮变形,巷道变形呈现明显的非对称性特点;巷道埋深增加,浅部围岩承载能力迅速减小,尤其是近断层侧;无论掘进时期还是回采时期,深井巷道围岩破碎区和塑性区范围较浅埋深巷道增大.针对性地提出了围岩稳定控制技术方案,即"工字钢架棚支护+围岩滞后注浆加固技术+锚杆二次支护"分步联合支护的围岩稳定控制技术.巷道支护效果分析表明:围岩整体稳定已基本得到控制.     

三软煤层巷道锚网喷联合支护的数值模拟

通过数值模拟软件FLAC3D对梁家煤矿三软煤层4105工作面巷道锚网喷联合支护效果进行数值模拟,分析了联合支护后围岩位移应力分布和混凝土喷层及锚杆的力学特性.研究结果表明,三软煤层巷道锚网喷联合支护,有效地改善了围岩的应力状态,降低了顶板与两帮收敛速度与位移,但巷道底鼓较为明显,两帮锚杆承载明显大于顶板锚杆,底角锚杆最大,应确保底角锚杆的锚固效果,以限制底板和两帮的变形.锚网喷联合支护适应三软煤层变形特征,维持了巷道围岩稳定,满足梁家煤矿安全生产需要.     

孤岛工作面强烈动压巷道变形控制

为有效解决孤岛工作面巷道支护难题,以常村S6-5轨顺为工程背景,研究该巷道围岩变形破坏的机理,并对锚杆支护进行分析/然后综合注浆加固机理、壁后充填加固技术以及裂隙充填与压密技术等围岩控制手段,提出全长预应力强力锚杆、中空注浆锚杆及强力锚索组合支护方案.研究结果表明,锚杆锚索受力稳定,顶板下沉量控制在52 mm以内,两帮移近量控制在76 mm以内,围岩变形可控,支护方案可完全保证巷道安全使用.     

大倾角煤层回采巷道断面适应性

基于大倾角煤层回采巷道围岩应力显现规律,采用数值分析方法对不同类型断面巷道的围岩塑性区及应力非对称分布特征进行研究,并建立异形断面巷道围岩破坏力学模型,确定其合理的支护方式.结果表明,大倾角煤层回采巷道围岩塑性区沿煤层倾斜方向演化,顶底板破坏深度大于两帮,且两帮破坏程度差异大;巷道断面形状不同,导致巷道围岩应力集中程度、塑性区及变形量等有很大差异;拱形巷道围岩变形适应性好,异形巷道两侧的顶角煤易发生剪切破坏,但考虑回采巷道掘进、设备运行及服务年限等需求,常用异形巷道;采用"锚网+钢带+锚索"的支护形式,加强异形巷道顶板帮及坡顶煤的支护,满足支护阻力大于F1和F2,可明显减少巷道围岩变形,保持巷道的稳定性.     

特厚煤层回采巷道顶板变形特征及控制技术

为了解决特厚煤层回采巷道顶板变形严重、支护困难等问题,通过现场观测和理论分析得出特厚煤层回采巷道变形因素及其特征,并利用FLAC3D数值模拟软件分析了在原支护和高强恒阻让压锚网索联合支护2种护巷方式下巷道围岩变形情况.研究结果表明:含软弱夹层的特厚煤层回采巷道自稳时间短,变形速度快,顶板破碎严重,塑性区破坏范围较大,巷道顶板整体变形明显;高强恒阻让压锚网索支护系统能够适应围岩高应力的特点,遏制顶板过度变形破坏,满足该地质条件下巷道顶板大变形的趋势.工程实践表明,高强恒阻让压锚网索支护时巷道顶板最大下沉量为206 mm,并且现场未出现锚杆(索)破断失效的情况,支护结构能够满足巷道顶板变形特征,保障综放工作面的安全高效生产.研究结果可为类似条件下的巷道顶板控制提供参考.     

低应力软岩复合顶板大变形煤巷支护技术

 低应力软岩复合顶板煤巷,虽然埋深较浅,围岩自重应力水平不高,但因顶底板岩层岩性及结构的特殊性,巷道围岩具有软岩的特性。以黑沟煤业有限公司主采4-2煤层回采巷道为工程背景,对该地质条件下巷道支护技术进行研究,结果表示,锚杆支护产生的夹持作用可提高巷道浅部围岩完整程度及深部围岩承载能力,缩小浅部围岩的破坏范围;锚索支护能够提高深部围岩与浅部围岩的整体性,减缓围岩的整体沉降运动趋势;金属网与钢带可加强对表面围岩的约束作用,限制破坏区向深部发展和表面围岩的冒落变形,减小顶板岩层的变形;底角锚杆能够促使应力峰值向深部的转移,减轻垂直应力向水平应力的转化程度,控制巷道底臌变形。上述支护方式的综合运用,可实现复合软岩大变形煤巷的有效支护。     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

综放大断面巷道围岩失稳因素分析与控制技术

东滩煤矿1306轨道顺槽为综放大断面厚顶煤巷道,回采过程中顶板离层量大,部分地段发生过大面积锚杆、锚索破断现象,巷道两帮出现明显的剪切滑移大变形,帮顶基角处破坏严重。本文基于综放大断面厚顶煤巷道围岩破坏特征,分析其主要影响因素:上覆围岩裂隙发育存在明显不稳定的软弱夹层、区内应力异常、前期支护不合理等;提出高预紧力锚杆索协同强化控制原理及技术,关键在于顶板高性能锚杆预应力支护技术、高帮部桁架支护技术、帮顶基角"斜拉"锚索梁支护技术等,较好解决了综放大断面煤巷支护技术难题,回采期间断面收缩率控制在30%以内,为工作面安全高效回采提供了必备条件。     

东欢坨矿动压大变形巷道锚网索支护参数优化及实践

为解决动压影响条件下深井软岩大变形巷道难以维护的问题,本文对东欢坨矿巷道围岩弱结构变形特征和锚固支护机理进行了分析,考察了回采巷道受采动影响的围岩变形特点,对现有锚网索支护参数进行了系统优化,继而提出了该矿深井软岩大变形巷道锚网索支护的设计方案:锚杆提高围岩自身承载能力+底角锚杆控制底鼓+锚索缩小顶板岩层拉应力区范围+金属网形成柔性支护体系。井下实测结果表明,锚网索联合支护可实现大变形软岩回采巷道的有效支护。为其它矿区类似条件下的动压巷道合理支护提供了借鉴。     

极松散煤层复合支护技术研究

针对巷道所处煤层松软、埋深大、蠕变变形难以控制的问题,以芦岭煤矿为研究背景,在分析芦岭煤矿巷道原支护变形大的基础上,提出"平顶棚+梁锚注+网布"的复合支护技术.运用ABAQUS软件对新支护形式蠕变前后的应力及位移分布情况进行仿真模拟,给出了巷道顶中、底中和帮部中点的蠕变位移曲线,并与现场监测数据进行了对比分析.结果表明:采用"平顶棚+梁锚注+网布"巷道围岩支护方案,能有效控制围岩的蠕变变形,巷道顶板最大蠕变量仅为4mm,两帮移近量为60mm,底臌蠕变量为174mm,巷道总变形量减小,现场监测结果与数值模拟结果十分吻合且在巷道开挖13 d后变形趋于稳定,满足安全生产的要求,为极松散煤层巷道围岩的加固及支护提供借鉴.     

新汶某煤矿深部开采过渡区巷道支护技术与实践

新汶某煤矿深部开采过渡区-550 m巷道在高应力作用下围岩变形加剧,原"锚网+喷浆"支护形式下,巷道出现明显的底鼓变形。本文应用FLAC~(3D)数值分析软件,对该矿-550 m水平巷道"注浆+锚喷网+锚索+底角锚杆"的支护形式与原支护形式进行对比分析。分析结果表明:新支护形式下,顶底板移近量由102.7 mm减小到29.8 mm,塑性区分布范围也大大缩减。现场巷道围岩变形监测数据证明了该支护形式对深部开采过渡区巷道围岩变形具有较好的控制效果。     

复合顶板围岩结构失稳分析及支护方式优化

针对金家渠煤矿二煤复合顶板支护难题,通过对巷道围岩变形表现形式、复合顶板围岩破坏准则、围岩变形、控制机理的研究,提出了"柔性抗剪支护+髙预应力帮部加固+弱面补强+喷浆封闭"控制方式。顶板支护采用髙预应力锚索桁架,形成加强锚索支护为骨架、短锚索支护为连续带的支护体系,其中锚索采用?17.8 mm×4300 mm预应力钢绞线,间排距800 mm×900 mm;补强桁架锚索采用?21.8 mm×7300 mm预应力钢绞线锚索+11~#工字钢,沿巷道中心对称布置,间排距2000 mm×1800 mm;巷帮高侧区域施工??17.8 mm×4300 mm钢绞线锚索,低侧区域施工?20 mm×2400 mm螺纹钢锚杆;最后喷浆(厚度50 mm)封闭作业。矩形断面能够减少岩层之间的滑动,进而降低对互层结构的破坏,最大程度提高复合顶板的完整性。通过支护方式及掘进断面优化,巷道收敛量≤30 mm,减少了后巷维护工程量,有效控制顶板变形。     

软岩大变形巷道破坏机理与支护技术

针对软岩大变形巷道围岩控制难题,以象山矿井南一石门为工程背景,采用现场取样、物理相似模拟和FLAC~(3D)数值计算,分析了巷道围岩物理力学性质,掌握了巷道各阶段围岩基本变形规律,得出巷道变形表现为四周收敛,具有明显的软岩特征,变形速度达3～4 mm/d.研究发现:巷道底板极限平衡区最大深度为3.57 m,两帮极限平衡区最大深度为1.86 m,顶板极限平衡拱高度为4.26 m.基于上述分析,结合"自稳平衡圈理论",提出合理的巷道支护方案,采用直墙圆弧拱带反拱优化断面,确定了全断面采用锚杆锚索+钢筋梯子梁+金属网喷浆支护,对围岩极其破碎阶段进行注浆,顶锚杆长度2.4 m,锚索长度6 m;帮锚杆长度2.4 m,锚索长度4 m;底板采用长度1.5 m的注浆锚杆,全断面采用金属网喷浆封闭。该研究方案已被矿区采纳。     

永明煤矿5104工作面回采巷道支护可靠性研究

永明煤矿5104工作面属于典型的薄煤层开采。为了评价现有回采巷道支护方案的安全可靠性,制定了针对性的巷道矿压监测方案。矿压观测结果显示:巷道围岩变形量小,巷道断面收缩率平均仅0.78%;顶板锚杆测力计最大读数为5 MPa,两帮锚杆测力计最大读数为8 MPa,小于顶板和两帮锚杆设计锚固力。从巷道监测数据分析,巷道两帮和顶板在超前支承压力的作用下没有明显的破坏和塑性变形,现有的支护方案安全可靠,能够达到控制变形与破坏的目的。     

高应力软岩巷道预应力桁架锚索支护技术

曲江矿212风巷属于深部高应力软岩巷道,原有的"锚索+锚杆+梯子梁+金属网"联合支护并没有从根本上解决大变形问题.通过数值模拟与实践经验,在原有支护的基础上分析了巷道破坏的原因并提出了预应力桁架锚索支护方案.实践表明:预应力桁架锚索与传统锚杆、锚索相比具有抗剪强度高和有效加固两帮减少顶板下沉等优点,能减小塑性区范围,提高围岩的稳定性.     

软弱破碎围岩运输巷道变形机理及修复支护

为解决井下软弱破碎围岩巷道的支护问题,以巴鲁巴铜矿580 m水平运输巷道为研究对象,对巷道稳定性进行监测,分析巷道的变形特征及其影响因素,认为应力集中、围岩软弱破碎、支护强度低以及水的影响是巷道变形的主要影响因素。对巷道变形机理进行研究,建立巷道力学模型,在此基础上结合现场实际提出"钢拱架+长锚索"联合支护方案。使用FLAC3D对修复前后巷道稳定性进行模拟分析。研究结果表明:修复后巷道应力集中区域远离巷道表面,巷道围岩塑性区域面积下降40%。对巷道进行修复并对其稳定性进行监测,60 d内巷道两帮最大收敛变形量为39 mm、顶板最大下沉量为50 mm,没有明显的底鼓发生,巷道变形得到有效控制。     

煤矿巷道支护与矿压观测研究

采用SLG-02收敛计、KDM-2多点位移计监测巷道周边收敛与围岩深部位移,采用MJ-16锚杆测力计、KDM-1测力锚杆对巷道锚杆工作状态及力学性能进行观测。通过对锚喷护巷道实施矿压观测及数据处理分析,研究巷道顶板、两邦及围岩深部变形规律,分析锚杆变形规律与支护结构的合理性。从而,评价巷道支护现状,判别巷道稳定性,优化巷道支护方案,确定合理支护参数,提出技术改进措施,为煤矿安全生产管理提供科学依据。     

锚杆锚索联合支护技术在薄煤层复合顶板回采巷道的应用

本文分析薄煤层工作面回采巷道围岩赋存特点总结变形破坏规律,浅析薄煤层复合顶板回采巷道的支护机理,由巷道支护参数的确定锚杆、锚索联合支护的技术方案,通过理论与实践研究,锚杆锚索联合支护技术支护效果良好,最大限度地保持了巷道围岩的完整性。     

复采条带煤柱沿空掘巷稳定性研究

详细分析了条带煤柱复采时沿空掘巷的支护特点。预板锚杆对沿空掘巷的总体稳定性无法起到有效的控制作用,只有提高围岩的强度,发挥围岩的自承能力才能对巷道起到有效的支护作用。针对岱庄煤矿矿2351工作面的具体地质条件确定了具体的支护方式。通过对巷道的支护效果监测分析在该支护方式下,巷道两帮及预板在巷遭开挖初期变形明显,两帮变形尤其是非生产帮变形明显大于项板变形;由于采空区上方顶板跨落倾斜作用于非生产帮外侧,非生产帮2．2m处所受压力大于1．0m处所受压力;巷道掘进完成以后变形和压力仍然有所增加,但最终趋于稳定。研究表明采用高强度左旋连续螺纹锚杆加低松弛预应力错索的联合支护方式能够保证巷道两帮及顶板围岩的稳定性。