近距离跨采软岩巷道围岩变形破坏控制研究

针对近距离跨采软岩巷道围岩变形破坏严重与难控制的问题,以内蒙古诚意煤矿II0116回风大巷为例进行研究,建立了底板应力增量计算模型,得出了底板应力增量变化规律,运用FLAC3D6.0软件模拟计算了跨采作用下底板巷道围岩塑性区的动态扩展过程,并分析了围岩的变形特征和破坏机理。根据理论分析和数值模拟结果提出了此类巷道的控制技术:顶板短锚索+帮部锚杆及时非均匀初次支护快速组合顶板围岩,形成内承载结构;全断面滞后注浆强化围岩,提高内承载结构的整体性;顶板长锚索二次补强支护,把前期形成的内承载结构与巷道围岩深部自有的稳定外承载结构联合成更大的承载结构,以抵抗跨采期间强烈采动影响。针对II0116回风大巷的特点设计了支护方案,工程实践结果表明:采用该方案降低了支护密度,有利于综合机械化快速掘进的实施,底板巷道围岩变形稳定,保证了巷道的长期使用。     

近距离残留煤柱下破碎围岩巷道修复技术

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:残留煤柱底板集中载荷的非均匀性分布,及其引起的支护体承载结构破坏是近距离煤柱底板巷道围岩发生大变形的本质。由此,提出了基于破碎围岩注浆和高强度锚杆支护的巷道修复技术,工程实践表明该技术在有效提高围岩整体性和可锚性的同时,使浅部锚固区与深部围岩相连形成整体承载结构,有效地控制了巷道围岩变形,保障了矿井安全生产。     

大断面软岩巷道底鼓控制技术研究

某矿51采区运输下山掘进过程中受软弱易风化泥岩影响,由于底板未采取控底措施,底鼓量90 d后达900 mm,亟需对其展开控底技术研究。针对实际工况从巷道围岩性质、原岩应力、地质构造和支护形式四个方面对底鼓的影响作了分析。数值模拟结果表明:底板治理不仅能进一步缩小塑性区发育范围,还能有效促使残余变形能在支护承载结构周围及深部围岩中较为均匀分布,有利于支护承载结构的稳定。提出了采用全断面锚注和混凝土反拱联合支护方法控制软岩巷道底板变形破坏的思路,并提出了支护方案,现场工业性试验结果表明:巷道支护效果良好,巷道围岩变形得到有效控制。     

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。     

大变形软岩顶底板煤巷锚网索联合支护研究

黑沟煤业有限公司煤巷项底板均为松软岩层,为解决巷道在埋藏深度不大条件下变形严重、难以维护问题,对巷道围岩弱结构变形特征和锚固支护机理进行理论分析和Flac3D数值模拟.结果表明:锚杆支护所产生的夹持作用使浅部围岩形成类拱形支护体,提高围岩整体刚度和自身承载能力;底角锚杆促使底板高应力区向深部转移,降低底板应力性底鼓,在控制底鼓变形中起重要作用;锚索可缩小顶底板岩层拉应力区范围及围岩破坏程度,提高顶底板岩层整体稳定性;钢带、金属网形成柔性支护,阻止浅部围岩破坏向深部发展.锚网索联合可实现大变形软岩顶底板煤巷的有效支护.     

潘一东矿深井软岩巷道变形特性与支护对策

针对深部复杂地质条件下高地应力软岩巷道稳定性控制难题,研究淮南潘一东矿-848m西翼胶带机大巷围岩变形特性,并进行FLAC3D数值计算分析。研究结果表明,深部巷道支护受高地应力、围岩力学性质、支护强度等因素影响;围岩破坏模式主要为剪切破坏和拉剪破坏;底板支护,有利于巷道稳定性控制。基于联合支护理论,提出加强固结修复、应力转移和扩大承载圈分步联合支护方案,取得良好的支护效果。     

深井大断面巷道围岩破坏机理及控制研究

针对深井大断面巷道围岩破碎难以形成承载结构的控制难题,以五家沟矿为背景,采用现场观测、理论分析及数值模拟等方法,通过研究800m深井条件下不同断面巷道的围岩应力、变形及破碎顶板的破坏规律,可知巷道断面的增大致使围岩中容易积聚较高的应力值,进而对巷道围岩破坏起到了主导作用。提出了"锚网梁+U型钢支架+喷浆"的联合支护方案,现场实施后围岩变形明显减小,巷道围岩处于稳定状态。     

高应力软岩巷道帮底互控支护技术研究

为了解决象山矿井3#煤辅助运输大巷大变形的问题,采用现场调查、地应力实测、理论分析等方法,研究了该巷道变形破坏原因。研究结果表明,该巷道底板为支护承载结构破坏的突破口,支护承载结构的破坏是影响该巷道变形失稳的关键性因素。提出了形成帮底互控支护承载结构的高强稳定型锚网索二次支护技术,现场实践证明,该支护方案效果良好,能够有效控制巷道围岩大变形。     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。     

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。     

深部高应力软岩巷道围岩整体锚注技术研究

针对平煤股份四矿三水平东专回下山埋深大、围岩软弱、地应力复杂以及破坏严重的现状,以“深部软岩工程的耦合支护理论”和“软岩巷道滞后注浆围岩控制理论”为指导,对破坏成因进行科学分析,尝试采用锚网索喷、注浆锚杆、注浆锚索以及组合砂浆锚索多种支护技术依据耦合作用时机分步加载于巷道围岩,探索出了适用于加固深部高应力软岩巷道的一项围岩整体控制支护技术,通过多种支护型材和注浆共同作用在浅部及深部形成多层结构体系,增强了围岩主动支护能力和自身承载能力,很好地控制了巷道变形,解决了长期以来高应力软岩巷道反复维修的恶性循环问题。     

庞庞塔煤矿大倾角煤层巷道联合支护技术研究与应用

大倾角煤层巷道存在顶帮应力环境复杂、巷道非对称变形、底鼓严重等现象。以庞庞塔煤矿5-1081巷为工程背景，提出了主被动联合控制原则，具体包括:高强及时主动支护原则、主被动联合提高强度原则、局部加强协同支护原则，设计了机械式高强恒阻支柱，开发了大倾角煤层巷道主被动联合支护技术。该技术以“高强锚杆（索）+高强恒阻支柱”为核心，通过高强锚杆（索）形成强主动承载结构，联合高强恒阻支柱协调巷道变形，从而实现巷道围岩的稳定控制。技术应用后，监测了巷道变形、锚杆受力、支柱变形等情况，结果证明了庞庞塔煤矿大倾角煤层巷道主被动联合支护技术的优越性和可靠性，为类似条件巷道支护提供了参考，也丰富了巷道围岩控制理论。     

金川矿区深部高地应力矿山巷道锚网支护技术

金川矿区深部巷道地应力大、岩体破碎的特点凸显，矿山巷道原采用的锚喷支护方法在施工后具有围岩变形量大且持续时间长、喷射混凝土层掉块剥落及锚杆锚固力下降等问题，难以保证巷道安全可靠。通过对矿区巷道变形特征进行调查研究及理论分析，引入锚杆+TECCO网（无喷混凝土）支护技术来解决其支护难题。所研究的锚网支护具备两大特点：①支护过程中不采取喷射混凝土的方式；②结合巷道围岩变形实际情况，采用了通常应用于边坡防护工程中的高强度金属网（TECCO网）。研究表明：①具有高抗拉强度的TECCO网能够在巷道围岩产生变形后，使支护体逐渐与围岩形成一个紧密的整体结构，提高围岩自承能力；②试验巷道采取锚网支护40 d后，围岩变形速率小于0.1 mm/d，说明该支护方式可以有效控制巷道变形；③锚杆+TECCO网支护成本低、作业强度小，可对该矿高效及安全生产发挥积极作用。     

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。     

中空高强度锚注锚索在金川矿区中的研究与应用

金川矿区具有大量的不良岩层,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大。巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重。采用中空锚注锚索进行巷道支护,其支护系统刚度大,锚索的载荷传递特性好,同时利用锚注一体工艺,实现全长锚固,提高了索体的单根承载能力,具有很高的抗剪能力。在金川矿区高地压、破碎围岩巷道中的研究使用,有效控制了巷道的变形破坏,延长了巷道的使用寿命,巷道支护成本显著降低。     

近断层大断面巷道变形分析与控制

为了解决近断层大断面巷道的支护难题,针对山西晋城赵庄矿近断层大断面巷道53121巷在掘进期间发生顶板剧烈下沉、两帮非对称变形和支护结构失效的现象,通过现场调研和数值模拟,分析近断层大断面巷道变形破坏的特征和原因。结果表明,断层面剪切滑移破坏、围岩松软破碎、支护结构针对性差是造成大断面巷道变形破坏的原因。利用非对称支护原理,提出该巷道围岩的控制技术,即顶板采用全锚索支护方式控制大断面巷道顶板下沉,两帮采用锚杆+锚索非对称支护技术控制大断面巷道两帮非对称变形,促使支护结构均匀承载,从而控制巷道围岩变形。工程实践表明,采用新支护方案后,围岩变形得到有效控制,巷道稳定性大幅提高。     

大松动圈下锚固承载层支护效应的弹塑性解

对于大松动圈围岩巷道,锚杆和围岩共同作用在松动圈内部形成了“锚固承载层”。为研究大松动圈下“锚固承载层”对巷道围岩应力分布的影响,通过理论推导和实例分析,认为“锚固承载层”在极限平衡状态下对塑性区提供的支护强度[pid]由锚杆支护强度[pi]和锚固承载结构强度两部分组成,根据支护强度[pi]和锚固层厚度b的关系提出了“锚固界限厚度”概念。对于松动圈外的围岩,将巷道周边的应力分布进行了重新计算并与传统的Finner-Kastner解进行了比较。研究表明：承载结构在巷道稳定性控制中占据主导作用,支护强度和承载结构协调作用更有利于巷道维护,修正Finner-Kastner解可为深部巷道围岩支护机理研究以及巷道支护参数设计提供理论依据。     

动压影响巷道U型钢支架-锚索协同支护机理及其承载规律

针对U型钢支架支护动压影响巷道强烈变形的支护难题，采用数值模拟方法，研究U型钢支架-锚索协同支护作用机理，提出了U型钢支架-锚索协同支护技术；在开展现场工业试验的同时，采用现场实测方法，监测动压影响由开始至结束过程中巷道围岩表面位移量、U型钢支架和结构补偿锚索实际承受载荷情况。研究结果表明：采用U型钢支架-锚索协同支护后明显改善巷道围岩应力分布，增大巷道浅部围岩残余强度，同时通过锚索的锚固作用，优化了U型钢支架承载性能，增大U型钢支架的承载能力和抗变形能力，提高了U型钢支架的整体稳定性，实现U型钢支架整体承载；当围岩变形压力较大时，U型钢支架随着围岩变形，巷道两帮和肩窝是变形压力最大的位置，相应地锚索为U型钢支架上述部位提供较大的抵抗变形力，阻止支架内突变形，同时U型钢支架作为一个整体结构，支架被束缚在有限的变形空间，而其余的大变形通过支架搭接部位缩动释放，实现了U型钢支架高阻可缩的特性。     

深井软岩巷道强力一次性支护技术研究及应用

为解决14040工作面下顺槽底抽巷深井软岩巷道围岩变形显著问题,针对巷道地质条件及原支护变形情况,分析了巷道变形原因,研究了深井软岩巷道变形控制机理,同时根据巷道条件提出了强力一次性支护技术,通过数值模拟研究了围岩控制效果,并进行现场观测验证了支护技术的围岩控制效果.研究结果表明:原支护围岩控制效果不佳的根本原因是泥岩...     

深部软岩巷道锚喷注强化承压拱支护机理及其应用

针对深部软岩巷道围岩总变形量大、收敛速率快、持续变形时间长以及支护系统损毁等矿压显现特点,分析了复杂应力场和高渗透压作用下的变形破坏机制,并结合深部巷道的"应力恢复、围岩增强、固结修复和主动卸压"控制原则,提出了集密集高强锚杆承压拱、厚层钢筋网喷层拱和滞后注浆加固拱于一体的锚喷注强化承压拱支护技术,并阐明其成拱及强化支护的机理。结合现场地质生产条件采用理论计算、数值模拟和工程类比法综合确定试验巷道围岩支护方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用锚喷注强化承压拱支护技术后,巷道围岩总体变形量较小,围岩收敛率从扩刷修复前的2.6 mm/d降至0.56 mm/d,且支护系统亦无开裂损毁现象发生,实现了对深井软岩巷道的有效控制。