井底大断面关键永久硐室围岩变形机理及其控制技术

为解决井底大断面换装硐室一次支护围岩大变形问题,基于成庄煤矿大断面硐室围岩地质力学条件和变形特征,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法从大断面硐室围岩应力分布特点和支护承载结构稳定性两方面分析了大断面硐室围岩变形破坏的原因,并针对硐室围岩变形破坏的特征及其控制要求,研究提出在注浆原位加固提高原有锚网支护与围岩共同形成的支护承载结构完整性和强度的基础上,进一步采用全长预应力锚固强力锚索增强支护承载结构的稳定性的技术方案,对成庄矿井底大断面关键永久硐室进行二次加固。试验结果表明,巷道围岩变形量为8mm,底鼓为13mm,有效控制了硐室围岩的大变形。     

地下矿山大断面软弱围岩硐室变形机制与支护方法研究

大断面破碎软弱围岩硐室的支护一直是地下矿山开采的难题。基于此,本文以贵州烂泥沟金矿硐室大变形为工程背景,通过现场实测资料、采用理论计算和地质环境分析,揭示了底板和两帮变形机理:巷道在垂直及水平高应力作用下,呈现由两组优势节理组成的菱状空间破裂特征,在采动爆破震动影响下,围岩应力二次分配,使塑性区持续向深部拓展,降低了支护锚固力效果,从而导致围岩变形严重。基于支护理论,本文提出了顶板采用补强锚索+注浆+喷锚网,两帮采用补强树脂锚杆+锚索+壁厚注浆+喷锚网,底板采用反拱+注浆的联合支护方式。现场实测表明,这种联合支护方式与原始支护方式相比,对硐室长期稳定性控制具有良好效果。该研究可为深部复杂地质条件下的巷道变形加固提供借鉴。     

深部构造应力作用下大断面硐室底鼓控制技术

为解决深部构造应力作用下大断面水泵房底鼓问题,结合胡底矿地质条件分析了水泵房底板围岩的变形破坏机理,认为底板岩层性质、围岩应力、无支护及大断面是造成泵房底鼓的主要原因。对此,提出锚固前先注浆充填底部围岩裂隙和施工高预紧力全长锚固底板锚索的联合支护方案,利用浆液对裂隙围岩进行结构性补偿,提高破碎围岩的残余强度;高预应力强力锚索支护能改善锚固范围内围岩应力状态,从而提高底板围岩的自承载能力。现场应用表明:盘区水泵房采用超前预注浆和高强预应力全长锚固联合支护技术后,有效控制了盘区水泵房底板变形,保证泵房设备基础安全使用。     

深部高应力硐室支护技术应用与实践

恒源煤矿-720 m水平变电所泵房由于该处巷道布置密度大,围岩应力比较复杂,各巷道施工时会相互扰动,造成硐室发生持续变形与破坏。为了控制深部高应力大断面硐室破坏,结合加固支护实例,提出了锚梁网喷一次支护,锚索、注浆二次支护的联合支护技术,有效地控制了硐室的变形,围岩稳定效果良好。     

特大断面硐室软岩变形机理及控制

为了有效控制王庄煤矿支架换装硐室围岩的变形破坏,分析了特大断面硐室围岩变形破坏机理.认为断面大、岩性差、二次应力高及支护参数不合理是围岩变形破坏的主要原因,并提出了“及时支护,高强、高预紧力长锚杆、注浆锚索、长锚索分层协调支护”的特大断面硐室支护技术.在王庄煤矿断面96 m2的特大断面支架换装硐室成功应用.     

井底巷道硐室群破坏机理及综合加固技术研究

为解决漳村煤矿副立井井底密集巷道硐室群修复难题,通过地质素描和现场测试揭示了巷道硐室群变形破坏原因,采用数值模拟的方法研究了巷硐群大范围连锁破坏机理,并基于围岩强力支护与加固控制理论,开发了深浅孔双液注浆配合全长锚固强力锚索的综合加固技术。研究结果表明:(1)不利的地质构造和应力环境、井筒落底层位不合理、部分结构设计强度不足及多次爆破扰动,是漳村煤矿井底巷道硐室围岩变形破坏的主要原因;(2)在经受密集开挖引起的高集中应力和频繁扰动下,巷道硐室群破坏范围远大于单巷开挖,且巷道硐室之间相互影响,加剧破坏程度,这是漳村煤矿井底巷道硐室变形破坏的机理;(3)采用深孔浅孔相互交叉、无机有机浆材相互补充的方式进行注浆,双重保证注浆效果,充分填实围岩裂隙,而全断面强力锚杆锚索支护,相当于对巷道硐室周边加上强力的边界条件,使其具有较强的抵抗变形能力。研究成果对类似地质条件下的井下永久巷道硐室加固工程具有一定的理论指导和实际借鉴意义。     

超大断面硐室围岩变形破坏机理及控制

针对断面面积近100 m2的大采高支架换装硐室,采用现场观测、数值模拟等方法分析其变形破坏机理:硐室断面增大致使围岩破碎区、塑性区增大,超大断面硐室塑性区半径达到普通断面硐室的2.2倍;断面增大引起掘进扰动应力增高,而锚杆加固厚度小、初期支护阻力小致使软弱围岩严重变形破坏。针对支架换装硐室0~2.5 m的破碎区、2.5~8.0 m的塑性区,提出了分区耦合支护围岩稳定控制原理:硐室围岩由浅至深破坏程度逐渐减小,达到稳定所需支护强度逐渐减小,采用高强高预紧力"锚杆、注浆锚索、锚索"支护及"分区注浆加固"技术,可形成针对破碎区、塑性区和弹性区的3个相互联系的承载圈,从而满足各个分区支护强度需要,实现支护结构和围岩共同承载,保证围岩稳定。     

松软破碎大断面硐室锚注协同控制技术

针对漳村煤矿松软破碎煤层大断面硐室巷道变形量大,围岩难以控制的问题,基于现场测试、数值模拟,得出+480 m水平胶带大巷2号CST硐室围岩控制技术难点为：煤体松软破碎,强度—应力比低;围岩完整性差,自稳能力弱;断面扩刷,诱发围岩破坏范围进一步扩大。基于内外锚固承载结构承载原理,提出锚注协同控制技术,通过注浆加固围岩为锚网索支护提供安全的施工空间和锚固基础,通过施工全断面深孔注浆和长锚索,使内外锚固承载结构协同承载。制定了锚注协同控制技术参数,并进行现场实践,矿压监测显示,顶底板移近量最大为41 mm,两帮收缩量最大为52 mm,巷道围岩处于稳定状态,围岩控制效果良好。     

伊田煤业变电所支护数值模拟分析及应用

变电所硐室作为永久性开拓巷道,其稳定支护可对矿井安全生产提供重要保障。利用数值模拟,对硐室围岩的应力区和塑性区进行分析,并结合现场顶板窥视结果,提出采用锚网索喷+锚索补强+喷砼+注浆的支护方法,为变电所支护提供了合理的方案。     

玉溪煤矿进风井东部车场巷道注浆加固技术研究与应用

为解决进风井东部车场巷道围岩变形量大问题,通过数值模拟具体分析注浆加固前后锚索支护围岩应力分布及塑性区发育规律,基于巷道围压窥视结果,确定采用浅孔注浆+深孔注浆+全长预应力注浆锚索支护的围岩控制方案,结合巷道具体情况,进行各项参数的设计,并在方案实施后进行表面位移的监测作业。结果表明:深浅孔注浆+全长预应力注浆锚索支护完成后,解决了巷道围岩变形量大的问题,保障了围岩的稳定。     

深部大断面硐室动静载作用下锚固承载结构稳定机理研究

针对动载扰动条件下深部大断面硐室围岩锚固支护结构稳定性差、支护设计不合理等问题,以新巨龙煤矿井下煤矸分离大断面硐室为例,采用现场调研、理论分析和室内试验等手段,研究在深部冲击应力与高围岩应力叠加构成的复杂应力环境下大断面硐室围岩锚固支护结构损伤演化特征,构建动静载荷作用下深部大断面硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,获得深部大断面硐室围岩锚固支护结构破坏机理并对深部大断面硐室的围岩锚固支护设计提出合理建议。结果表明:1)深部冲击应力与高围岩应力叠加是大断面硐室围岩变形破坏的主要原因,在受到强动载冲击时,深部大断面硐室顶板、两帮锚杆(索)受损严重,很容易造成顶板大面积垮塌及帮部煤体突出;2)通过室内SHPB动态冲击试验获得了动静载组合作用下,加锚试件的强度和峰后回弹斜率均随着动态应变率的增大而升高,加锚试件对动载冲击能量的耗散能占比与动态应变率呈现出正相关的特性,锚固界面(锚固剂/锚杆、锚固剂/岩体)的黏结程度在锚固体对应力波能量耗散过程中起到了关键作用;3)深部大断面硐室锚固承载结构的失稳破坏是由于动载作用下硐室围岩、锚固剂和锚杆三者之间不协同变形造成的剪切滑移及锚固体受动载压缩变形导致的。提高硐室围岩、锚固剂和锚杆的抗滑移特性,增加锚固密度提高抗压缩变形能力可有效降低动载应力波对深部大断面硐室围岩支护结构的影响。研究成果对井下永久硐室及巷道的加固工程具有一定的理论指导和借鉴意义。     

大断面强流变软岩硐室群失稳机理及加固技术研究

针对河南煤业化工集团鹤煤九矿新副井底硐室群变形破坏严重、给该矿安全生产带来重大隐患的情况,研究分析了九矿目前硐室群支护现状及存在的问题,并提出了巷道硐室群加固新思路.通过数值模拟对新旧支护方案进行模拟对比分析,得出了注浆+组合双作用锚索支护方案能有效地控制硐室群巷道围岩变形的结论.通过现场试验,进一步验证了该支护方案能够满足支护要求,为相似条件巷道围岩控制提供参考.     

深井大断面“三软”硐室全断面二次锚注加固试验研究

为了更好地解决深井大断面"三软"巷道或硐室围岩难支护问题,基于赵庄煤矿盘区泵房的地质条件和变形破坏特点,提出了由初次高性能锚网喷支护和二次锚注支护组成的动态迭加耦合支护技术方案,并给出了详细的技术参数。研究结果表明:通过二次锚注加固,可形成积极主动有效的全断面锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,实现与巷道围岩的共同承载,提高了支护结构的整体性和承载能力,并使支护体内锚杆、锚索均转化为全长锚固,能够保证硐室围岩和支护结构较长时间内的稳定。工程应用实践表明,全断面二次锚注加固技术有效地控制了硐室变形,支护效果良好,具有良好的技术推广价值。同时,也为其他"三软"巷道或硐室的支护设计与施工,提供了理论依据和实践参考。     

深部软岩巷道底鼓机理与治理试验研究

为研究深部软岩巷道强烈底鼓发生机理及治理方法,以邯矿集团陶二煤矿扩大区南大巷底鼓问题为背景,分析了南大巷强烈底鼓特征及影响因素,提出了巷道底板锚索束+底板深浅注浆的治理方案,通过巷道原支护和底鼓治理方案相似模拟试验,对比分析了两方案在底板破坏和围岩应力分布特征。结果表明:高应力、岩石遇水膨胀、支护结构不合理等因素综合作用导致巷道发生强烈底鼓;浅部注浆使底板破碎岩体相互黏结形成整体,深部注浆填充深部裂隙岩体孔隙,锚索束将浅部注浆岩体和深部注浆岩体锚固在一起限制底板变形。现场底鼓治理试验表明:巷道底板变形在38~48 mm之间,治理后30 d巷道趋于稳定。该底鼓治理技术适用于深部大断面、永久巷道(硐室)底板加固。     

大断面软岩硐室稳定性控制技术

为解决大断面软岩巷道控制难度大的问题,基于弹塑性理论,分析了硐室断面尺寸和支护阻力对大断面软岩硐室围岩变形破坏的影响特征。以新上海一号煤矿主井箕斗装载硐室为工程背景,在岩石抗压强度、围岩松动圈厚度和围岩强度测试的基础上,采用FLAC3D有限差分软件对3种不同支护方式下硐室围岩的变形破坏规律和塑性区发育情况进行模拟计算和分析。结果表明:与传统的锚杆索支护相比,锚索+格栅钢筋混凝土联合支护结构具有更好的整体性能,支护后的硐室围岩塑性区和表面变形明显减小。现场工业性试验表明:中室围岩最大内挤变形量仅为5.5 cm,且支护稳定后,围岩应力较小,硐室围岩稳定性得到充分保证。     

深部大断面软岩硐室支护技术优化及应用

为解决深部大断面软岩硐室急剧变形失稳问题,以朱集西煤矿西翼11煤运输大巷机头硐室为研究对象,采用理论分析与数值模拟的方法,对4种不同支护方案及不同支护结构(锚杆支护、锚杆+喷层支护、锚杆+锚索支护、锚杆+锚索+喷层支护)的围岩塑性区破坏深度与位移进行分析,得出方案三锚网喷初次支护+预应力锚索二次支护为最优方案。工程实践表明,采用耦合支护方案三后,支护结构的整体性承载能力和围岩的自承能力提高,机头硐室两帮移近量为25.98 mm,顶底板移近量为43.45 mm,有效控制了深部复合围岩的大变形失稳问题,保证了巷道围岩的长期稳定。     

动压下大断面机头硐室支护

采用锚喷二次支护加强大断面皮带机头硐室的顶帮支护 ,并采用锚索和注浆加强硐室的底角及壁龛侧墙的支护 ,有效控制了硐室的收敛变形和底鼓 ,取得了较好的技术经济效果 ,值得在类似围岩条件下的巷道和硐室中推广和应用。     

高应力超大断面硐室围岩控制对策研究

针对深部高应力超大断面硐室围岩易失稳的问题，以红庆河煤矿设备换装硐室为工程背景，采用FLAC3D数值模拟软件分析了在低扰动掘进条件下超大断面硐室的围岩应力分布特征及变形规律，结果表明：高应力条件下，超大断面硐室塑性区范围明显变大，硐室帮部及底板相对于顶板更容易发生失稳，并提出强力一次全断面支护对策，底板锚索采用水泥灌浆实现全长预应力锚固。现场实践表明，硐室围岩稳定，变形量控制在30mm以内。     

高应力破碎大断面硐室掘进与联合支护技术研究与实践

为确保中关铁矿阶段空场嗣后充填采矿法大断面凿岩硐室的掘进及支护安全,针对硐室断面大、地应力高、围岩破碎等特点,研究并采用"硐室联络道+导硐+扩刷+条形矿柱"一次掘进和"锚网喷+长锚索"联合支护技术。凿岩硐室联络道及导硐施工过程采用临时支护,导硐全长贯通施工后组织后退扩刷,条形矿柱旁采用光面爆破确保成型质量,结合围岩松动圈理论并参考国内外同类矿山大断面硐室掘支的施工经验,确定锚索支护参数,锚网喷支护完成后组织锚索预控顶联合支护。实践表明:该技术施工安全性高,凿岩硐室成型及稳定性好,可为类似地质条件矿山提供借鉴与参考。     

高应力破碎硐室围岩加固方法及其效果的数值模拟

高应力破碎硐室围岩具有大变形、强流变等特性,合理的加固方法是硐室安全稳定的保证。以长平矿4303变电所硐室加固为研究对象,通过对硐室围岩条件、受力情况和变形破坏机理的分析,提出了反拱封闭支架、组合锚索强力加固和深孔高压注浆转移围岩应力的加固方法。数值模拟研究结果表明:反拱封闭支架与组合锚索能够有防止破裂,深孔注浆能够使围岩高应力向深部转移,组合加固方案能够有效防止围岩破坏和减小围岩变形量。