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。     

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。     

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。     

深部高应力巷道的非对称大变形

针对深部巷道尤其是倾斜岩层中的巷道围岩大变形问题,根据和分解有限变形力学理论,采用深部工程软岩大变形力学设计与分析系统(LDEAS)对旗山-1000 m 水平北翼轨道联络大巷的开挖过程进行了数值模拟.结果表明,倾斜岩层中巷道出现底板臌起、两帮缩进,顶板出现大面积的下沉;底板臌起、两帮缩进量的最大值和顶板的最大下沉量均随着巷道底板下岩层弹性模量的降低而呈增大的趋势.和分解增量法分析模型下巷道顶板的最大下沉量要小于两帮的最大收缩量,但是极分解增量法分析模型下巷道顶板的最大下沉量却大于两帮的最大收缩量.     

矿井工作面开采底板破坏规律钻孔电法测试分析

煤层开采过程中工作面底板岩层变形与破坏特征可利用物探方法进行综合测试与判断。淮南潘北矿3煤层距底板灰岩层较近,现场利用底板巷道布置钻孔电法测试系统,根据煤层开采进度进行实时监测,获得了煤层开采过程中底板岩层电阻率值变化过程参数,结合背景值对比分析获得了岩层破坏特征规律认识。结果表明,该工作面3煤层顶分层开采破坏深度为14.5 m左右,其结果动态、可靠。     

厚煤层软煤巷道围岩活动规律及支护数值分析

利用模糊综合评判法对软煤厚煤层全煤巷道围岩稳定性进行预测分类,介绍了分类指标原始数据的预处理方法及其对聚类中心隶属度的确定方法;根据分类结果,通过工程类比确定了锚杆、锚索支护参数;采用FLAC3D软件,针对巷道沿煤层顶板、底板掘进,在锚杆(索)支护条件下,对围岩活动规律进行了分析与对比。结果表明:无论沿顶布置还是沿底布置,巷道两帮底部的变形量均大;当巷道沿煤层顶板布置时,煤底的底鼓突出;当巷道沿煤层底板布置时,巷道煤顶是支护控制的重点。通过顶围岩变形的对比,巷道沿煤层底板布置,加强顶部中间部位和两帮底部的支护是维护巷道围岩稳定的有效措施。     

关于松软煤层加强锚帮支护的实践应用探讨

松软煤层巷道支护是煤矿井巷支护的难点和重点。多年来,关于软煤巷道的支护研究与现场实践均有了很大的发展。在高应力松软煤层巷道围岩承载结构中,两帮和顶板松软、破碎,巷道一旦开挖,两帮在较短时间内即可能发生破坏失稳,这对巷道顶底板的稳定性十分不利。所以,若想控制特厚松软煤层巷道稳定性,必须采取相应的支护手段对松软煤帮及时进行加固,防止围岩产生过大变形量,从而使巷道维持在稳定状态。     

急倾斜煤层走向综采覆岩破坏特性研究

为研究急倾斜煤层走向综采覆岩变形及破坏规律,采用力学分析、相似模拟实验及数值模拟分析,得到工作面覆岩破坏特性及岩层移动规律.研究表明:(1)急倾斜煤层综采面推进后,顶板位于工作面中部偏上覆岩处的岩层出现了挠度最大值,导致顶板断裂呈现由工作面顶板岩层的"中上部-上部-中下部-下部"的垮落顺序.(2)工作面上部覆岩以产生拉伸破坏为主,中、下部覆岩以剪切破坏为主;直接顶冒落的矸石充填下部近1/3的采空区域,且上部出现垮落区域比下部范围明显更大.(3)工作面下部应力集中系数比上部大1.2倍左右,工作面的下部端头支护处在极不均匀的高应力集中区,工作面端头及超前支护相当困难.     

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.     

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。     

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。     

锚网支护在近距离煤层开采中的研究与应用

通过对近距离煤层开采时,上层煤采后煤层顶底板移动规律及影响范围进行分析,提出下层煤开采时,在保护煤柱边缘附近布置巷道,应采用内错式布置,该种布置方式使巷道承受压力大为减小,采用锚杆、网片及配套锚索可有效支护巷道顶板,能将下层煤开采时的回采巷道变形控制在允许变形范围内,支护难度降低,支护成本及巷道维护费用也大大降低。同时针对下层煤回采时,巷道围岩受二次采动影响,变形加剧,提出了加强超前支护距离及提高超前支护强度等方法,有效的控制了巷道顶底板变形,保证了巷道正常使用。     

构造应力对煤层顶板稳定性影响的数值分析

煤层顶板垮落是煤矿生产常见的灾害,煤层顶板稳定性预测是防治顶板事故的关键技术措施。构造应力是影响煤层顶板稳定性的重要因素之一。利用FLAC3D软件,分析在构造应力的影响下煤层顶板在采动过程中的变形破坏特征,以及不同侧压条件下煤层顶板的移动规律。结果表明,顶板破坏在岩梁中部是由下向上发展的,在一定的条件下,随着水平构造应力的增大,顶板破坏范围逐步减小,顶板岩层的位移逐步减小。     

近距离煤层采空区下回采巷道合理位置的选择

本文以东欢坨煤矿9煤层与12_(-1)煤层近距离煤层开采为研究背景,采用理论分析和FLAC3D数值模拟方法,研究了回采巷道合理位置的选择问题。结果表明:通过理论计算9煤层开采后底板最大破坏深度达到26.6 m,对部分12_(-1)煤层开采造成一定影响;2322工作面回采巷道应布置在应力降低区,距9煤层煤柱边缘水平距离16 m的采空区下,这样对巷道两帮位移及顶板位移影响相对较小。该矿2322工作面的回采实践证明了巷道布置的合理性。     

基于地质雷达探测的煤—岩分界面实验分析

煤矿巷道掘进过程中,如果煤层相对比较厚无法进行全断面掘进,会在巷道的顶板或底板留有一定厚度的煤层,等待工作面回采过程中再次全部回采。因此,需要事先了解煤层顶—底板的煤层的变换,即煤岩界面的实时快速的识别。本测试实验地点在单候煤矿巷道下进行,利用煤和岩石的物理电性差异,采用高频电磁波反射方法(即探地雷达方法)识别煤—岩界面。最终得出单侯煤矿5104工作面43.8 m和50.2 m测区煤—岩分界面变化图。     

大跨度含夹层软岩巷道支护技术研究

以屯兰煤矿12501工作面回采巷道为工程背景,运用实验室试验、现场实测及数值模拟的方法,研究了巷道顶板岩性及掘巷期间围岩变形规律,并对比分析"锚杆+锚索"和"锚杆+长锚杆"支护条件下巷道围岩应力场及塑性区的特点.研究结果表明:大跨度含夹层软岩巷道顶板岩层岩性和强度较弱,巷道围岩在掘进期间顶底板变形量明显大于两帮移近量,"锚杆+长锚杆"联合支护可以取得明显的维护效果.     

大倾角坚硬顶板厚煤层矿压规律数值计算

为了研究大倾角坚硬顶板厚煤层矿压显现规律,应用RFPA数值计算软件对大倾角坚硬顶板厚煤层顶煤的运动规律、顶底板的跨落规律及变形位移情况进行了模拟.得到主要结论为:大倾角煤层沿倾斜方向采场上覆岩层的移动和变形破坏特征是不对称的;上覆岩层在法向载荷的作用下普遍产生挠曲变形,变形规律为采场中上部下沉量较大,采场下侧下沉量较小;直接顶初次跨落步距约30 m;老顶初次来压步距约60 m,周期来压步距18～22m.     

三软煤层老空区煤柱开采巷道支护技术试验研究

新庄煤矿3304工作面为煤软、顶板和底板岩层都软的三软煤层老空区煤柱开采,顺槽巷道沿空掘进,底鼓强烈,严重影响正常生产.为确定合理的支护形式,控制底鼓的产生,现场测定了支架的受力及项、底板移动变形,分析了影响巷道底鼓的因素,通过井下底板锚网支护试验,提出该开采条件下的巷道支护形式,现场应用效果较好.     

近距离采空区下大断面巷道顶板稳定分析

近距离采空区下大断面巷道顶板受煤层开采和巷道掘进两次采掘扰动,为研究两次扰动对巷道顶板稳定性的影响,以任楼煤矿Ⅱ8224切眼巷道为工程背景,利用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,对采空区卸荷影响深度和巷道采掘扰动特征进行分析。结果表明：采空区卸荷影响深度的理论计算结果、数值模拟计算结果与钻取岩芯分析结果三者一致,受卸荷影响范围内的岩层会向上隆起;采空区下大断面巷道顶板的下沉时间为14d,最大下沉速度仅为15 mm/d。得出结论：采空区卸荷对煤层底板的扰动破坏影响深度为5.2 m;受采空区卸荷影响,巷道顶板下沉时间、下沉速度和下沉量较小。     

煤巷围岩松动变形对边掘边抽的影响分析

随着煤巷掘进工作面的向前推进,破坏了原始煤体的稳定性,煤层巷道两侧的煤壁在一定范围内形成一个松动变形圈,在此变形圈内煤岩体将向巷道空间移动。根据数值模拟计算和现场观察与测试,发现随着巷道沿煤层向前掘进,掘进头以及巷道两帮煤体的应力变化影响圈或松动变形特征呈“U”字形状。在“U”字形松动变形范围内,煤层透气性系数增加数十倍。现场考察了松软厚煤层巷道周围煤岩体位移及松动变形对边掘进巷道边抽放瓦斯效果和影响抽放瓦斯效果的因素,对边掘边抽布置方式和封孔工艺的改进具有一定的指导意义。