加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

黄陵一号煤矿围岩工程分类研究

根据煤岩物理力学性能、巷道收敛变形和围岩松动范围测试的数据，认定黄陵一号煤矿巷道顶板为Ⅳ类稳定性较差岩层。     

渗水弱化薄页岩层交岔点支护技术

针对彭庄煤矿巷道围岩节理、裂隙发育,特别是薄页岩层受水浸蚀后,岩层软化严重的复杂地质条件,在富含地下水的层理、节理、裂隙发育的粉细砂岩互层中构筑大断面的交岔点,提出采用锚索施加较大预应力,限制巷道围岩离层,然后采用内注浆锚杆进行注浆赶水和加固围岩的方案。并对交岔点围岩收敛变形进行了长期的监测,监测结果表明交岔点两帮和顶底板的总变形量依次为24 mm和30 mm,这说明交岔点采用高强锚杆、锚索、锚注的联合支护方案,有效地封堵了围岩裂隙水,提高了岩石抗压强度以及岩体的整体性和承载能力,实现了大型交岔点围岩和支护结构的长期稳定。     

贵州沿空留巷支护技术的分析与改进

针对贵州某煤矿沿空留巷在原有支护条件下,靠上帮一侧顶板以及下帮底角的岩层变形破坏较严重的情况,对巷道支护方式进行改进。利用数值模拟软件,对改进支护后的巷道围岩变形破坏情况进行分析。研究发现：改进支护后的巷道围岩变形破坏情况得到明显改善,改进后的支护方式能够较好地阻滞巷道上帮一侧顶板和下帮底角的岩层严重变形破坏,从而保持巷道围岩的完整性和稳定性,研究可为类似条件矿井沿空留巷的支护方式提供参考。     

大同煤业股份有限公司燕子山矿8#层围岩及支护参数优化

大同煤业股份有限公司燕子山矿巷道顶板稳定性较好,北翼回风大巷、轨道大巷以及运输大巷顶板是石灰岩,底板是细砂岩,两帮全部为煤层。为了合理评价燕子山矿巷道顶板的稳定性,本项目计划采用现场调研、围岩物理力学性质试验分析、理论分析和数值模拟计算等综合研究方法,来进行燕子山矿巷道顶板稳定性分级,据此来优化燕子山矿巷道支护参数。巷道围岩分类及巷道支护参数优化项目研究工作,是通过北翼回风大巷8#煤围岩微观分析、力学性能试验、北翼回风大巷巷道支护参数的优化设计研究等工作。项目主要研究内容包括:巷道围岩物理力学参数测试与分析、巷道围岩顶板稳定性分级、巷道支护设计理论研究、巷道支护参数的优化设计。总之,本项目以矿山岩石力学、弹性力学等理论为指导,结合理论分析、现场调研、常规力学试验和数值模拟等方法,进行燕子山矿8#煤层巷道围岩稳定性分级及巷道支护参数优化设计。     

回采巷道底臌力学原理及控制研究新进展

分析了国内外回采巷道底臌力学原理及控制技术方面的研究成果.传统的底臌控制研究均围绕巷道底板进行,难以从根本上解决回采巷道底臌控制问题.通过现场试验及理论分析认为,回采巷道底臌的主要影响因素是工作面超前支承压力,回采巷道底臌主要来自底板破碎岩层的峰后变形,而顶板、两帮的变形对底臌亦产生重要影响,因此,回采巷道的底臌控制与巷道围岩整体稳定性有关,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固帮、角可较好地控制回采巷道的底臌.参47.     

湿度场下矩形巷道围岩破坏规律的数值研究

为探究高湿度环境对矩形巷道破坏过程的影响,利用湿度-应力-损伤耦合模型,采用岩石破裂过程分析软件湿度版,建立3种层状岩层煤巷数值模型及3种开采方式的煤-岩巷道数值模型,再现湿度场下矩形巷道围岩破坏过程,分析湿度场下巷道变形随时间变化的特点。结果表明:湿度对矩形巷道的变形和破坏有显著影响。煤巷的破坏裂纹首先在两帮的煤层中萌生,进而扩展到强度较低的顶板或者底板,最终扩展到强度较高的岩层中;煤-岩巷道顶板的变形量与煤层的相对位置有关,虽然破坏同样先出现在煤层中,但是与煤巷不同的是,裂纹向距离煤层近的顶板或底板扩展。     

活鸡兔煤矿顶板稳定性分析与支护方案设计

为精细化研究活鸡兔煤矿2-2煤层顶板岩层稳定性并提出针对性的支护方案,采用理论分析、现场探测、数值模拟等方法对活鸡兔2-2煤层范围内岩层顶板稳定性进行了分析与计算。结果表明：活鸡兔2-2煤层巷道以Ⅰ类顶板为主,局部区域出现Ⅱ类和Ⅲ类顶板;巷道顶板整体完整性好,局部小裂隙发育;工作面回采扰动对Ⅰ类顶板巷道稳定性影响较小,对Ⅲ类顶板巷道存在有限影响。据此提出了活鸡兔2-2煤层Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类顶板条件下巷道支护方案并进行了现场试验,结果表明所提出方案能有效地维护巷道顶板稳定。     

孙疃矿南大巷深井复合顶板锚杆支护技术研究

随着煤矿开采深度的增加,煤炭赋存条件复杂,巷道压力显现日趋激烈,相当一部分巷道布置在岩石松软、变形剧烈的岩体、煤体或半煤岩体中,深井巷道＂失稳＂普遍存在,采用合理的软岩支护形式与支护参数保证深井巷道稳定已经成为煤炭开采是否能正常顺利进行的关键问题。孙疃矿南大巷为基本开拓巷道,受地质构造影响,围岩主要以煤线、泥岩、粉砂岩等为主,其顶板为典型离层型顶板。目前复合顶板特别是高地应力作用下的锚杆支护技术一直是一个未能很好解决的难题,由于复合顶板巷道围岩为差异性很大的非均质层状赋存,采动后或因岩石强度低,或因分层薄,其挠度比上部岩层大,向下弯曲,而上、下部岩层间又没有多大的粘结力,在围岩应力作用下表现为顶板极易离层、冒落,难以形成承载结构,强烈的两帮移近、片帮及整体下沉,导致复合顶板下沉而离层破坏。该类回采巷道若采用传统支护方式如工字钢支架、U型钢可缩支架支护时不仅在掘进期间围岩变形剧烈,而且在掘后较长时间内也难以趋于稳定、变形量大,在服务期间需多次返修,巷道维护极为困难。     

深井沿空掘巷底臌机理研究

分析了国内外回采巷道底臌力学原理及控制技术方面的研究成果。传统的底臌控制研究均围绕巷道底板进行,难以从根本上解决回采巷道底臌控制问题。通过现场试验及理论分析认为,回采巷道底臌的主要影响因素是工作面超前支承压力,回采巷道底臌主要来自底板破碎岩层的峰后变形,而顶板、两帮的变形对底臌亦产生重要影响,因此,回采巷道的底臌控制与巷道围岩整体稳定性有关,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固帮、角可较好地控制回采巷道的底臌。     

深井三软煤层巷道围岩控制技术与工程实践

以丰城矿务局尚庄煤业有限公司-650 m水平西运输上山为例,采用理论分析和现场试验的方法,研究了深井三软煤层巷道的变形破坏机理,认为深井三软煤层巷道围岩是由顶板、底板、两帮组成的复合结构体,两帮和顶板稳定性对底鼓有较大影响,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固两帮和项板能够较好的控制底鼓.因此,提出固帮强顶的深井三软煤层巷道围岩控制技术.该研究成果已成功应用于工程实践,并取得了良好的支护效果.图4,参6.     

巷道围岩裂隙的分形演化规律试验研究

通过对模型巷道的相似材料模拟试验 ,研究了巷道顶板和两帮的裂隙随载荷变化的分形演化规律 ,得出围岩裂隙的分形维数与载荷比呈线性关系 ,两帮的裂隙分形维数一般大于顶板 ,两帮的裂隙分形演化规律相同。通过测量围岩裂隙的分形维数 ,可定量评价巷道的损伤破坏程度和稳定性。     

富水软岩条件下底鼓防治技术研究

富水复杂地质条件下巷道顶底板稳定性较差,以清水营煤矿富水"三软"(顶板软、底板软、煤层软)地质条件作为研究对象,为有效控制软岩巷道变形量,减少巷道维修次数,降低维修成本。通过对清水营煤矿+965 m水平车场底鼓因素分析,提出了适合软岩巷道防治底板底鼓的支护技术,实践证明此方案能够有效控制软岩巷道底鼓变形。     

全耦合分析法在巷道安全评价中的应用

针对巷道工程安全稳定性问题,基于岩石工程系统(RES)理论,提出了全耦合分析方法.根据全耦合分析思想及流程,并在收集的样本的基础上,应用神经网络编码法建立了地下巷道工程的综合交互作用矩阵,认为岩体结构、开采深度和地下水为主要影响因素,并且给出了以开采深度为主要作用的总体正反馈机理路径.最后,应用全耦合方法对沙曲矿进行稳定性分析及优化设计,现场应用及监测结果表明全耦合分析法在巷道安全评价中具有较高意义.图5,表2,参9.     

综放沿空留巷围岩控制机理

采用适于分析岩层断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型,分析了留巷前巷道支护形式、充填体宽度、充填方式、充填体强度和端头不放顶煤长度等对综放沿空留巷的作用和效果.研究结果表明:留巷顶板下沉是老顶回转运动与围岩变形的综合反映;充填体上方顶煤位移由老顶岩层运动引起,由浮煤和充填体压缩变形以及充填体承载前预留变形量3部分组成;留巷前巷道支护形式无法控制老顶回转量,但锚网支护巷道留巷效果比架棚巷道好;端头留设一定长度的顶煤不放,有利于老顶回转触矸后形成具有自稳能力的承栽结构.当采用综放沿空留巷时,在保证顶煤及项板稳定前提下,合理利用围岩移动规律,确定合理充填方式和充填体强度,就能保证充填体稳定,达到很好的留巷效果.     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道 ,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关 .依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律 ,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型 .根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系 ,利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式 .并结合实例进行岩层移动变形预计计算 ,计算结果与实际观测数据十分接近 .图 1,表 1,参 5     

软弱夹层倾角对巷道围岩稳定性的影响

为研究软弱夹层的倾角对巷道围岩稳定性的影响,通过相似原理配制了含不同倾角软弱夹层的物理模型,利用模具对其施加位移边界条件,试验机对其施加垂直载荷,模拟地应力,对物理模型进行模拟开挖。结果表明:含不同倾角软弱夹层的巷道顶部均出现应力集中,呈现塑性变形并最终局部出现冒顶现象。巷道围岩的稳定性和软弱夹层的倾角有一定的关系,软弱夹层的角度越大,夹层和主岩体的结构面越容易发生滑移,整个巷道围岩的稳定性越差。可见软弱夹层的倾角严重影响巷道围岩的稳定性。     

含软弱夹层对巷道围岩承载结构的影响分析

为研究软弱夹层对巷道围岩承载结构和稳定性的影响,采用相似材料模拟和理论分析相结合的方法,通过三种不同方案对比分析了不同支承结构下含软弱夹层巷道围岩受力与变形情况,揭示了含软弱夹层巷道围岩稳定控制机理,并通过现场实测进行验证。结果表明:①巷道顶板和帮部破坏程度明显大于肩部;②采用方案三联合支护能够有效提高巷道围岩应力和承载力;③联合支护方案能够使软弱夹层与上、下硬岩层之间协同耦合承载,减少巷道围岩变形。     

桃山煤矿薄煤层群切顶巷区域应力特征数值分析

为有效防治冲击矿压灾害,利用FLAC3D数值模拟软件模拟分析了桃山煤矿切顶巷区域的应力状态特征,研究切顶巷对顶板的预裂弱化作用和切顶巷的布置参数,结果表明:回风巷下帮与瓦斯巷之间垂直应力较高,而水平应力则在回风巷底板和下帮集中较明显,切顶巷区域应力也明显集中,冲击危险性上升;切顶巷导致的应力集中范围为5～10 m,为了避免两个相邻切顶巷形成叠加应力集中区,两切顶巷间距应不低于20 m。该研究为桃山矿薄煤层群开采切顶巷防冲技术提供了参考依据。     

金能煤矿软岩掘进巷道变形破坏特征及控制技术研究

针对软岩巷道围岩在掘进过程中呈现出的顶板下沉量大、两帮收敛严重等特点,为解决巷道围岩稳定性控制的难题,以金能煤矿二采区1201工作面的运输顺槽为研究对象,基于工作面巷道工程地质条件,采用现场实测、数值模拟和工业性试验等方法,阐述了软岩巷道的变形破坏特征,提出了3种不同的围岩控制方案,利用FLAC3D软件模拟了该巷道围岩水平位移、垂直位移和塑性区分布情况,并进行现场测试。工程应用结果表明：“锚索+W钢带+U型钢+注浆”的支护方案效果明显,提高了围岩的承载能力,实现了巷道围岩的稳定性控制。