深部软岩巷道围岩塑性区演化规律及其控制

针对深部软岩巷道大变形的问题,采用理论分析、数值模拟以及工程试验等手段从巷道围岩塑性区演化规律探讨围岩控制原理.研究发现:深部高地应力软岩巷道塑性区轴比与应力集中之间的恶性循环,造成巷道围岩非均匀大变形,这是导致巷道失稳的主要原因.控制巷道塑性区最大半径方向上的围岩变形,这是关键,提出了"强化最大破坏深度围岩强度,强力控制关键区域巷道表面变形,支护结构协同控制,支护-围岩协同变形"的"两强两协同"围岩控制原理.基于该原理,设计以"可缩性桁架锚索+锚杆(索)"为核心的深部软岩巷道围岩协同控制方案,经工程试验表明该方案可有效地改善巷道围岩的大变形.     

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.     

大断面采动影响煤巷锚索槽钢梁桁架非对称围岩加固技术

为有效控制大断面采动影响煤巷围岩变形和实现支护结构体在围岩控制过程中的持续稳定,提出了锚索槽钢梁桁架非对称支护技术。首先,基于王家岭煤矿20103工作面运输巷地质条件,建立了锚索槽钢梁桁架非对称支护结构力学模型,掌握了非对称支护顶板弯矩分布规律,得到了顶板弯矩减小最大区域距窄煤柱帮2.4 m处。其次,采用数值模拟分析方法对锚索槽钢梁桁架非对称支护参数进行了优化,确定了桁架偏心距为500 mm,锚索长度为8 m,桁架跨距为1.5m等关键参数。最后,在20103工作面运输巷开展了工业性试验分析,工程应用效果表明,在锚索槽钢梁桁架非对称加固下,巷道围岩变形对采动影响的敏感性减弱,巷道围岩变形量较小,保障了20103工作面高强度安全高效回采。     

深部高应力巷道大变形机理与控制对策

为解决深部高应力大变形巷道围岩控制难题,采用理论分析和现场踏勘的方法,分析了双河煤矿深部巷道大变形机理.提出"围岩改性增强+围岩表面应力恢复+围岩卸压应力转移"相结合的围岩控制对策,并结合实际提出"钻锚注一体化+高预应力多维锚索桁架支护系统+顺层钻孔与巷道基角药壶爆破卸压"成套技术体系,通过现场工业试验,取得良好的技术效果.     

鹤壁五矿深部高应力软岩巷道破坏机理及对策

针对鹤壁五矿深部三水平延伸轨道下山高应力软岩巷道支护问题,采用理论分析与数值模拟手段对其变形破坏机理及支护对策进行了研究.结果表明,在深部高地应力及软岩膨胀性作用力的影响下,巷道围岩内部积聚了大量的变形能量,单纯依靠多种支护形式的叠加,而不注重支护体与围岩之间以及支护体之间的耦合是巷道失稳的主要原因.为此,提出了锚网喷+锚索+底角锚杆+桁架耦合支护对策,即通过喷层封闭围岩,锚网柔性支护释放变形能,底角锚杆转移底臌塑性滑移作用力,锚索+桁架支护控制围岩整体变形,从而实现对高应力巷道围岩变形的有效控制.该技术在现场进行了成功应用,取得了良好的效果.     

深部软岩大变形巷道锚注一体化支护技术及应用

为了研究深部软岩巷道变形机制及相应的控制对策,以金川煤矿8202工作面回风顺槽为研究对象,针对深部软弱破碎岩层条件下的巷道围岩控制问题,采用室内试验和现场实测与理论研究相结合的方法,揭示了裂隙发育岩体巷道及典型支护结构体的变形破坏机制,分析了巷道围岩裂隙发育,易吸水膨胀,锚杆支护潜力未有效发挥等造成巷道围岩变形破坏的因素。基于现场围岩支护体系受力与变形数据分析,并通过FLAC~(3D)数值模拟软件,对比分析不同支护方式下围岩变形破坏特征。提出了浅部注浆支护封堵围岩裂隙、锚杆锚索支护配合锚索梁形成多层组合拱的联合支护方式。确定了对巷道围岩破碎严重区段进行注浆,锚杆长度3 m,锚索长度9 m,挂梁锚索长度6 m,锚索梁长度3.8 m,采用11#工字钢,全断面采用W钢带及金属网护表的主要支护参数。结果表明:新方案实施后,巷道表面位移较原方案平均降低72.8%,顶板下沉量大幅度减小,该技术能够有效控制围岩大变形,维护巷道长期稳定。     

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。     

极近距离煤层采空区下巷道支护技术研究

针对极近距离(薄夹矸)煤层开采,下煤层巷道顶板破碎难支护的问题,以南屯煤矿93下12工作面地质条件为背景,通过理论分析,研究了采空区薄夹矸下巷道桁架锚杆支护方式,得到了满足巷道支护要求的桁架锚杆支护系统参数;运用FLAC3D数值模拟,建立不同预应力桁架锚杆及普通锚杆支护模型,对比分析了桁架锚杆支护系统预应力的合理值及其支护效果。研究结果表明,当桁架锚杆支护系统预应力增至4t后,薄夹矸破碎巷道顶板下沉量趋于稳定,最大下沉量仅32mm,明显小于普通的锚杆、锚索支护方式。因此,高预应力桁架锚杆支护可有效控制破碎薄夹矸巷道顶板的失稳变形,提高顶板岩层的稳定性。     

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson’s ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明：巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300～500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。     

预应力锚索桁架支护系统的应用

巷道围岩进入了工程软岩状态后,巷道出现高地压、大变形、难支护的特点.本文对工程软岩特性、支护材料及支护工艺进行深入分析、论证,采用预应力锚索桁架支护系统控制工程软岩巷道围岩,取得了较好的效果.     

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。     

深部复杂条件下锚索注浆支护技术应用

为解决开滦矿区深部矿压显现明显,巷道围岩变形量大、破坏性强、返修率高的问题,吕家坨矿-950二采区6272切眼掘进及扩面过程中,改变常规支护方式,使用注浆锚索锚网联合支护方法,通过中空锚索注浆加固围岩,将松散破碎的围岩胶结成整体,提高了岩体的内聚力、内摩擦角及弹性模量,从而提高了岩体强度及自承能力,有效控制了巷道围岩变形,巷道围岩移进量减小50%左右,节约巷道支护成本。     

深埋准备巷道支护参数设计

深部巷道围岩的力学性质发生了明显变化,从而表现出其特有的力学特征现象：浅部表现为普通坚硬的岩石在深部可能表现出大变形、难支护的软岩特征,分析深埋巷道支护难点,针对提高围岩残余强度、充分发挥围岩自承载能力及巷道围岩弱结构控制原则,提出1015轨道大巷掘进支护方案,为类似条件下巷道支护设计提供参考。     

不同巷道支护方式的数值模拟研究

为解决盛平煤矿工作面巷道支护的问题,以盛平煤矿地质条件为依据,利用数值模拟软件建立了巷道在不同支护方式下的数值模型,得到了不同支护条件下巷道围岩变形、应力分布及塑性区分布变化规律,并分析锚杆和锚索在巷道支护中所起的作用。数值模拟结果表明:锚杆、锚索能够很好的起到挤压悬吊作用,形成了以锚杆为主的承载圈,在锚索的作用下,进一步增强了围岩的组合效应和抗变形能力。锚杆、锚索联合支护对巷道围岩控制起到较好的作用。     

特殊条件下巷道锚索支护结构与参数研究

现场采集五家沟矿5#煤层及顶板煤岩试样,实验室测定其力学参数。运用数值模拟方法,研究简式桁架锚索与单体锚索不同组合结构围岩控制效果,得出厚煤顶块裂煤巷简式桁架锚索关键支护参数。结合工程类比法设计5#煤层辅运大巷简式桁架锚索与单体锚索"交错布置"组合支护方案。实测顶底板相对移近量152 mm、两帮移近量125 mm,围岩控制效果良好。     

深部软岩小角度斜交巷道综合控制技术及其应用

深部软岩巷道斜交主运大巷是矿山工程建设的技术难题之一,两巷交岔部位临空面积大、支护条件复杂,难以形成受力合理的承载体系,随着工作面推进中间岩柱的侧向约束逐渐缺失,常规支护无法达到控制巷道变形的目的。通过对小角度斜交巷道失稳机理的深入分析,提出采用钢桁架传递围岩压力、选用岩柱对穿锚索提供水平约束力的综合加固技术;依托潘四东矿1203下顺槽联络巷与主运大巷斜交工程,基于主、被动支护相协调的原则,提出了两种针对性的加强方案;通过建立数值仿真模型,分析了不同措施的巷道变形特性及加固效果,最终选择“锚网喷+U型棚+对穿锚索”的综合控制措施。通过实测数据表明,采用对穿锚索技术进行岩柱加固,能够有效改善围岩的受力状态,约束巷道的拱顶沉降及边墙位移,验证了新掘斜交巷道处理方案的可行性。得到的结论可为解决深部软弱地层小角度水平斜交巷道的支护问题提供一定理论指导。     

正对上覆近距离煤层强烈开采动压下巷道支护技术研究

为有效控制围岩变形和促进矿井安全生产,提出了利用桁架锚索控制破碎顶板的方法,通过大同煤矿集团公司小峪煤矿现场试验,取得了很好的支护效果,为复杂地质条件、开采动压下近距离煤层巷道支护应用提供了参考。     

深部巷道围岩稳定性控制技术研究与实践

针对邢东矿深部巷道围岩大变形、支护系统严重损毁等矿压显现特征,在分析深部巷道变形破坏机制的基础上,认为改善浅部围岩力学性质、提高支护系统强度是控制深部巷道围岩变形破坏的有效途径,并据此提出了集强力锚杆索、钢管混凝土支架、滞后注浆加固技术于一体的联合支护技术,并阐述其控制机理。建立了钢管混凝土支架力学模型,得出新型钢管混凝土支架承载力及其对巷道承载体系提供的支护反力,并综合应用理论计算、数值模拟优化和工程类比等方法确定其控制方案。现场实践表明,采用该方案2个月后,围岩变形趋于稳定,两帮变形量小于150 mm,顶板下沉量为94 mm,底鼓变形量为79 mm,有效解决了深部巷道变形失稳问题,并为类似深部巷道围岩控制提供了理论和技术支撑。     

动压底鼓巷道支护技术研究

针对古书院矿西二盘区变电所巷道围岩受采动影响存在底鼓变形的问题,对巷道底板及侧帮围岩状况进行了分析,窥视结果显示巷道围岩裂隙较多,原有的锚杆、锚索支护难以达到预期的支护效果。提出了高压注浆配合高强锚索支护的加固方案,并进行了实际工程实践,经巷道围岩表面位移监测检验,表明高预应力锚索、注浆联合支护是动压底鼓巷道安全、有效、经济的支护方式。     

高应力软岩巷道支护有限差分法

针对鸡西市荣华煤矿东主运输巷道软岩支护问题,结合X射线衍射分析结果和巷道变形监测结果,采用有限差分法,分析荣华煤矿巷道在不同的支护形式下的应力场分布及塑性区体积,优化筛选出较为合理的支护方式.计算结果表明,采用预应力全锚索支护技术可以有效地将围岩应力转移到岩层深部,降低喷层单元的切向应力.锚索与周围岩体相互作用,起到"组合梁"与"组合拱"作用,使得围岩塑性区体积与巷道底板位移量明显减小.