JS复合型软岩顶板条件下煤巷锚网支护技术

基于现场实践及工程地质调查,结合工程地质理论与大变形力学原理,确认了镇城底矿煤巷顶板具有节理化软岩的特点,并具有膨胀型和结构变形型的复合型变形力学机制.应用有限差分程序FLAC2D,进行了软岩项板复合型变形力学机制向单一型转化的力学对策和支护参数优化的模拟分析,提出了锚网索联合支护形式和支护顺序.经现场工业性试验,成功解决了在采动压力下煤巷软岩顶板难以支护的难题.     

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。     

煤巷复合顶板破坏特征与垮落规律数值模拟研究

针对煤巷复合顶板岩层结构类型多样性,顶板稳定性也表现出显著的差异性问题,本文根据软硬岩薄厚、组合情况以及在煤巷顶板位置关系,对煤巷复合顶板岩层结构类型进行精细化划分,获得煤巷不同岩层组合结构复合顶板结构类型,在此基础上,采用UDEC离散元数值方法对复合顶板稳定性进行模拟研究,获得煤巷软硬岩不同组合类型复合顶板条件下的破坏特征与垮落规律,为煤巷顶板结构分类和支护设计提供理论依据。     

煤巷复合顶板变形破坏机理与与锚杆（索）支护作用的探究

煤巷复合顶板变形破坏现象日益增多，严重威胁煤矿的安全生产。在复合顶板的煤巷中，保持复合顶板及两帮稳定，控制和减小围岩的变形，提高围岩整体稳定性，已经成为该类巷道管理的关键点。本文以亭南煤矿二盘区204工作面顺槽煤巷复合顶板为研究对象，在分析煤巷复合顶板锚杆变形破坏机理的基础上，对复合顶板煤巷的锚杆（索）支护作用进行探讨和研究。     

大变形软岩巷道2次耦合支护参数优化

山东省菏泽市彭庄煤矿西翼-500 m水平行人大巷属于典型中深部软岩巷道,由于支护对策不合理导致围岩变形破坏剧烈。为了得到围岩的变形规律及破坏机制,进行矿压监测、松动圈探测、围岩物理力学参数测试、地应力测试等研究,并提出2次耦合支护方案。为进一步研究2次耦合支护力学机制,对初次支护和2次支护后围岩塑性区与应力分布特点以及初次支护后10~60 d内进行2次支护围岩变形规律进行数值模拟分析。研究结果表明:2次耦合支护能有效控制围岩塑性区的发展,改善应力分布状态,最佳2次支护时间为巷道初次支护后的30~40d。2次耦合支护能有效控制围岩稳定,减小围岩变形,能为类似软岩巷道支护工程提供一定的参考。     

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。     

不同岩性组合条件下顶板采动效应研究

针对工作面回采后采动顶板稳定性的问题,通过FLAC3D数值模拟软件建立8种不同岩性组合条件下顶板采动效应模型,研究不同组合条件下采动顶板的应力和位移分布变化规律。研究结果表明:顶板全为硬岩时顶板垂直集中应力最大,全为软岩时最小;顶板的剪应力集中区主要位于上覆岩层的硬岩中,剪应力最大组合顶板类型为软-硬-软-硬组合;在不同岩性组合顶板条件下,顶板为软岩时其变形量远大于顶板为硬岩及软硬岩结合时的变形量;相同顶板条件下随着距离的加大,顶板垂直位移量呈现降低趋势。研究结果可为工作面布置方式和顶板支护方式的选择提供参考依据。     

急倾斜重复采动软岩巷道失稳破坏分析

基于赵家坝煤矿3964巷道围岩稳定性控制,采用地质雷达现场探测和理论分析结合的手段确定了巷道围岩的松动圈范围,并对多次重复采动条件下急倾斜煤层软岩巷道围岩失稳破坏机理进行分析。结果表明:复杂的地质力学环境、重复采动影响和支护方式及参数不合理是造成巷道呈"底板隆起,顶板下挫"相互错动的非对称性变形破坏的主要原因。在此基础上,提出了以高强高预应力扭矩应力锚杆、高强度让压均压锚索为基础的非对称性多介质结构耦合支护对策,并在生产实践中取得了良好的技术经济效益。     

煤矿软岩巷道掘进支护技术探讨

在煤矿软岩巷道的施工建设中,其掘进支护技术的应用关系到整个巷道的稳固性,对于保证煤矿开采人员的人身安全具有重要意义。在煤矿软岩巷道掘进支护施工过程中,由于软岩强度低,围岩应力水平较高,岩层中的粘土矿物质会吸水膨胀,影响到支护结构的稳定性,需要通过提高围岩强度、围岩支护表力等方式来降低岩层变形对掘进支护施工的影响,目前普遍采用的软岩巷道支护技术锚杆联合支护技术与锚网喷支护技术,需要根据煤矿开采区域的地质特点来选择合适的掘进支护方式。     

南屯煤矿深部沿空巷道耦合支护技术

通过研究,确定了南屯煤矿九采区93|02综放工作面沿空回采巷道围岩为高应力节理化复合型(HJ型)软岩,根据巷道围岩变形力学机制及其转化对策,确定了锚网索耦合支护设计方案,即采用破底板掘进和超前支护优化围岩结构,采用直墙圆拱形巷道断面优化围岩受力状态,锚杆为直径22 mm,长2 500 mm的螺纹钢锚杆,间排距800 mm ×500 mm,配合钢筋网及复合托盘,锚索长度为6 800 mm,排距2 000 mm.工程应用表明,巷道掘进期间围岩基本没有变形,工作面回采期间,顶底板变形量累计456 mm,两帮相对移近量累计518 mm,能够实现深部松软厚煤层沿空巷道围岩稳定性的有效控制,为工作面的安全高效生产创造了条件.     

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.     

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.     

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。     

深井岩巷破坏机理与支护优化研究

岩巷的稳定性评价与支护设计对深井岩巷掘进和维护十分重要。为了开展深埋煤矿岩石巷道围岩稳定性分析和锚网支护参数优化分析,以文家坡煤矿深埋一号辅助运输大巷为工程背景,采用多种监测手段完成了岩巷变形特征的实测分析,然后运用数值模拟的方式从巷道围岩塑性区发展规律和围岩应力变化特性两方面分析了巷道围岩变形破坏机理,最后根据现场监测和模拟结果优化了该巷道的支护方案,并进行了模拟验证。结果表明:随着巷道不断地向前掘进,巷道两帮围岩塑性区厚度先增大直到逐渐稳定,自重引起的水平应力使巷帮向巷道内收敛,顶板产生剪切破坏,两帮产生劈裂破坏;原支护方案作用下巷道围岩变形量非常小,锚杆(索)支护方案过于保守。将帮部锚杆长度由2.7 m优化到2.3 m后,在其他支护参数保持不变的情况下支护可以满足巷道稳定性的要求。     

羊场湾煤矿大断面巷道支护参数分析与选择

大断面巷道受赋存环境、开采扰动及人工支护的耦合影响,其稳定与否直接决定矿井的安全生产。以破碎围岩环境下羊场湾矿大断面巷道为背景,采用理论分析、FLAC3D数值模拟和锚杆测力计、压力表等现场监测方法,综合分析了锚杆受力和巷道变形情况,并定量确定了巷道的支护参数。实践表明:顶板和两帮锚杆(索)采用850mm×850mm,850mm×900mm的支护能够满足矿井安全开采的需要。     

新安矿深部软岩巷道大变形特征及原因

新安煤矿是在建矿井,煤系地层属中生代地层。巷道埋深达1 000 m,不仅应力高,地质构造复杂,而且煤层顶底板以泥质岩石为主,含膨胀性矿物,岩石松散破碎、强度低。巷道开挖后,出现严重底臌、折帮和顸沉等非线性大变形破坏现象。运用工程地质学、软岩工程力学、黏土矿物学等多学科理论,采用工程地质调研、室内实验研究相结合的手段,对新安矿回风石门软岩巷道的变形破坏特征及其原因进行深入研究。研究认为:深部软岩巷道所处地质环境和围岩特征是产生非对称变形破坏的客观原因;普通支护的局限性是造成大变形破坏的主观原因。应该有针对性地采用有效支护方式,实现围岩与支护体在强度、刚度和结构变形三方面的耦合,有效控制变形,保证巷道稳定。该研究为下一步有针对性地进行支护设计提供了理论依据和指导性建议。     

煤层巷道预排瓦斯带的流固耦合效应数值模拟

针对在研究本煤层瓦斯涌出规律时,没有准确方法确定煤层巷道预排瓦斯带宽度的问题,基于瓦斯渗流和煤岩变形理论,建立含瓦斯煤岩体瓦斯渗流方程和煤岩巷道变形场方程,确立了煤层巷道预排瓦斯带流固耦合数学模型,以沁水煤田综掘煤层巷道作为实例进行数值模拟计算,研究得出含瓦斯煤岩巷道损伤的时空演化规律.提出基于示踪原理的实测煤层巷道预排瓦斯带宽度的方法,实测考察与数值计算结果具有一致性.研究提出的方法能够解决煤矿工作面瓦斯涌出量预测精度问题.     

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。     

大埋深跨采巷道变形机理分析

巷道受采动影响时,应力重新分布,围岩处于卸压状态,导致巷道变形严重。针对这一现象,在华恒煤矿-1000m水平副暗斜井,利用现场实时在线监测数据和数值模拟计算,分析了跨采巷道随采煤工作面推进的变形破坏规律。监测数据表明,巷道变形包括顶板下沉、两帮移近和底鼓,其中底板变形破坏最严重。数值模拟分析得出,跨采后的巷道底板和右帮塑性区范围比跨采前有较大增长;在巷道顶底板处,围岩垂直应力处于卸压状态,水平应力出现应力集中现象。垂直应力的卸压和水平应力的横向作用是造成巷道底鼓的力学原因,底板没有采取支护措施是造成底鼓的直接原因。