顶板支护条件下的切顶工程优化研究及应用

以金厂河ZnV3矿体阶段空场嗣后充填采场顶部切顶条柱稳定性为研究对象,通过分析采场在不同阶段应力状态的分布规律,结合顶板破碎围岩锚固支护的现状,为提升条柱的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行研究分析。研究结果表明：切顶联络道两侧交替布置4 m宽凿岩硐室、3 m宽条柱的优化方案,能有效分担应力集中作用对条柱的影响,极大提高了条柱的稳定性;优化方案改变了顶板支护区域,进一步提高了空区后顶板的稳定性。根据研究成果开展了工业试验,验证了优化方案的可行性,对安全生产具有重要意义,可在矿山进行应用。切顶工程的优化,在提高条柱稳定性的情况下,进一步提高了顶板的稳定性,可为类似矿山提供借鉴。     

采场顶板锚索锚杆联合支护加固效果模拟分析

工程岩体质量等级为III级和IV级的采场顶板,因其岩体破坏特点和破坏程度不同,需采取不同强度的支护方案。针对不同岩体质量等级采场顶板初选的锚索锚杆联合支护技术参数,建立数值分析模型并选取若干关键位置监测点,对模拟开采过程中的变形量、应力值、塑性区范围等进行实时监测,以反应采场顶板锚索锚杆联合支护技术方案的加固效果。通过数值模拟计算对采场顶板支护前后相关监测参数对比分析,结果表明：采场顶板区域支护后拉应力值比未支护时降低约35%,支护作业最大可降低顶板位移量48.3%,支护后顶板塑性区范围明显减少。锚索锚杆联合支护可大幅提高采场顶板的安全性,较好控制顶板应力值和位移量,保障采场内作业安全。研究结果可为类似矿山采场顶板支护方案选择和加固效果评价提供指导。     

宏泰煤矿回采巷道支护方案优化的FLAC~(3D)数值模拟分析

宏泰煤矿26B~#煤层回采巷道原采用的支护方案为顶板布置2排φ18 mm螺纹钢锚杆,锚杆长度为1.6 m,间排距为1 m,巷道底板和两帮不支护。经现场调查分析,在矿山压力作用下,巷道顶板上方出现了裂隙和离层现象,并且巷道顶底板移近量明显。为确保巷道稳定,对原支护方案进行了优化,即对巷道顶板较完整的区域采用螺纹钢锚杆进行支护,对顶板较破碎的区域采用锚索支护。为有效确定巷道顶板锚杆、锚索的布置形式及相关支护参数,采用FLAC~(3D)软件构建了数值模型,分别进行了围岩位移场、围岩应力场以及围岩塑性区的数值模拟分析。结合数值模拟结果确定的优化支护方案为:巷道顶板布置3排锚杆,锚杆长度1.8 m,间排距为0.8 m;当巷道顶板较破碎时,顶板布置2排锚杆和1排锚索,锚杆锚索的间排距均为0.8 m,锚索长度视巷道围岩稳定性情况而定。该方案可供类似矿山回采巷道有效支护提供可靠依据。     

破碎软岩巷道最佳支护方案优选与应用

针对某矿1135运输石门破碎软岩巷道变形量大的实际情况,采用FLAC数值模拟软件对帮顶锚杆支护(方案Ⅰ)、帮顶锚杆+全断面注浆支护(方案Ⅱ)以及全断面锚杆支护+注浆(方案Ⅲ)等3种支护方案进行了数值模拟分析,认为方案Ⅲ效果最佳。现场实践表明:经全断面锚杆支护+注浆支护后的巷道顶板变形量、底板变形量及两帮变形量都得到了有效控制,对于类似矿山支护设计有一定的借鉴价值。     

大跨度破碎岩体顶板预应力锚固支护机理及效果研究

大跨度破碎岩体顶板采用预应力锚固支护,能最大程度地维持顶板围岩稳定,因此研究预应力锚固对大跨度破碎岩体顶板的支护机理及支护效果,对于保障破碎岩体下大跨度地下工程、露天大断面隧道工程的长期稳定性具有重要意义。对锚固后锚固体强度变化进行力学解析,剖析大跨度破碎岩体顶板预应力锚固支护机理,以云南金厂河多金属矿Ⅳ级破碎岩体大跨度顶板支护难题为工程背景,针对其支护方式建立数值模型进行分析,对FLAC^3D软件中结构单元Cable的布置,设计新的三段式布置法,将预应力锚杆(索)在FLAC^3D软件层面分为预紧段、自由段、锚固段分别赋予指定参数进行数值计算,建立3组不同支护方式的数值模拟方案对预应力锚固支护效果进行验证。结果表明：预应力锚固后,支护区域顶板受拉应力基本小于破碎岩体顶板抗拉强度,塑性区体积对比普通无预应力支护方案,下降比率达到61.95%,顶板Z方向垂直沉降量降低比率高达83.90%,预应力锚固范围内围岩得到了有效控制。     

某金矿缓倾斜破碎薄矿体采矿方法优选及应用

针对某金矿缓倾斜破碎薄矿体,初选锚杆护顶短壁式全面法、超前长锚索支护"V"形工作面推进全面法及液压支柱护顶壁式崩落法3种采矿方法开采。通过综合对比分析,确定液压支柱护顶壁式崩落法为最优采矿方法,并开展了现场工业试验。结果表明,液压支柱的平均支护强度约15 MPa,为采场顶板提供了有效支撑;采场平均生产能力达到80～90 t/d,损失率为9.2%,贫化率为7.8%,有效提高了采场的生产能力,降低了矿石的损失贫化率。液压支柱护顶壁式崩落法为类似工程条件的矿山开采提供了借鉴。     

综采工作面车载式超前无反复支护工艺研究

针对中厚煤层综采工作面超前支护工艺存在反复撑顶易造成顶板破碎、作业人员多、劳动强度大等问题，基于同煤集团塔山煤矿中厚煤层综采面顶板来压显现规律，结合理论计算设计研发了一种新型车载式超前无反复支护工艺设备，并在塔山矿完成了工业性试验。试验表明：采用巷道无反复支护设备有效避免了现有超前支架在支护过程中反复撑顶频发顶板局部垮落的危险事故，支护作业人员数量减少70%，实现超前支护机械化，验证了该工艺的减人化作业优势和先进性，为发展创建具有“本质安全矿山、高效矿山、清洁矿山”特征的新型智慧矿山提供有效途径。     

铜坑矿92号矿体巷道顶板锚杆支护参数优化研究

针对铜坑矿92号矿体巷道围岩破碎、锚杆支护不佳等问题,以某巷道为例,首先选取代表性试验区并调查结构面,其次利用数值模拟方法对锚杆支护参数进行进一步优化,最后与无支护方案、原支护方案进行对比,并分析支护效果。研究结果表明:巷道顶板支护采用40mm直径的管缝式锚杆时,利用3DEC数值模拟软件优化后的锚杆网度为0.6m×0.6m,锚杆长度为2m;无支护方案、原支护方案、优化方案的巷道顶底板位移总量分别为128.751mm、121.902mm、111.501mm,优化方案能较大程度降低顶板下沉量。无支护方案、原支护方案的巷道顶底板相对收敛率大于3%,为不稳定状态,而优化方案的收敛率小于3%,为稳定状态,说明有必要优化支护参数,以维持巷道稳定。     

沁秀煤业井下巷道注浆加固方案的优化

针对沁秀煤业巷道顶板稳定性差、易垮落,给综采作业安全带来安全隐患的现状,提出了一种新的巷道注浆加固方案,通过人造假顶和深浅孔交替注浆的方式实现了顶板冒落区域和顶板碎裂区域的可靠支护,能够将冒顶区域的顶板下沉量降低24.6%,将顶板碎裂区域的下沉量降低61.3%。     

松软破碎顶板巷道支护技术研究与应用

为了解决大同侏罗纪15号煤层松软破碎顶板巷道支护技术难题,对该煤层及顶底板岩层进行了物理力学性质测试,在此基础上分析了巷道顶板类型,针对煤层顶板实际情况,阐述了及时支护、可缩性支护、大工作阻力、整体加固的破碎顶板巷道支护原则,通过理论计算确定了煤层巷道围岩锚固支护方案。现场试验表明:选择的支护方案和支护参数能够有效地控制巷道围岩变形,巷道顶板的最大离层值为13 mm,支护材料用量下降了10%,保证了巷道安全使用,取得了明显的经济效益。     

高强度锚杆、锚索联合支护在过断层中的应用

晋城无烟煤矿业集团凤凰山矿2317(上)综采工作面回风巷在掘进过程中揭露一正断层,通过分析断层地段顶板和岩层赋存情况,采用高强度锚杆、锚索联合支护,介绍了支护技术设计方案及实施效果。     

特厚软煤层底板软岩开拓巷道合理支护参数研究

针对虎龙沟煤矿5#特厚软煤层底板软岩开拓巷道围岩的特征,基于锚杆、锚索耦合支护机理,建立有限元数值分析模型,确定了软岩开拓巷道合理的支护参数。结果表明:安全系数SF大于1.2时为安全稳定圈,为保证锚杆锚固到松散破碎带以外的稳定岩层中,顶锚杆长度应大于2.0m;当锚杆安装应力达到6t时,顶板离层裂隙全部产生闭合;采用快装高预应力"鸟窝"锚索增大了杆体的拉拔强度,起到较好的支护效果;合理的表面控制措施对加强支护效果起到重要作用。     

顶板破碎煤层联合支护方式的改进

顶板支护作为煤矿开采过程的重中之重,直接关系到煤矿企业的综合生产效益以及煤矿职工的生命安全。为提高顶板支护的安全可靠性,针对石炭系煤层岩体强度较低、易造成顶板破碎的特性,对联合支护方式进行了改进。在锚杆+锚索联合支护的基础上,提出一种以锚杆+锚索+金属网+组合锚索作为承载结构,配合局部串钢针+局部架棚支护+喷浆处理的联合支护方式。实践表明,该支护方式结构简单、施工方便,能够有效提高石炭系中厚煤层顶板破碎时的支护强度,使煤层顶板的稳定性和安全性得到显著增强。     

单一特厚煤层围岩监测技术

以彬长矿区单一特厚4#煤层为背景,采用现场工业实践的方法,通过对回采工作面进行深基点位移监测,确定采动影响下,巷道两帮和顶板的动态位移量,以此为基础来判断巷道围岩的离层情况,及时发现存在的安全隐患,为控制围岩的稳定性和保障煤矿的安全生产提供依据。同时对巷道锚杆锚索进行测力研究,分析锚杆锚索的受力状态,确定锚杆锚索支护安全与否,及时发现锚杆锚索支护存在的问题,进而改善支护效果。     

灰岩顶板巷道小煤柱尺寸确定及支护技术研究

辛置煤矿东四左翼采区开采10号煤层,基本顶为K2灰岩,为提高资源回收率,工作面间留设小煤柱。在地质力学参数测试和分析的基础上,理论分析和数值模拟确定了工作面合理小煤柱尺寸,设计了高预紧力锚杆锚索巷道支护方案,进行了现场试验。试验结果表明,6 m小煤柱设计宽度合理,巷道围岩应力较低;掘进期间锚杆锚索预紧力高主动支护效果好,锚杆锚索受力稳定,回采期间巷道两帮变形量可控,能满足工作面安全、高效开采的需求。     

姚桥矿深部软岩巷道底臌控制对策研究

大屯矿区姚桥煤矿进入深部开采后,出现各类非线性力学破坏现象,严重影响巷道的正常使用。其中7009溜子道围岩由于受到动、静荷载扰动,地应力场,以及在原不耦合支护作用下,巷道底板变形严重。从巷道围岩力学性质、矿物成分组成以及原支护形式的特征出发,分析了导致巷道底臌的主要因素并进行底臌机理的研究。结合有限差分法三维数值模拟优化支护设计参数,并使用锚索加固顶板,以减轻对底板的应力集中;采用45°和60°底角锚杆切断底部剪切滑移线。通过工程实践表明,巷道底臌得到了有效控制。     

复合顶板条件下锚网索喷及注浆加固支护应用

复合顶板条件下的冒顶事故相当严重,且绝大部分属于无显著矿压显现的冒顶事故。为探究复合顶板条件下锚网索喷及注浆加固支护的应用方式,以平煤股份九矿己16-17-22050机巷为试验巷道,采用锚网索喷+注浆加固技术对该巷道破碎顶板进行控制。结合单体锚杆、锚索、喷浆、加固技术和破碎围岩体内部裂隙注浆技术的优势,以及普通预应力锚杆、锚索的悬吊作用,又配合喷浆使其巷道周边煤岩体达成整体的特性对顶板注浆;分析认为,该方法提高了裂隙与煤岩体之间的粘聚力和内摩擦角,增大了岩体内部块体间相对位移的阻力。实践表明,该支护技术能提高顶板、煤帮煤岩体的整体稳定性,一定程度上可有效防止冒顶事故的发生,为矿井安全生产打下坚实基础。     

破碎巷道锚网喷支护技术研究

破碎岩体巷道的支护效果关系矿山安全和支护成本,是矿业学界和业界关注和研究的重点。以某铁矿为工程背景,运用破裂区和塑性区理论对巷道围岩破碎岩体变形进行了理论分析,采用超声波仪器对破碎岩体巷道围岩松动圈范围进行了测定。在此基础上,基于松动圈理论提出了锚杆、金属网和喷射混凝土结合的组合式支护方式,并辅以长锚索补强,形成短锚成拱、长锚悬吊的支护方式。通过FLAC3D数值软件分析不同锚杆间排距下的支护效果,结果表明：0.7 m×0.8 m的锚杆支护间距不仅可减少塑性区和变形量,同时能有效缩小自稳时间,支护效果良好。     

基于松动圈现场测试的非对称变形巷道支护技术研究

针对山西省吉宁煤矿2103高应力综采沿空巷道帮部非对称变形、顶板下沉严重等矿压显现突出及围岩体破碎的问题,以巷道围岩松散破碎的超声波探测为依据,在原有支护形式的基础上进行了支护形式及参数优化。其中,临空侧采用高强蛇形让压锚杆配合锚索,实体煤侧采用玻璃钢锚杆,顶板采用锚网索配合JW型护表钢带的联合支护形式。巷道锚杆受力、围岩变形量及围岩裂隙发育的钻孔成像监测结果表明,不仅高应力综采沿空非对称变形得到有效控制,而且较原支护形式下的巷道围岩变形量其降低幅度达到50%,进一步验证了优化后的支护形式对高应力综采沿空巷道围岩的控制作用。研究结果可为相似地质条件及开采技术条件下高应力综采非对称变形巷道围岩的支护设计提供参考。