采动影响下回采巷道锚杆安全状态监测研究

针对高强度采动影响下巷道服役锚杆荷载实时状态监测的重要性和常规监测手段的局限性，以神东矿区布尔台煤矿综放工作面为工程背景，在室内对光纤光栅(FBG)传感器进行拉伸实验，验证其可行性，并通过现场试验获取FBG锚杆传感器实时监测波长数据，分析FBG锚杆传感器实时状态与回采巷道服役锚杆的轴力变化规律，进而基于现场监测数据分析巷道锚杆的实时安全状态。研究表明：锚杆轴力随着工作面接近，受矿压显现影响逐渐增大；回采巷道左帮锚杆杆体轴力变化明显，右帮锚杆杆体轴力变化较小；工作面推进到距锚杆60 m之后锚杆轴力迅速增加；左、右帮锚杆各位置的轴力具有不同的变化规律。回采巷道锚杆支护的实时监测为评估锚杆安全状态提供了技术支持。     

浅埋深半煤岩回采巷道锚杆支护参数优化

以常兴煤业5#煤层为对象,采用数值模拟和井下试验的手法,对浅埋深半煤岩回采巷道锚杆支护参数优化问题进行研究。采用有限差分程序FLAC3D对比分析三种不同支护方案的支护效果,确定出合理的支护参数。研究表明:提高锚杆预应力可降低锚杆支护密度;对于常兴煤业浅埋深半煤岩回采巷道,当锚杆预紧力达到杆体屈服载荷的30%~50%,锚杆间排距可由0.8~1.0m增大到1.0~1.2m。井下试验表明:锚杆间排距设为1.2m是合理的,能保证巷道安全。     

浅埋煤层群下位煤层巷道布置方法研究

浅埋煤层群下位煤层巷道布置受上位煤层开采影响较大。通过FLAC3D数值计算分别对下位煤层工作面巷道外错式、重叠式和内错式布置的破坏特征、应力和变形规律进行分析,得出了内错式布置巷道时的顶板应力变化、变形量和破坏范围相对较小,下位煤层回采巷道宜采用内错式布置。     

让压锚杆锚索在厚煤层回采巷道中的应用

以长平煤矿43142巷为对象,分析了出现特厚煤层巷道回采过程中锚杆、锚索破断上述现象的原因,介绍了让压锚杆锚索的作用机理。现场调查及试验结果表明:特厚煤层综采超前支持压力大,锚固体范围内煤体碎胀破坏严重,围岩储存的大量变形能受到低延伸率锚杆、锚索等构件的阻止而不能释放,锚杆、锚索延伸率较低使其轴力持续增加而破断;让压环的塑性变形改善了杆体轴力的变化,使浅部应力得以释放,最大应力向深部转移,同时,提供给围岩一个持续的、恒定的支护阻力,有效地减少了锚杆锚索的破断,以最小的成本解决了特厚煤层巷道回采过程中锚杆、锚索破断的问题。     

全长锚固预应力锚杆杆体受力特征分析

采用理论分析、现场实测等研究方法,分析了锚杆杆体轴应力、剪应力与预紧力的关系以及杆体轴应力与剪应力的分布规律.结果表明:锚杆轴应力随预应力的增大而增加,在锚杆全长方向上呈曲线变化的,从锚杆尾部到锚杆端头方向,轴应力先增加后减小,在中性点处轴应力最大,轴应力最大值位置向锚杆尾端移动;随锚杆预应力增加,锚杆杆体剪应力在巷道表面与中性点位置一段减小,在中性点与锚杆端头一段增加,中性点处锚杆剪应力为零,中性点向锚杆尾部移动.全长锚固锚杆预紧力不是越大越好,而是有个合理的范围,预紧力大小要与锚杆支护系统强度相匹配.     

煤柱下近距离煤层回采巷道合理位置研究

针对回坡底矿井11号煤层开采时易受到近距离10号煤层回采影响的开采实践,文章以回坡底矿10号、11号煤层近距离煤层群为工程背景,通过理论分析、数值模拟对上下煤层巷道不同布置形式进行了分析,分析表明:煤柱下底板应力影响范围随深度增加而加大,剧烈程度随深度增加而降低;当11号煤工作面巷道与10号煤巷道重叠布置时,上下煤层煤柱均保持有较大核柱区,且巷道集中应力较小,能够保证下煤层工作面的正常安全回采。研究结果为回坡底矿井近距离煤层群下层煤开采巷道布置提供了理论依据。     

采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

让压锚杆与强力锚杆在孤岛综放面的现场试验研究

针对常村煤矿S3-3孤岛工作面所处大埋深、高地应力、破碎顶煤的围岩特点和巷道严重变形、锚杆锚索断裂严重的现状,研究出了高强让压锚杆,并对普通高强锚杆、强力锚杆、让压锚杆支护巷道在现场进行实测.研究表明,高强让压锚杆能够既让压又有高强锚固力,避免了高应力作用下杆体断裂,减少了巷道维护量,有效解决高地应力下巷道支护难题.     

大埋深高应力近距离煤层下位煤层回采巷道布置方案优化

针对大埋深高应力近距离煤层下位煤层巷道布置问题,通过分析上位煤层回采后围岩应力分布规律,对下位煤层巷道不同的布置位置进行了对比研究,选择下位煤层工作面跨上位煤层相邻工作面煤柱布置的最佳方案。运输巷和回风巷有效避开了高应力区,取得了良好的支护效果,加快了工程进度,缓解了采掘接替紧张局面。     

水平应力对近距离下煤层回采巷道位置的影响

为了确保近距离煤层下煤层回采巷道围岩稳定性,以蔡家沟煤矿近距离4号和5号煤层实际地质条件为背景,通过运用数值模拟试验,对下煤层工作面回采巷道稳定性造成影响的应力分布进行了研究,结果表明,回采巷道合理位置选择过程中不单要考虑巷道布置在"应力降低区"内,还要考虑水平应力对其的影响,对于5101工作面而言,回采巷道应在距离上煤层煤柱边缘20 m以外位置。     

预紧力及间排距影响下的锚杆(索)附加应力场研究

以华烨煤业5号煤层为研究对象,采用数值模拟方法,对预紧力、间排距及锚索布置方式影响下的锚杆(索)附加应力场进行研究。结果表明,单根锚杆(索)附加压应力集中在托盘附近,并向围岩深部逐渐减小,附加拉应力集中在锚固段及其上部区域;锚杆(索)附加应力峰值随预紧力增大而线性增大;锚杆群在围岩浅部形成附加压应力区,其均匀程度、连续程度以及影响范围随间排距增大而减小;锚索可显著扩大锚杆产生的附加压应力区,并使锚杆锚固段附近的附加拉应力区转变为压应力区。     

浅埋深近距离煤层回采巷道支护技术研究

以开拓煤业3#煤层为对象,采用数值模拟和井下试验的方法,对浅埋深近距离煤层回采巷道支护问题进行研究。通过地质力学测试得知:浅埋深近距离煤层回采巷道围岩仍是构造应力场,构造应力起主导作用。采用FLAC3D对比分析不同支护密度的支护效果,确定出合理的支护参数。研究表明:高预应力锚杆支护的间排距有一合理值;对于浅埋深近距离煤层回采巷道,锚杆支护间排距设为1.0 m较为合理。井下试验表明:巷道锚杆支护间排距设为1.0 m能保证巷道安全。     

考虑围岩峰后破坏的全锚锚杆受力特性

基于中性点理论,考虑围岩峰后剪胀效应及破坏形式,推导了瞬时稳态下全长锚固锚杆轴向正应力和剪应力表达式,系统性地分析了孔口处锚杆端头轴力和残余黏聚力、剪胀系数和应变软化系数对锚杆杆体轴向正应力、剪应力以及中性点位置的影响。研究结果表明:锚杆轴向正应力沿杆体内端点至外端点呈现出先增大后减小的变化特征,且应力曲线在弹性区与峰后破坏区呈现出明显的差异性;锚杆剪应力沿杆体内端点至外端点呈现先减小后增大的变化特征,且在弹塑性交界处的连续与否与围岩剪胀系数和剪切刚度密切相关;锚杆轴向正应力和剪应力均随着残余黏聚力的增大而减小,随着剪胀系数与应变软化系数的增大而增大;同时,锚杆杆体轴向正应力和外端点侧剪应力均随着孔口处锚杆端头轴力的增大而增大,内端点侧剪应力随着端头轴力的增大而减小。中性点位置随着残余黏聚力的增大呈现出先增大后减小的变化特征,当残余黏聚力大于某一临界值时中性点位于弹性区,反之,位于峰后破坏区;此外,中性点位置也随着剪胀系数、应变软化系数的增大而减小。     

大采高综采工作面20m煤柱二次复用巷道矿压规律实测研究

针对回采工作面二次复用巷道围岩变形量大、支护困难的问题,在枣泉煤矿大采高综采11203工作面进行了20m煤柱二次复用巷道矿压规律实测研究。研究结果表明,二次复用巷道矿压显现主要分为工作面超前影响阶段、剧烈变形阶段、蠕变阶段,巷道在回采工作面后方的变形量可达回采工作面超前影响阶段变形量的4~6倍,巷道顶板浅部离层略大于深部离层;锚杆锚索受力变化比巷道围岩变形对扰动更敏感,受力变化远超前于围岩变形,锚杆锚索受力呈现先增大后减小的趋势,受力急剧增加阶段出现在回采工作面前后50m范围内;巷道顶板和两帮煤岩体在受采动影响后围岩浅部破坏范围有所增加,煤层破碎程度加剧,深部煤岩体出现不同程度破坏现象。     

完全无煤柱相互搭接工作面矿压理论研究

基于错层位巷道布置完全无煤柱相互搭接工作面的矿压显现特征,采用理论结合FLAC3D数值模拟进行研究.理论研究发现,错层位巷道布置与传统厚煤层沿煤层底板巷道布置首采面矿压显现特征相似,出现接续工作面后,上一区段采空区下方进风巷道和接续工作面采场上方岩层的矿压特征出现变化.通过对沿煤层底板巷道布置、沿煤层顶板巷道布置以及采空区下方巷道布置三种情况进行模拟,验证了错层位巷道布置接续工作面采空区下布置接续工作面处于低支承应力状态,采场上方垮落带高度增加的特点.     

大地精浅埋深矿井地应力测试及应用

以大地精浅埋深矿井为测试对象,采用自主研发的地应力测量装置进行原岩应力测量,分析矿井地应力场分布特征,得出大地精浅埋煤层形成σH型原岩应力场,最大主应力方向在N40.3°E～N52.1°E。根据地应力测试成果,优化采区巷道布置,把采区大巷与工作面回采巷道布置方位作出调整,回采巷道走向与最大主应力方向近似平行,解决了回采过程两煤帮片帮问题;基于地应力测试数据,采用FLAC3D数值软件,分析不同支护方案对巷道围岩稳定的影响,提出综采工作面巷道优化设计,现场应用表明既保证了巷道安全,又节约了支护成本,提高了掘进进尺,取得了良好的技术经济效果。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

火区下近距离煤层安全开采合理错距研究

火区在煤层采动影响下可能通过裂隙影响下煤层安全开采,下煤层工作面应布置在上煤层采动减应力区。因此理论分析及UEDC数值计算研究下方煤层内错、外错10m条件下垂直应力、塑性区分布及垂直位移变化情况,从而确定工作面开切眼及停采线合理位置。研究结果表明,内错10m布置下煤层工作面,可显著降低下煤层围岩应力,有利于回采巷道维护及工作面安全高效开采。     

柔模支护沿空巷道锚杆轴力无损检测评价研究

采用锚杆轴力无损检测技术,对柔模支护沿空巷道工作面前方的相对稳定区域和工作面后方的采动影响区域进行了锚杆轴力检测,得到了锚杆轴力随工作面推进的变化规律。基于锚杆轴力实测结果与对比分析,提出了柔模支护沿空巷道的非均称支护方案。通过支护优化后的沿空巷道锚杆轴力和围岩变形监测显示,锚杆工作状态良好,围岩变形控制效果好。研究结果表明,在工作面前方相对稳定区域,随着工作面推进,顶板和两帮单根锚杆受力变化不大;同一断面煤柱帮锚杆轴力大于实体煤侧帮锚杆受力。在工作面后方柔模支护区,煤柱帮锚杆平均轴力大于柔模帮锚杆平均轴力,两帮平均轴力随工作面推进距离近似呈直线形式增加,工作面采动对煤柱帮影响更大。对柔模支护沿空巷道采用非均称支护方案,可有效控制围岩的变形,节约了支护成本,创造了良好的经济和社会效益。     

浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现规律数值模拟研究

为研究浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现特征,以哈拉沟煤矿12201综采面沿空巷道为研究对象,基于FLAC3D有限元数值模拟软件,分别模拟了顶板切缝对沿空巷道矿压显现规律的影响以及随工作面推进沿空巷道围岩体的变形特征。研究表明,对巷道顶板进行切缝,能够有效阻断采空区积聚应力向巷道传递的进程,减小煤体内部应力集中现象,随着回采工作面的推进,应力集中区域逐渐向煤体深处转移,在工作面后方0~30m范围内,沿空巷道垂直应力与垂直位移的峰值随距工作面距离增加逐渐增大,且增幅较快,工作面后方30~45m范围内,沿空巷道垂直应力峰值与垂直位移变化量增幅开始减小,并呈现出逐渐稳定的趋势。