深部高应力巷道充填式释压刚柔耦合支护技术适用性研究

针对深部高应力巷道在卸压孔支护技术中对围岩扰动严重并且卸压变形量不易控制问题,以北京长沟裕矿为背景,综合运用理论分析与数值模拟的方法,在分析巷道矿压显现特点以及巷道大变形机理的基础上,提出了高应力巷道充填式释压刚柔耦合支护方法。对原始支护方案与充填式释压刚柔耦合支护方案进行对比分析。结果表明:充填式释压耦合支护方案较原始支护方案在围岩塑性区以及变形量方面都有较为明显改善,巷道围岩卸压变形量基本可控。     

高应力煤巷钻孔卸压与锚杆支护耦合作用研究

王庄煤矿+540 m水平厚煤层大断面巷道由于应力高、顶煤强度低及大采高工作面扰动影响,巷道围岩控制较为困难。在综合分析采矿地质条件基础上,提出对煤巷实施钻孔卸压与锚杆支护耦合作用的支护方案。通过数值模拟和现场试验相结合,分析比较巷道顶底板变形规律和应力特征,确定了合理的优化支护方案,即卸压钻孔直径400 mm、间距4 m,锚杆间排距0.9 m、预紧力90 k N。在8110工作面现场应用表明,采用耦合支护方案后,巷道顶板下沉量减小30.3%,底板变形量减少8.6%。围岩变形量在设计范围内,煤柱应力降低且向深部转移。证实了耦合支护方案能有效控制围岩变形,保持围岩稳定,而且也为类似巷道的设计和加固提供了参考价值。     

深井综放沿空掘巷围岩变形破坏机制及控制对策

通过对赵楼煤矿综放沿空掘巷现场调查和变形监测,分析了巷道围岩变形破坏特征,深入揭示了围岩变形破坏机制,认为围岩强度低,地应力高,围岩松动破坏范围大,支护结构及参数不合理,巷道围岩应力环境复杂和断面尺寸大是围岩变形破坏的主要原因。基于强力让压耦合支护和关键部位加强支护的围岩控制原理,提出了顶板锚网带索、纵向钢带+两帮锚网梯索、纵向钢筋梯+窄煤柱帮部锚索加强和喷浆+实体煤帮钻孔卸压的支护对策并进行现场试验。结果表明:掘巷稳定后,巷道围岩控制效果良好;锚杆、锚索受力最大值均在其屈服范围内,并为回采期间留够了充足的余量。研究结果为类似复杂难支护巷道提供了借鉴。     

深部高应力巷道卸压控制及支护技术研究

通过理论推导、数值模拟、现场试验等方法,研究了深部冲击高应力巷道卸压及支护问题,卸压钻孔应力分布规律和高应力巷道卸压控制区域的解析结果表明,破碎软化区半径主要受卸压钻孔半径、高地应力等影响,卸压钻孔周围煤岩体的破碎软化起到弱化高应力、转移高应力的作用,有利于保持巷道稳定.通过数值模拟研究并考虑钻孔效率和巷道支护,卸压钻孔直径宜为１１０~１３０ mm.针对高应力巷道提出的“卸压控制＋让压支护”技术与卸压孔保护技术,提高了巷道支护体的完整性,新支护方式现场试验应用后,巷道帮部最大变形为３００mm,顶板最大变形为１７１mm,巷道围岩裂隙范围明显减小,与原支护相比巷道未出现整体失稳现象,有效控制了高应力巷道的变形,维护了高应力巷道煤岩体的稳定性.研究成果为高应力巷道卸压控制和让压支护提供了理论指导.     

软岩巷道围岩变形破坏规律与支护方案优化

针对清水煤矿高应力软岩巷道变形严重这一问题,通过对巷道围岩深部位移和围岩松动圈进行监测,确定巷道围岩不同深度的围岩变形特征和松动圈范围,进而对巷道支护方案进行优化。研究表明:顶板变形集中部位为1~4 m深范围,两帮变形集中部位为2~4 m深度范围,巷道围岩松动圈的范围为2.9~3 m;将原有巷道的支护方案改为长度为5 m的加长锚杆进行支护,通过数值模拟验证该方案可以有效的控制围岩变形。     

高应力作用下大变形破碎巷道稳定技术

以龙煤集团城山煤矿3B~#煤层的回采巷道支护问题为背景,针对深部大采高巷道变形大,松散破碎等问题,以现场煤岩特性测试、力学实验等为基础,借助数值模拟研究巷道围岩变形破坏。结果表明:3B~#煤层的松动圈范围为0.6~1.2 m,属于中松动圈,煤体在松动圈内较为破碎,围岩破坏以竖直方向上的剪切破坏为主。通过比较各支护方案下巷道围岩的位移、应力、变形情况,提出采用增加巷帮锚索支护以及对煤柱的锚索加强支护方式来控制巷道变形。现场观测证明,该方案能有效的控制巷道顶底板、两帮的变形,控制巷道的断面收缩率为23.5%,保证巷道的正常使用。     

三软煤层回采巷道支护中钻孔卸压技术

为有效解决软岩巷道支护难题,提出并研究了钻孔卸压与U型钢联合支护方式。采用FLAC3D数值模拟软件分析了卸压钻孔对巷道围岩变形及应力转移作用机理,模拟结果表明,实施卸压钻孔后,巷道围岩的变形量减小,巷道周边围岩应力峰值向深部转移,巷道处于应力降低区。现场试验结果表明：采用钻孔卸压与U型钢联合支护方案,巷道两帮最大移近量193 mm,降低55%,巷道顶底板最大移近量267 mm,降低55%,巷道支护状况得到明显改善。     

前和煤业东胶带运输大巷钻孔卸压围岩控制技术

为有效解决前和煤业3#煤层东胶带大巷在原有锚网索支护下围岩变形量大的问题,结合巷道变形特征,确定采用钻孔卸压技术,采用理论分析和数值模拟的方式确定卸压钻孔在修巷作业前,垂直于巷帮打设,钻孔深度为8 m,结合巷道的具体条件确定巷道采用卸压钻孔+让压支护的围岩控制方案,并采用矿压监测验证支护效果。结果表明:支护方案实施后,顶底板和两帮的最大移近量分别为141 mm和132 mm,有效解决了巷道两帮及底板鼓起量大的问题,保证了巷道围岩的稳定性。     

沿空掘巷非对称性差异化支护技术研究

针对2103工作面沿空掘巷巷道围岩变形量大,矿压显现明显,煤柱侧与实煤体侧巷道围岩呈非对称变形问题,采用数值模拟分析确定工作面留设煤柱的合理宽度为5 m,同时利用钻孔成像技术对巷道围岩裂隙变化情况进行分析,得出实煤体侧和煤柱侧巷道围岩松动圈范围分别为1.8～2.2 m、1.5～2.4 m,据此提出非对称性差异化支护方案。支护方案优化后,通过对巷道围岩顶底板及帮部位移量变化情况和岩层裂隙发育情况进行监测,监测结果巷道在采用优化后支护方式后,80%锚杆受力在20～60 kN;巷道两帮位移变化量在75～95 mm,巷道顶底板移近量在43～95 mm,巷道围岩裂隙发育大部分集中在距围岩表面深度1.1 m以内。应用结果表明:该支护方案能够有效控制沿空掘巷巷道围岩变形,为类似条件下巷道支护提供了较大的参考价值。     

大断面巷道非均匀变形机理及稳定性控制研究

为探究围岩受采动影响条件下巷道变形破坏与稳定性控制,以桑树坪二号井3309工作面运输平巷为工程背景,采用FLAC3D数值模拟方法分析“一掘二采”期间大断面巷道围岩主应力差分布特征,结合现场试验,揭示大断面巷道围岩非均匀大变形破坏机理,分析提出巷道围岩非均匀变形控制补强支护设计方案。研究结果表明：①一次回采和二次回采期间,巷道煤柱及煤壁两侧煤体峰值应力差分别为7.93MPa、12.96MPa,煤柱帮峰值应力远高于煤壁帮,两侧煤体呈非对称变形破坏特征|②与一次回采相比,二次回采期间3309工作面运输平巷煤柱帮主应力增大11.46MPa,塑性区范围从4.5m增加至煤柱宽度,煤壁帮主应力差增加27.46MPa,塑性区增加1.5m,巷道围岩处于高强度剪应力状态,易引起大变形破坏|③基于大断面巷道两侧煤体非均匀变形破坏特征,针对性提出“一长一短”两种补强支护方案,现场试验后巷道围岩稳定性控制效果良好。     

高应力岩层巷道钻孔爆破卸压技术

为了深入研究深部高应力岩层巷道围岩松动爆破卸压技术,针对高应力巷道围岩受采动影响的变形破坏特点,采用FLAC数值模拟软件对深部动压巷道围岩进行了松动爆破卸压模拟,结果表明在松动区域轴向平行于巷道顶板和帮部时,在距巷道顶板和帮部围岩5 m处进行爆破,可以在巷道周围形成一个松动区域,使巷道围岩浅部应力与深部集中高应力隔离开,达到巷道围岩集中应力向深部转移和改善巷道围岩受力状态的目的.通过工程实践,验证了模拟方案的合理性,并使爆破参数得到了优化.     

强动压“三软”煤层巷道“卸-转-固”围岩控制技术

针对强动压影响下“三软”煤层巷道围岩控制难的问题,以仲恒煤矿“三软”煤层115-101回风巷为工程背景,通过现场调查、围岩松动和地应力测试,采用UDEC数值软件根据实际建立数值模型,研究了巷道变形破坏原因,并基于应力控制原理,提出受强动压影响的“三软”煤层巷道“卸-转-固”围岩综合控制理论。研究结果表明:115-101回风巷围岩松动圈范围0~5 m,应力峰值在深入围岩5~6 m处,采用“卸-转-固”围岩控制技术,在原有的29U型钢支护条件下,降低支护排距,根据煤层倾角及厚度设计并施工爆破卸压孔,在孔底连线安装炸药,利用自制的封孔设备将加固材料通过高压风压入钻孔进行封孔,实施爆破。爆破后,围岩应力重新分布,重新形成破碎区、塑性区和弹性区,并使应力集中的弹性区转移到围岩更深处,降低巷帮及底板浅部围岩应力集中,在巷道周围表层一定范围内形成低应力卸压圈,而在围岩深部形成了应力集中的自承载圈,集中应力主要由该自承载圈的岩体承担。该自承载圈的岩体处于围岩深部,基本处于三向应力状态,降低集中应力对巷道的破坏作用,稳定性得到很大提高。巷道围岩顶底板移近速率降低了79.43%,两帮移近速率下降了54.17%,巷道围岩变形量明显减少,有效控制了强动压影响下“三软”煤层巷道围岩变形。     

急倾斜煤层巷道变形特征及控制研究

针对急倾斜煤层高应力条件下巷道围岩易出现较大变形的问题,通过FLAC3D数值模拟分别对原支护静力和动力作用下围岩变形破坏规律进行了分析,采用声波法和钻孔窥视法对+475m水平B3+6煤层两巷道进行了松动圈测试。研究表明:巷道围岩变形的主要影响因素为巷道成形后形成的二次应力、顶底板岩性、采动扰动;围岩松动圈为1.6~3m,局部区域最大达到5m。基于数值模拟和松动圈测试结果,对乌东煤矿巷道支护参数进行了优化调整,形成了急倾斜特厚煤层高应力条件下锚网索支护为主、局部应力集中区U型钢金属支架补强支护为辅的巷道支护体系,通过优化采掘布局,降低巷道受上分层综放工作面回采扰动频次,提高巷道支护强度。     

煤矿复杂条件巷道围岩松动圈支护原理与技术

煤矿复杂条件巷道开挖后围岩松动圈的产生不可避免。通过对大同矿区典型巷道松动圈发育规律现场实测及数值模拟研究,发现:复杂条件巷道围岩大松动圈普遍存在,且具有多阶段、不对称非均匀发育特征,据此提出了大松动圈巷道二次稳定支护原理与"三锚"支护技术,对破裂围岩施加高预紧力及高阻耦合让压特性锚杆是控制复杂应力条件巷道稳定性的有效手段。     

煤层群错位工作面煤柱应力集中区巷道围岩控制技术研究

为获取煤层群错位布置工作面煤柱应力集中区巷道发生大变形的机制，采用数值计算及现场实测的方法对巷道围岩受力特征及破坏规律进行了研究。研究结果表明，煤层群上组煤层煤柱集中应力与下组煤层31112工作面回采后的侧向支承压力叠加导致巷道受力大幅增加，原有支护强度不足导致巷道发生大变形；分析了叠加应力大幅增加的主要原因是错位工作面上组煤层传递的集中应力来源于采区边界煤柱，而边界煤柱向下传导应力影响范围较区段间煤柱大，且衰减慢，同时侧向支承压力叠加下加剧了巷道围岩受力的不平衡性，巷道围岩在邻近采空区的副帮侧及副帮顶板破坏范围较大，造成了巷道的局部失稳进而形成大变形。依据实测的破坏范围对原有支护方案进行修正，设计了补强支护方案，现场实测表明补强支护后巷道变形显著减小。     

深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护优化

为了研究深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护对策,基于地质条件分析,采用钻孔窥视仪和地质雷达探测了巷道围岩的破坏模式及规律,通过模拟研究得到围岩的破坏机制,针对性的提出了锚网带与预应力锚索梁耦合让均压的优化支护方案和参数。结果表明:围岩由表面向内部破坏程度依次减弱,形成3~4个破裂区,前2个破裂区为松动圈。松动圈分布在煤层和底板泥岩中,其中顶部围岩松动圈平均深度3 m,易产生离层。煤层越厚巷道越易失稳,其破坏机制是顶板锚杆处在破碎区,产生锚固端滑脱或整体冒落。通过现场支护试验,验证了优化支护方案和参数,有效地控制了厚煤层回采巷道稳定性。     

深部高应力软岩巷道刚柔耦合支护技术研究

为解决高应力软岩巷道支护难题,以北京长沟裕矿为研究背景,在分析巷道围岩破坏特征的基础上,提出了置孔释压刚柔耦合一次成巷技术,将释压材料放置于大刚度支架背部与柱脚处,形成围岩与支护的耦合作用。利用FLAC~(3D)数值模拟技术,对比分析原支护方案与置孔释压支护方案。研究结果表明:置孔释压支护方案能够有效释放巷道围岩高应力,巷道围岩基本处于弹性状态,围岩整体变形量小,自承能力强。现场实践验证了置孔释压刚柔耦合支护技术的可行性,为高应力软岩巷道支护提供新方法、新思路。     

复杂岩层大断面硐室群围岩破坏机理及控制

针对复杂岩层巷道交叉点高应力集中区四周硐室群开挖围岩稳定性控制和支护技术等难题,通过对现场取样测试硐室群围岩物理力学参数、黏土矿物成分和松动圈大小,分析了赵庄煤矿三盘区带式输送机头硐室群及周边巷道围岩变形破坏特征和机理,表明硐室帮部煤柱和底板围岩是加固支护重点。利用FLAC3D数值模拟软件分析了硐室群开挖对硐室群及周边巷道围岩应力分布和塑性区分布范围的影响。基于理论分析和数值模拟提出了硐室及周边20 m范围内巷道围岩"强柱固底"的加固支护方案。现场工业试验表明,加固支护后,硐室群及周边巷道围岩变形得到了有效控制,围岩内部裂隙基本被浆液填充,60 d内围岩顶底板和两帮最大移近量分别为30 mm和50 mm,达到了理想的加固支护效果。     

深部巷道围岩钻孔卸压与围岩控制技术研究

针对深部开采条件下巷道围岩地应力增加、破碎岩体增多等一系列问题,导致传统支护手段难以有效控制围岩变形的现象,采用有限差分软件FLAC3D建立深部巷道钻孔卸压模型,对钻孔卸压前后巷道围岩应力分布规律与变形破坏特征进行了分析,结果表明,钻孔卸压技术可有效释放巷道围岩应力增高区的变形破坏能量,促使浅部围岩高应力转移至深部煤岩体中,显著改善围岩应力环境。基于对卸压钻孔参数的模拟分析,合理确定出钻孔卸压与主动支护技术参数。工程实践表明,该技术围岩控制效果显著。     

深井大断面双巷布置回采巷道破坏机制及控制技术

为解决深井大断面双巷布置回采巷道二次采动期间围岩控制问题,以刘庄矿6203工作面回风巷为工程背景,根据现场实际观测情况分析了巷道变形特征,即回采期间巷道变形表现为底鼓量大于顶板下沉,煤柱帮变形远大于实体煤帮的非对称形态,巷道底板及煤柱帮围岩变形最严重。在此基础上分析了护巷煤柱、围岩应力、围岩强度、支护形式对巷道底鼓的影响,认为护巷煤柱尺寸过小,支护参数不合理是导致巷道破坏变形的主要原因。提出了改变护巷煤柱尺寸、优化巷道支护参数、局部注浆和留设卸压槽的底鼓控制技术。通过工程实践表明,新的支护方案使巷道围岩得到了有效控制,具有良好的安全技术经济效益。