巷道支护中锚固段位置对深部围岩塑性区的影响

本文以江西曲江矿区212工作面风巷为研究对象,基于3DEC数值模拟软件,结合理论分析,研究了不同支护方式对巷道稳定性的影响.研究结果表明:(1)锚杆锚固段位置能够影响巷道围岩塑性区范围.当锚杆(锚索)锚固段处于弹性区时,锚杆(锚索)对巷道围岩塑性区扩展的控制效果良好;而锚杆(锚索)锚固段处于塑性区内时,锚杆(锚索)不能有效的控制围岩塑性区扩展.(2)围岩塑性区范围与巷道变形量存在相对一致性,塑性区范围越大巷道断面的变形量越大.(3)在巷道支护中单纯使用锚杆支护无法有效控制围岩变形,为达到控制巷道围岩稳定的目的须使锚杆(锚索)充分发挥锚固作用,将锚固段置于弹性区内,应采用锚杆锚索耦合支护.     

高应力软岩巷道围岩塑性区恶性扩展过程及其控制

以曲江煤矿-850 m东大巷延伸段深部高应力软岩巷道为工程背景,采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,分析了高应力软岩巷道围岩塑性区的产生、形成过程。塑性区的发展一般经历5个阶段,即塑性点的出现、塑性环的形成、塑性环局部畸变、塑性区非均匀扩展、塑性区恶性扩展等。认为巷道围岩失稳主要是塑性环的局部畸变导致了塑性区的恶性扩展所致,要控制巷道围岩稳定,关键对策是控制塑性环的局部畸变,其次是控制塑性区的恶性扩展,使围岩塑性区尽可能均匀缓慢发展。根据塑性区控制原理,提出了"锚网索喷+底板锚索+局部锚索或注浆加强"的支护方案并在该巷道实施。数值计算表明,该巷道塑性区总体均匀发展,没有发生恶性扩展。现场监测结果显示,所采用的支护方案较好地控制了围岩。     

深部软岩巷道围岩支护技术研究

为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题,针对信湖煤矿回风石门埋深大、应力高、围岩强度低的特点,在分析了信湖煤矿回风石门的围岩赋存条件、变形破坏特征以及原有支护方案已难以维持现掘巷道稳定的条件下,通过理论计算得到信湖煤矿回风石门围岩塑性区范围,从而提出了控制巷道围岩的基本理念：采用小承载体控制围岩破碎区的扩大,采用大承载体限制围岩塑性区的发展,2个承载结构共同维持巷道稳定,进而提出采用“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案对新掘巷道进行支护,并结合FLAC^3D数值模拟及现场工业性试验对“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案的合理性及可靠性进行验证。结果表明：信湖煤矿回风石门新掘巷道经“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案支护后围岩表面变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,支护体与巷道围岩形成了稳定的复合承载结构,联合支护方案能够保持巷道的长期稳定,该联合支护方案可为其他类似深部软岩巷道支护提供一定参考。     

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

高应力泥岩顶板巷道围岩失稳特征及控制分析

通过对高应力泥岩顶板回采巷道破坏特征、力学变形机制及失稳原因分析,建立了回采巷道锚杆-锚索支护区变形协调方程,提出了高应力泥岩顶板回采巷道围岩控制关键技术,确定了预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护方案,并对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:高应力泥岩顶板巷道表现为顶板破碎严重及离层量大、两帮呈非对称收敛变形与底鼓量大的特征;高应力及泥岩顶板软弱围岩是巷道围岩产生破坏的内在原因,锚杆-锚索支护强度过低及锚杆-锚索支护区非协调变形则是巷道围岩破坏失稳的外在原因;古汉山矿13051回采巷道围岩为高应力-节理化-膨胀性复合型(HJS)软岩,为Ⅰ_(AB)Ⅱ_(AB)Ⅲ_(ABD)复合型力学变形机制,采用设计支护方案后,巷道围岩变形能利于释放,围岩压力减小,锚杆-锚索受力均匀,巷道围岩变形保持在可控范围内,预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护利于巷道围岩稳定。     

深部高应力软岩巷道变形破坏原因及支护技术

为解决深部高应力软岩巷道支护难题,以九龙矿-850轨道大巷为工程背景,采用现场调研、矿物成分分析和围岩结构窥视等方法,揭示了围岩变形破坏原因,得出工程地质条件差、围岩非均匀变形显著、支护结构工作阻力低、围岩承载能力难以发挥是造成巷道支护失效和变形失稳的主要原因。基于上述研究,提出以"协调围岩非均匀变形、控制挤压流动底鼓、强化围岩承载结构"为核心的联合支护方案。即以强力锚杆、高预应力锚索为基础,在巷道薄弱部位增设锚索实施非对称支护协调围岩变形,采用槽钢梁式桁架锚索加大底板支护强度控制底鼓,及时喷射混凝土层和架设U型钢使表面围岩均匀受压,最后全断面壁后注浆强化围岩承载结构,实现分层次协同承载。数值模拟和现场监测表明,该支护方案可有效控制深部高应力软岩巷道变形,使支护一次到位,避免多次返修。     

弱胶结软岩巷道断面形式及支护优化研究

为研究弱胶结软岩巷道最佳断面结构形式及相应支护措施,以新疆伊犁四矿区弱胶结软岩巷道为工程背景,对巷道断面形式多样、支护措施难以确定的特殊工况进行探究。结合FLAC3D数值软件,分析复杂地质条件下不同断面形式及相应支护措施下弱胶结软岩巷道的围岩变形及塑性区发展规律。研究表明:弱胶结软岩巷道中不同断面形式的选取对巷道围岩变形及塑性区分布有较大影响,其中矩形巷道围岩变形最为严重;对比五种断面形式的围岩变形量及塑性区分布范围,选定马蹄形断面进一步分析不同支护措施下巷道围岩的变形特征及塑性区发展规律,并与现场监测结果对比分析,提出适用于弱胶结软岩巷道的支护方式,即"二次锚网喷+预应力锚索"支护。     

强烈采动作用下岩巷围岩塑性区恶性扩展的控制研究

采用理论分析、数值计算和现场试验等手段,研究了支护阻力对巷道围岩应力场的影响,分析了支护阻力对围岩塑性区及其分布形态的作用,对比了塑性区均匀扩展与恶性扩展对巷道变形的影响。认为在常规支护条件下支护阻力对围岩应力场分布影响有限,难以遏制塑性区恶性扩展;塑性区恶性扩展所导致的巷道变形远大于均匀扩展相同面积的巷道变形,控制塑性区恶性扩展是维护巷道围岩稳定的有效途径。以江西高坑矿采动影响下暗皮带斜井的加固为工程背景,研究通过敏感部位局部加强来控制塑性区恶性扩展的方法,提出"整体加固+局部加强"的支护方案并实施。现场实践表明,暗皮带斜井在上覆煤层采动过程中围岩得到较好的控制,保证了该巷道的长期稳定。     

富水弱胶结软岩巷道围岩变形破坏特征分析

弱胶结软岩巷道围岩稳定控制是煤矿安全生产需要解决的一个技术难题。为研究弱胶结软岩巷道围岩的变形破坏特征以及合理的支护技术,以色连二矿12307巷道为研究背景,考虑采空区积水下渗对弱胶结软岩强度的影响,采用FLAC^3D对“锚杆索网”以及“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”两种支护方案下弱胶结软岩巷道的应力、变形、塑性区等分布特征进行了数值模拟分析。研究结果表明,常规“锚杆索网”联合支护下富水弱胶结软岩巷道很难维持自身的稳定,其围岩变形量以及破坏范围将随着巷道的向前开挖而持续增长,最终在顶板、底板、两帮出现的最大位移分别为630、410、155 mm,而塑性区深度则可达5.9、4.0、6.0 m。而“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”联合支护下,富水弱胶结软岩巷道则在巷道开挖后会迅速保持稳定,并且其在顶板、底板、两帮出现的最大位移分别为37.0、31.2、9.8 mm,塑性区深度仅为2.0、1.5、1.1 m。应用表明,采用“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”联合支护能够有效控制富水弱胶结砂质泥岩的泥化现象,有利于巷道的掘进与使用安全。     

深部大变形巷道围岩稳定性控制方法研究

针对深部高应力巷道围岩大变形难以控制的问题,采用Kastner等相关理论,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形的影响,揭示了其变形难以控制的力学本质,提出了巷道围岩稳定性控制新的支护理念。深部高应力巷道围岩大变形主要来自于两部分:1巷道周边浅部破碎围岩的扩容与剪胀等非连续性变形;2高应力致使巷道围岩产生的以塑性变形为主的连续性变形。研究表明:目前的支护水平对巷道围岩的连续性变形影响十分有限,总是存在一部分变形量无法控制,即深部巷道围岩存在"给定变形"。为实现巷道围岩稳定控制,降低支护成本,巷道围岩支护理念应由变形控制向稳定控制转变,确保巷道围岩均匀、协调变形,消除冒顶与片帮等不安全隐患,增强巷道围岩整体性与稳定性。因此,对于深部高应力巷道围岩稳定性控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间以容纳围岩部分"给定变形",支护结构应具有一定的连续性变形能力,又能持续提供较高的支护阻力,以维持巷道围岩的完整性与稳定性,保障巷道围岩的均匀、协调变形。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"可接长锚杆+刚性长螺纹钢锚杆+锚网+W钢带+喷射混凝土"综合控制技术为主,并辅以可接长锚杆强化顶板支护方案可较好控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

采动影响下软岩巷道围岩稳定性控制技术

为了有效控制新元矿3107工作面采动影响下软岩巷道围岩的合理变形,通过分析软岩巷道变形规律及失稳特征,提出了"高预紧力锚杆+帮部锚索+底角锚杆"的围岩支护方案,并对采动期间围岩变形量和围岩变形速率进行持续监测。结果表明:3107工作面运输巷在现有支护方式下围岩变形量合理,满足安全生产要求。     

下分层动压巷道失稳机理与加固技术

以南凹寺煤矿30104运输巷道为研究对象,采用数值模拟,得到动压影响应力集中系数达到3.57,煤柱完全处于塑性区,引起工字钢变形。因此,针对该类巷道围岩失稳机理,提出运用顶板注浆+水力膨胀锚杆联合支护技术,两帮进行树脂锚杆加强支护技术。实践表明:采用围岩注浆+水力膨胀锚杆联合加固支护新技术,整体加固技术能够有效控制下分层动压影响巷道围岩强烈变形,并取得良好的支护效果。     

深井软岩大变形巷道全断面卸压支护技术

针对深井软岩巷道长期大变形的特点,提出以"顶帮高预紧力让压锚索+底板卸压槽"为基础的深部软岩巷道全断面卸压支护技术,保证支护结构在提供高强度支护阻力的同时,能够适应围岩变形,避免被过早破坏。以车集矿28采区轨道巷支护工程为例,采用全断面卸压支护技术最终控制了围岩变形,维护了巷道稳定性。     

某煤矿软岩巷道支护技术研究

某煤矿工作面顺槽属软岩巷道,已发生严重变形,需要重新设计支护方式增强支护能力。分析了巷道变形破坏的主要原因是巷道围岩松软破碎、围岩强度低、开采深度大、应力水平高、原支护设计不合理。从改变锚杆、锚索支护与O型棚支护参数入手,提高巷道支护强度来实现耦合支护,控制巷道变形。同时,使用数值模拟方法分析新支护方案围岩的受力情况,模拟显示巷道没有出现应力集中。经过工业性试验和矿压监测,巷道支护效果良好。因此,锚杆+锚索+O型棚的复合支护形式经优化设计参数后,能够适用于该矿软岩巷道的支护,从而为矿井软岩巷道支护积累了经验。     

巷道锚杆支护特性分析与应用

巷道锚杆支护时,围岩的切向应力和径向应力处于锚杆锚固段位置时,存在一个跳跃。当锚杆长度一定时,锚杆支护强度对围岩塑性区半径和对巷道位移的影响会随着锚杆工作阻力值的提高而逐渐减弱。当锚杆工作阻力强度一定时,锚杆支护巷道围岩应变软化半径、巷道周边位移、破碎区半径都随着锚固区半径增加,在开始阶段明显减少,呈现双曲线函数关系,而当达到一定阶段后,其变化逐渐减缓,呈近乎水平线变化。采用高强力、高预应力锚固支护,在必要时配合注浆加固,能够有效控制巷道围岩的变形,以取得较好的支护效果。本文对简单分析巷道锚杆支护的特性,对巷道锚杆支护应用进行探讨。     

软岩巷道裂隙岩体识别与支护技术研究

以裂隙围岩体软岩巷道为研究对象,通过数字采集技术获取巷道围岩体结构面信息,以表征单元体力学性质为基础获得等效岩体模型力学参数,建立工程巷道模型,模拟结果显示,等效岩体模型真实有效反映了工程巷道的变形特征,并依据顶底板塑性区范围提出了锚杆+锚索+底角锚杆联合支护方式,联合支护状态下的巷道未产生张拉和剪切破坏区,巷道保持稳定,整体巷道支护效果良好。巷道开挖后围岩累积变形量小于1cm,巷道可长时间稳定,为采矿作业提供了安全的工作环境。     

动压软岩巷道围岩变形特征及综合治理实践

随着煤炭资源的不断开发,软岩巷道的支护问题也严重影响了煤矿企业的安全生产。针对某矿一采区轨道上山软岩、动压的复合型工程特点,从测试段巷道围岩岩性及物理力学性能、巷道围岩位移发展的时间效应特征、采动影响后巷道围岩松动圈特征入手,分析了测试段巷道围岩失稳破坏的原因。研究认为:改善巷道围岩的力学性能,提高围岩的自承载能力,同时提高支护体系强度,使得围岩和支护相互协调,起到共同承载的效果,是治理动压软岩巷道围岩稳定的有效途径之一。提出了锚网喷+锚索+底板锚杆+全断面注浆联合支护技术,通过对支护参数的优化,进行了现场的工业性试验,试验结果表明,测试段巷道受采动影响后,巷道围岩变形较小且趋于稳定的时间短,围岩破碎范围较小,巷道返修率低。     

深部大变形巷道锚杆支护理论与技术研究进展

深部大变形巷道的锚杆支护问题是目前煤炭开采领域科学研究的热点之一.简要总结了传统的锚杆支护理论和近年来国内外学者专家提出的深部巷道支护新理论和新技术,介绍了本团队在深部巷道锚杆支护研究方面取得的阶段性成果.认为深部巷道围岩存在不可控的"给定变形";锚杆预应力及支护阻力无法控制深部巷道塑性区的发展,预应力对抑制破碎区围岩的离层、剪胀等非连续变形作用较大;锚杆施加高预应力可在围岩中产生较大压应力带,充分发挥锚杆主动支护作用与群锚功能,可有效降低塑性区向深处扩展速率;锚杆从支护到失效,其锚固力随围岩变形一般要经历稳定、减小、残余锚固力3个阶段;深部大变形巷道锚杆支护应满足2个条件,所受载荷不超过极限强度、锚固基础不受塑性区影响;采用基于高阻让压设计理念的可接长锚杆能较好的适应深部巷道锚杆支护要求.     

煤矿大变形软岩巷道联合支护方案研究

以大变形软岩巷道为研究对象,通过分析巷道破坏关键部位和岩体结构面信息,提出注浆锚杆+锚索+底角锚杆联合支护方案并利用离散元程序对无支护、常规支护和联合支护状态下的巷道变形特征进行分析,结果显示:联合支护的软岩巷道未产生张拉破坏区和剪切破坏区,巷道保持稳定。顶底板岩体稳定,整体巷道支护效果良好。巷道开挖后围岩累积变形量小于0.15cm。软岩巷道可以维持较长时间稳定,为采矿作业提供了安全的环境。     

深井软岩巷道双套棚灌浆支护技术研究与应用

为解决深井软岩巷道变形大、支护难的问题,以盘江矿区某矿121213工作面运输上山为工程背景,进行深井软岩巷道变形破坏特征及变形破坏原因的研究,得出结论:高地应力、围岩遇水易膨胀变形及围岩承载能力难以发挥是造成巷道变形失稳的主要原因。针对性地提出了双套棚灌浆支护技术,设计一种"锚杆锚索+灌浆+双U型套棚"的复合支护方案,即在锚杆、锚索支护的基础上,在围岩外部两架U型棚之间进行高压注浆,强化围岩承载结构。现场监测结果表明:采用双套棚灌浆支护后,巷道顶板、两帮及底板平均变形速率分别为0.55,0.43mm/d和0.36mm/d,最大变形量分别为145,115,87mm,巷道变形量在可控范围内,有效地控制了深部软岩巷道收敛变形。