煤矿直接顶与老顶离层破坏影响因素分析

复合巷道支护是国内外巷道支护的难题之一,而复合巷道在我国煤矿巷道中有着广泛的分布．煤巷的开挖位置一旦确定,其围岩结构状态就不再改变,岩层结构上的薄弱部位即为巷道的关键部位．巷道顶板离层破坏影响因素很多,通过对煤层直接顶、老顶的厚度以及岩体的强度等分析,确定其对顶板离层的影响程度,并结合力学分析,建立顶板离层力学模型,计算出顶板离层深度,另外还利用FLAC3D模拟软件,模拟复合巷道在不同环境下老顶与直接顶的变形量,从而得出引起顶板离层破坏的影响因素．     

无煤柱自成巷“短臂梁”结构特征及变形计算分析

为了探索无煤柱自成巷开采条件下"短臂梁"顶板结构及变形特征,建立了顶板变形计算模型,运用能量理论与位移变分方法对顶板变形及其影响因素进行了分析.结果表明:留巷宽度、断裂岩块回转运动对顶板变形影响较为显著;而巷内锚索支护、临时支护对顶板变形控制作用有限.顶板变形的主要影响因素按其影响程度由大到小依次为:留巷宽度、岩体泊松比、断裂岩块回转角度、岩体弹性模量、临时支护强度、锚索支护强度.据此提出应严格控制留巷宽度,合理设计顶板切缝高度的围岩控制思路,可降低上覆岩层断裂岩块回转下沉空间,减小"短臂梁"顶板变形,有利于提高巷道稳定性.     

厚层松软复合顶板煤巷梯次支护力学原理及应用

井厚层软弱复合顶板巷道围岩,单一长度的锚索加强支护,形不成稳固的承载结构,导致下位岩层离层,巷道围岩继续变形和破坏.提出了梯次支护原理,首先采用锚杆支护在巷道顶板浅部围岩造壳(一阶支护),再采用短锚索支护控制顶板中下部软弱煤岩形成二次强化锚固承载结构(二阶支护),再应用长锚索对已形成的二阶锚固承载体向顶板上部深层煤岩体实施整体组合锚固(三阶支护),在顶板岩层中形成一定厚度和承载强度的具有组合锚固效应的阶梯式立体支护结构,并对其支护力学原理进行了理论分析.该支护技术成功应用于淮南顾桥煤矿11151轨道顺槽,其巷道顶板浅部围岩离层分别为10和14 mm左右,深部围岩离层最大值为23 mm.     

高应力软岩巷道耦合支护研究

为了研究确定高应力软岩巷道二次支护时间和支护强度，以焦煤集团古汉山矿西大巷为研究对象，采用FLAC加中的指数蠕变模型，研究分析围岩应力和围岩变形速度随时间的变化规律、二次支护时间及支护强度对围岩变形的影响规律．结果表明：采用指数蠕变模型得到的围岩变形随时间的变化规律与现场观测基本吻合，一次支护后围岩应力、围岩变形速度趋于稳定的时间段基本一致，在此时间段内进行二次支护后围岩蠕变速度最小，而且二次支护强度在0．25～0．30MPa范围内可以有效地控制围岩蠕变速度，二次支护强度大于该范围，围岩的蠕变速度也不会再有明显的降低，保持了巷道稳定．     

陈四楼煤矿煤巷锚杆支护研究

结合陈四楼煤矿 2 4 0 1工作面机巷的具体地质条件 ,对煤巷锚杆支护机理进行了研究 .指出在顶板岩石强度较低的情况下 ,采用高强锚杆支护系统 ,并选择合理的锚固方式 ,可以有效地控制围岩变形 ,保持围岩稳定 .主要介绍了回采巷道锚杆支护的设计思路 ,采用数值模拟方法确定锚杆支护参数并在实施过程中对围岩变形进行监测 .工程实践表明 :应用锚杆支护与棚式支护相比 ,能有效改善围岩的稳定性 ,取得了良好的支护效果 .     

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现，巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的；且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳．因此，要保证深部软岩巷道围岩的稳定性．必须实现支护体与围岩的耦合．数值模拟研究表明，当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时，能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用；当锚网与围岩在强度上实现耦合时，将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化；当锚索与围岩在结构上耦合时，可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护．实践证明，软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题。     

深部复合顶板巷道变形破坏机理研究

高应力下软弱复合顶板的持续塑性变形破坏，是深矿井巷道支护与维护的难点之一．分析了车集煤矿2405工作面区段运输平巷和区段回风平巷的围岩结构和岩性特征，构建了该类巷道复合顶板的力学模型，导出了该模型的力学变形方程．对巷道顶板变形破坏机理进行了深入分析，认为当巷道顶板岩层所受轴向压力大于岩梁达到屈服时的临界压力0．8倍时，巷道变形（下沉）明显增大，严重时产生冒顶．提出了同类巷道掘进过程中围岩控制的关键措施．     

煤矿巷道断面形状及锚杆支护围岩变形的数值分析

为了研究巷道不同断面形状和锚杆支护对巷道围岩稳定性的影响,采用ANSYS有限元计算方法进行数值模拟,通过对计算结果分析,得出半圆拱形巷道为最佳断面且煤矿巷道锚杆支护能够有效地控制围岩的变形;煤矿巷道锚杆支护对竖向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩1.8 m范围以内及巷道的两个底角部;对于横向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩顶板、两帮中部1.6 m范围以内及巷道的两个底角部.     

回采巷道动压区锚索强化支护机理及参数优化设计

以车集煤矿2901工作面为工程背景,探究了回采巷道动压区锚索强化支护机理.通过构建梯形巷道等效围岩力学结构模型,推导了巷道围岩塑性区半径公式,基于悬吊理论建立了巷道锚索支护力学结构模型.采用FLAC3D软件对比分析了单体支柱和补强锚索不同方案支护时的巷道损伤破坏特征.结果 表明:梯形巷道顶板竖直方向最大塑性区半径为5....     

窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形影响因素及非对称支护技术研究

为确定窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形影响因素和围岩控制方案,以晋能控股集团煤业集团有限公司隆博煤业有限公司8507工作面回风巷为工程背景,基于正交试验和FLAC3D数值模拟试验对沿空掘巷巷道围岩变形影响因素、不同条件下巷道围岩变形特征、4～10 m不同宽度煤柱的塑形区破坏范围、巷道围岩应力分布和顶板位移特征进行研究.结果表明:在煤柱宽度、煤体内聚力、煤体内摩擦角、直接顶厚度和顶板强度5种影响因素中,煤柱宽度对巷道围岩变形影响最显著;随煤柱宽度增加,巷道围岩塑性区破坏和变形主要表现在窄煤柱帮、顶板、底板和实体煤侧等部位,塑性区范围变化较小;合理的煤柱留设宽度为8m;巷道围岩变形为非对称性变形,煤柱侧巷道顶板和帮部变形显著大于工作面开采侧的.根据窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形特征,提出"顶板和两帮锚网索+钢带、窄煤柱帮贴帮槽钢梁+注浆加固补强"的非对称支护方案.现场工业性试验结果表明,煤柱留设宽度和支护方案合理,巷道变形后能够满足工作面开采需要.研究结果可为类似地质条件下窄煤柱沿空掘巷巷道围岩控制提供参考依据.     

煤矿深井采场矿压显现及其控制特点

根据采场围岩控制原则、垮落带岩层的判别式、裂隙带老顶在触矸处的下沉量计算式和移动支承压力与采深的关系,分析了采深对采场矿压显现不同参数的影响,并通过实测加以验证根据岩性随采深的变化,讨论了深井采场可能出现的冒顶事故,并提出了相应的控制,认为采深对矿压显现的影响在采场支护方面不明显,而煤壁片帮将随采深增加而加剧。深部围岩逐渐变碎强度有所降低。深部采场应加强对垮睦顶事故的防治,把顶板护好。     

大倾角极软厚煤巷围岩破坏机理与支护参数优化

以杜家村煤矿1201南运输巷为研究对象,结合FLAC3D数值分析方法与非对称性耦合支护理论,分析了1201南运输巷的围岩破坏机理并提出大倾角极软厚煤层的支护优化方案.研究结果表明,大倾角极软厚煤层巷道围岩破坏主要是由顶板上部岩层剪切与张拉作用所致;优选了支护方案,有效抑制了巷道底板的底臌、两帮的移近及其塑性区的发展.现场应用表明,顶板锚索支护范围内,锚杆(索)非对称性耦合支护的围岩整体性较好,巷道围岩在支护20~30 d后,变形趋于稳定.     

坚硬厚层顶板的破断失稳及其控制研究

以晋华宫煤矿坚硬厚层顶板条件为工程背景,通过理论分析与现场实测相结合,研究了厚层坚硬顶板的临界失稳条件、失稳方式、影响失稳的因素以及失稳的机理,提出了厚层坚硬顶板失稳控制的方法.研究表明,岩层自身属性及赋存特点对坚硬厚层顶板破断后的承载具有重要影响;坚硬厚层顶板断裂失稳的发展受顶板断裂长度的影响显著,而提高支架支护强度对顶板断裂失稳的控制作用是有限的;提出对厚层顶板实施爆破预裂减小顶板断裂长度和合理支架选型提高支架支护强度相结合的顶板控制方法.通过在晋华宫煤矿8210工作面的应用实施,工作面支架末阻力与时间加权阻力分别占额定工作阻力的85.3%与83.7%,工作面顶板随采随垮,煤壁片帮深度控制在0.2～0.3m范围.     

树脂锚杆轴力分布与围岩强度的影响分析

树脂锚杆在我国煤矿巷道支护以及各类工程中都有广泛的应用,主要用于岩石岩土中的锚固支护。为研究不同围岩环境对树脂锚杆锚固性能的影响,利用非线性有限差分数值模拟软件Flac3D建立锚杆拉拔实验模型,分析不同围岩强度下树脂锚杆轴向位移和轴向应力分布的变化,结果表明:高围岩强度下的锚杆锚固段轴向应力相对增大,整体轴向位移降低,孔口处轴向位移相对较小,而低围岩强度下的轴向应力基本呈线性分布。不同围岩强度条件下的锚固剂剪应力变化趋势基本相同,距孔口约200mm处的锚固剂剪应力分布曲线发生交汇,距孔口0～200mm的坚硬强度围岩最大锚固剂剪应力较大,大于200mm则软岩强度较大,根据结果提出了增强树脂锚杆拉拔性能的意见。     

杨庄矿深部矩形煤巷围岩破坏特征及支护技术

为解决深部矩形煤巷支护难题,以巷道宽度为变量,采用室内实验、数值模拟、现场实测、理论研究的方法,建立了双裂隙抗剪切滑动力学模型,提出了高强高预紧力锚网索耦合分区支护技术.结果表明:顶板围岩主应力差分布范围、剪切破坏塑性区扩展延伸区域、变形延伸深度的响应程度均比底板、两帮强烈;顶板围岩可划分为裂隙贯通区、裂隙发育区、微裂隙区和无裂隙区;高强高预紧力锚网索耦合分区支护技术能积极调动顶板深部围岩强度,改善锚固体的应力状态,控制巷道围岩变形,满足矿井"安全、高效"的生产要求.     

软煤层巷道支护数值模拟研究

针对新义煤矿11011工作面回采巷道煤层松软、围岩变形大、现有微拱工字钢支护难以满足生产安全需要的问题,利用FLAC数值模拟软件分别对微拱工字钢和外扎腿U型钢支护下的巷道位移矢量特征、应力特征及塑性区范围进行了分析．结果表明,外扎腿u型钢支护,能有效地改善围岩的应力状态和控制围岩的变形量,适合该矿软煤层特征;通过对12011皮带运输巷进行的工业性试验的实测变形数据分析表明,外扎腿u型钢支护,降低了顶板与两帮收敛速度与位移,提高了软岩巷道围岩强度和自承能力,维护了巷道围岩的稳定性,支护效果良好,能满足新义煤矿安全生产的要求,可为类似条件下的巷道支护提供参考．     

巷道围岩失水特征电磁法测试与分析

淮南矿业集团西部泊江海子煤矿3—1煤层顶板砂-泥岩层遇水易发生泥化,其巷道支护受到地下水渗流的影响,易造成巷道支护的失效,给矿井安全生产带来严重隐患。论文利用矿井瞬变电磁探测技术,对矿井＋803．5m水平辅助运输石门掘进巷道的围岩含水情况进行探测,并分析了围岩断面的电性特征。动态测试结果表明,该巷道围岩的电阻率呈逐渐变大趋势,围岩持续失水使得巷道条件得到改善。同时该探测方法也可为类似问题解决提供参考。     

深部复合顶板巷道变形破坏机理研究

高应力下软弱复合顶板的持续塑性变形破坏,是深矿井巷道支护与维护的难点之一.分析了车集煤矿2405工作面区段运输平巷和区段回风平巷的围岩结构和岩性特征,构建了该类巷道复合顶板的力学模型,导出了该模型的力学变形方程.对巷道顶板变形破坏机理进行了深入分析,认为当巷道顶板岩层所受轴向压力大于岩梁达到屈服时的临界压力0.8倍时,巷道变形(下沉)明显增大,严重时产生冒顶.提出了同类巷道掘进过程中围岩控制的关键措施.     

深部巷道围岩控制原理与应用研究

采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法，研究深部巷道围岩稳定问题，认为深部巷道围岩控制的基本方法是提高围岩强度、转移围岩高应力以及采用合理的支护技术．提出了深部巷道围岩控制的基本技术和控制过程：1）应力转移降低巷道浅部围岩应力；2）采用高预紧力、大延伸量的高强度锚杆、锚索支护系统，强化锚固区围岩强度，提高巷道围岩自身稳定性；3）加强巷道两帮、底角支护，提高巷道最薄弱部位（两帮、底角）残余强度、提高巷道围岩的整体稳定性；4）应用高水速凝材料注浆加固破碎区，提高破碎围岩的完整性和力学参数．该研究成果已成功应用于工程实践．     

无煤柱自成巷动压承载支护作用机理与设计方法

为探究切顶卸压无煤柱自成巷开采动压影响期间巷内临时支护的设计方法,分析了自成巷道顶板结构的演化过程与变形特征,阐明了动压承载临时支护的作用机理,基于Hoek-Brown强度准则,建立了切顶短臂梁顶板破断力学模型,利用极限分析上限法,推导出了短臂梁在临界位置断裂时的支护阻力计算方法,探究了有关因素对支护阻力大小的影响规律,将设计方法应用至柠条塔矿现场试验,效果良好.研究表明：动压承载临时支护的作用为控制顶板离层变形并适应顶板回转变形;支护阻力随着顶板岩体容重、上覆岩层垂直应力、采动应力集中系数和巷道宽度的增大而逐渐增大,随着顶板岩体内聚力、内摩擦角、碎胀矸石支承系数、短臂梁顶板厚度和支护非对称系数的增大而逐渐减小.相较于其他因素,顶板岩体内聚力、上覆岩层垂直应力与巷道宽度对支护阻力的影响更加显著.