沿空留巷顶板非对称锚固深梁承载结构模型研究及应用

针对强采动条件沿空留巷顶板非对称变形与控制难题,以贺西煤矿3302(2)沿空留巷为工程背景,采用数值模拟、理论分析及现场工程实践相结合的方法研究沿空留巷顶板非对称锚固深梁承载结构的形成机制与承载特性。基于顶板预应力场的分布特征,提出在高预应力顶板锚索和锚杆支护产生的有效预应力场作用下顶板的有效锚固区能形成非对称锚固深梁承载结构,进而构建非对称锚固深梁承载结构力学模型且根据应力叠加原理推导其最大剪应力解析式;结合MATLAB绘图阐明不同顶板载荷、非对称布置的单体支柱和顶板锚杆索的单一和复合影响因素作用下锚固深梁结构最大剪应力分布的响应特征,并分析锚固深梁结构和两帮(柔模墙体和煤帮锚固体)协同承载机理,从而揭示锚固深梁结构稳定性承载机制。基于此,结合生产地质条件和工程经验提出3302(2)沿空留巷非对称联合支护方案,实践表明留巷期间围岩移近量控制在安全范围内,沿空留巷非对称锚固深梁承载结构有效控制强采动巷道顶板的非对称变形。     

复合顶板稳定性分析及支护参数设计

为了研究复合顶板下沉量大、支护失效等矿压现象,总结了不同围岩条件下复合顶板的破坏形式,以临汾恒昇煤业9102工作面回采巷道为研究对象,采用顶板离层监测、钻孔窥视、数值模拟等方法,揭示现场复合顶板巷道失稳机理。研究分析及数值模拟结果表明,锚杆支护下在顶板浅层形成的"锚固梁"要满足强度要求;锚索支护下,将"锚固梁"与深部岩层组合,使顶板满足位移要求,从而达到控制巷道稳定性的目的。改进的支护方案顶板最大拉应力和剪应力分别减少了55%和33%,"锚固梁"垂直方向应力是原支护方案的4倍,顶底板和两帮的位移量均小于100 mm,满足现场安全回采要求。基于锚杆、锚索耦合支护模型为复合顶板巷道支护提供了分析方法,为同类巷道支护设计参数的选择提供了借鉴。     

单轨吊对孤岛工作面回风巷顶板稳定性影响研究

山西天地王坡煤矿3210孤岛工作面回风巷道顶板压力大、变形严重,严重影响工作面的辅助运输,给安全生产带来隐患。为了解决回风巷道的运输问题,通过分析在单轨吊作用下3210回风巷道顶板的稳定性以及巷道顶板的数值模拟试验,对比分析了巷道在受到悬吊锚杆和悬吊锚索作用下的巷道顶板的塑性区影响范围、巷道围岩的垂直应力和水平应力分布以及巷道顶板的变形量,探讨了3210回风巷顶板的稳定性,研究了悬吊锚杆和悬吊锚索作用下的回风巷顶板的变化规律,提出了孤岛工作面回风巷采用悬吊锚杆和悬吊锚索相结合的支护方式。最终有效控制了回风巷的变形,解决了工作面的运输问题。     

连续不规则应力集中区厚层复合顶板锚网支护技术研究

以顾桥矿1214(3)运顺为研究对象,分析巷道顶板岩性、各段不同应力分布环境、断面大及单轨吊运输起吊设备重近30 t等难点,根据掘后有效支护的原则,通过采用顶板锚杆全长锚固技术和锚索采用横向梯级组合支护,配合关键部位走向加固锚索和预应力锚索束强化等综合控制方案,实现了连续不规则应力集中区厚层复合顶板安全掘进,巷道围岩控制较好,工业性试验成功。     

徐庄矿软弱煤层巷道单轨吊悬吊技术

针对徐庄矿7332工作面材料道悬吊单轨吊顶板煤层软弱的不利条件,通过分析锚杆(索)悬吊单轨吊受力体系,采用控制悬吊杆体锚固段在顶板岩层中的位置和悬吊杆体预紧力,并利用悬吊杆体稳定套筒等附属,优化悬吊杆体承载状态。在7332材料道锚网索支护的基础上,应用锚杆锚索组合悬吊单轨吊的方式,由悬吊杆体锚固段与岩层作用,利用岩层与巷道支护相互作用将悬吊杆体荷载间接传递到整个巷道支护体系,实现巷道悬吊单轨吊的安全可靠,并在工业性实践中获得成功。     

高应力软弱夹层顶板大断面巷道三维一体化控制技术研究

为了解决高应力软弱夹层顶板大断面巷道稳定性控制问题,以李村煤矿2302回风巷为工程背景,分析了2302回风巷原支护存在的问题,采用FLAC3D软件,研究了不同支护参数下2302回风巷围岩变形规律,优化了2302回风巷支护参数,提出了三维支护结构+帮顶底一体化控制技术,给出了高应力软弱夹层顶板巷道围岩控制方案。现场应用结果表明:在工作面回采期间,2302回风巷顶板下沉量最大为21.6cm,两帮移近量最大为35.6cm,底鼓量最大为15.7cm,该控制方案较好地解决了高应力软弱夹层顶板巷道稳定性问题。     

大埋深组合顶板巷道围岩支护技术研究

深部采准巷道支护问题是当前煤炭资源向深部开采所必须解决的关键问题之一。而深部采准巷道顶板多为复合层状顶板,并受到较大的上覆垂直荷载和水平构造应力的联合作用。通过对复合层状顶板锚固形成的组合岩梁进行受力分析,得出梁下侧的最大拉应力计算公式。根据最大拉应力准则确定出组合岩梁的高度,进而确定锚杆的长度。根据所得结论对关中某煤矿40303工作面采准巷道复合顶板进行参数设计,结果表明,对深部巷道复合层状顶板锚固所形成的组合岩梁能有效承载较大的上覆垂直荷载和水平构造应力,采用该支护方案可有效控制复合顶板的变形,取得较好的支护效果。     

强动压高水平应力巷道围岩控制技术

为了解决强动压高水平应力巷道支护难题,根据地应力测试、顶板取心探测、岩体原位强度测试并结合FLAC~(3D)数值模拟,研究了巷道在强动压高水平应力作用下的破坏机理,进而应用高预应力强力支护技术进行巷道支护,并进行现场试验和矿压监测。结果表明:强动压高水平应力导致巷道两帮由浅到深逐渐剪切破坏,其承载能力减弱导致顶板失稳;强动压高水平应力加剧顶板剪切错动,造成顶板锚固结构失稳,致使顶板松散破碎;提出"固帮控顶"的围岩控制思路,即采用高强度预应力"锚+梁+网"联合支护方案加固两帮和顶板,与原支护相比,表面位移明显减小,围岩控制取得良好效果。     

深埋复合顶板煤巷破坏特征及跨界锚注分级连续化支护技术

为解决深埋复合顶板巷道围岩大变形的问题,以新安煤矿3205工作面材料巷为工程背景,采用现场分析与UDEC数值模拟相结合的手段,分析了复合顶板巷道变形破坏特征及其影响因素,基于巷道顶板厚层锚固原理,提出了跨界锚注分级连续化支护技术方案,通过现场监测和模拟结果验证了新方案的可行性。研究表明：初期支护强度对巷道的维控至关重要,优化后的支护方案有效控制了巷道围岩变形,顶板及两帮变形量分别降低了64%和63%;并且大幅抑制了围岩裂隙发育,最大裂隙深度由9.56 m降低至3.26 m;新支护方案构建了顶板厚层稳固的锚固岩梁结构,可以维持巷道长期稳定承载。     

深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术

针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷易冒顶、大变形、难支护等特点,基于锚杆和锚索支护理论,提出了兼具组合梁和组合拱承载效应的梁-拱锚固承载结构,分析了梁-拱锚固结构的几何特征,揭示了不同锚固参数条件下梁-拱锚固结构的形成过程及演化规律,反映了不同支护形式下煤巷顶板的锚固结构效应。采用FLAC~(3D)模拟研究了4种支护技术方案条件下深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩位移与塑性区损伤扩展演化规律,揭示了不同支护技术方案对矩形断面煤巷围岩的控制效果,验证了采用基于梁-拱锚固结构的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护技术方案的合理性,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"梁-拱锚固结构"支护技术方案有效地控制了深部软弱破碎复合顶板煤巷离层与大变形,维持了深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

松软煤层大巷围岩变形机理及控制对策

针对潞安漳村矿井深埋煤巷持续大变形难题,在开展地应力、煤岩体强度及围岩结构测试的基础上,分析了软弱围岩破坏变形的机理;基于强力一次支护原则提出了高预应力强力锚喷支护方案,重点对煤帮进行短锚索补强支护。矿压监测结果表明,掘巷阶段巷道顶板最大下沉量16 mm,两帮最大收敛量153 mm,底板变形不明显,锚杆锚索受力在掘进工作面推过50 m时开始稳定,锚杆受力最大值稳定在154 kN,锚索受力最大值稳定在235 kN。研究成果可为类似采矿条件下煤巷支护提供经验指导。     

深部软岩巷道围岩变形特征及全锚索支护机理

针对新元煤矿9102原回风巷的围岩大变形及支护构件变形失效等问题,分析了复杂高水平应力和垂直应力场作用下原回风巷顶板围岩的裂隙发育状况及围岩变形破坏特征,结合现场实际决定在原回风巷20 m处重新开掘一条回风巷。采用数值模拟分析了新掘回风巷的围岩应力环境,结合原有支护及现场实践提出了全锚索支护技术,并阐明其支护机理。现场监测表明,新掘回风巷采用全锚索支护技术后,巷道围岩变形明显减少,且支护构件无变形失效,实现了对深部软岩巷道的围岩控制。     

坚硬顶板1-1022巷锚网索梁主动控制技术研究

为充分发挥巷道围岩自身承载性能,以1-1022巷为工程背景,分析了坚硬顶板下巷道主动控制的可行性,以强化直接顶松软岩层、充分利用基本顶坚硬岩层为理念,以高强度、高预紧力锚杆主动支护和预应力锚索强化支护为核心,开发了坚硬顶板下锚网索梁主动控制技术,有效控制了试验巷道围岩变形。     

高应力复合顶大断面煤巷支护参数优化研究

为解决高应力复合顶板工作面巷道支护维护难的问题,通过现场调查,对已有巷道围岩破坏原因进行分析,得出原有巷道支护方式和参数不具有针对性。结合巷道断面和顶板岩性相变大的特征及巷道破坏特点,通过调整巷道两帮支护的锚杆间距,增加了支护密度,根据复合顶板岩性不同,将顶板支护分为4种方案,分别布置具有针对性的锚索补强支护,同时增大了锚索直径,强化了锚索支护作用。采用FLAC数值模拟软件对巷道在优化支护方案下的应力分布和变形特征进行模拟分析,巷道变形量减少,整体稳定,验证了支护优化方案的合理性。经工程实践和支护效果观测表明,巷道顶板下沉量最大为137 mm,两帮移近量最大为365 mm,顶板深部最大观测离层值为14 mm,保证了巷道稳定性,达到了预期目标。     

厚层复合顶板大断面沿空煤巷组合支护技术

随着煤矿采深加大与延伸,普通锚网(索)喷支护较难维持厚层复合顶板大断面煤巷围岩稳定性。通过对大量复合顶板事故调查及其产生过程分析,获得了复合顶板事故失稳机制及控制方案,并在许厂煤矿4312皮带顺槽进行了支护技术现场实践,取得了较好的支护效果。研究结果表明:为有效控制复合顶板岩层离层与竖向拉伸裂隙产生,可施加锚索来实现减跨作用,采取高强预应力锚固顶板下位复合岩层来提高岩梁的整体抗弯刚度,以减小顶板岩梁产生的弯曲应力;高强预应力锚杆、锚索、钢带和钢筋梯组成的"四位一体"的组合支护技术可较好地解决厚层复合顶板大断面沿空煤巷围岩稳定难题。     

大倾角煤层动压巷道矿压显现规律及支护优化

针对3695回风巷受上工作面采动动压影响下巷道矿压显现剧烈的问题,基于3695回风巷所处的工程地质条件,运用FLAC3D数值模拟软件研究大倾角动压巷道在采动前后围岩的应力环境及塑性区范围.结果显示,受采动影响后,巷道顶板及左帮围岩垂直应力明显增大,巷道塑性区进一步范围扩大,围岩变形破坏严重.根据原有支护系统问题,提出了...     

邱集煤矿1102工作面切顶留巷支护设计及矿压实测

以邱集煤矿1102工作面运输巷坚硬顶板支护问题为背景,建立未切顶巷道顶板的悬臂梁模型和切顶留巷顶板的变形及受力模型;由理论计算得出切顶前巷道顶板伸向采空区的悬臂梁结构的最大悬臂长度为4.68 m,切顶后悬吊单位长度的巷道顶板所需支护阻力为166.74 kN;据此进行巷道支护参数设计,确定恒阻大变形锚索规格为φ17.8 mm×10 300 mm,两列锚索排距分别为1 000 mm和2 000 mm,并对巷道矿压进行监测。监测结果表明:1102运输巷距开切眼75 m至173 m范围内巷道顶底板移近量最大值约36 mm,顶板离层出现在泥岩灰岩的交界处,累计离层量为25 mm,顶板锚索受力最大值为150 kN,变形和受力均处于安全范围内,满足巷道的稳定性要求。     

大采高大断面回采巷道区段煤柱宽度的优化研究

针对王庄煤矿大采高工作面两巷掘进支护和回采期煤体破碎严重、围岩变形量大、巷道维护困难的情况,综合采用数值模拟和工程实践分析的方法,结合6110工作面地质条件,系统地分析了不同宽度区段煤柱下巷道围岩的应力演化及变形规律,得出了区段煤柱合理宽度为6 m。在此基础上提出了"高强度预应力锚杆配合金属菱形网和双筋梯子梁基本支护、小孔径预应力锚索补强支护、单体液压支柱配合金属铰接顶梁加强支护"的巷道围岩控制技术。实践表明,试验巷道断面完全可以满足回采期间的通风行人要求,巷道维护状况良好,经济社会效益显著。     

叠加应力影响巷道围岩变形规律及控制技术研究

为了解决上覆煤柱应力叠加影响下巷道变形严重的问题，通过现场实测对巷道变形规律进行研究，采用钻孔窥视及静压注水试验对围岩破碎特征进行分析，制定了先注浆、再对锚杆二次预紧、最后预应力锚索补强的综合围岩控制方案，并进行工业性试验，结果表明：巷道修复后0～18d为初始变形阶段，是巷道治理的关键阶段|巷道浅层煤体裂隙发育数量较多且连通性较好，深层裂隙发育较少且连通性差，需要采用预应力锚索进行全长锚固补强|采用综合围岩控制方案后，巷道变形量得到有效控制，底鼓量最大为51mm，两帮最大移近量为42mm，顶板沉降量为4mm，巷道变形得到有效控制。     

采动影响下大断面大埋深复合顶板煤巷围岩控制技术研究与应用

国投新集刘庄煤矿东三回风二大巷为全煤巷道,沿13-1煤顶板掘进,巷道埋藏深,且为复合顶板,受动压影响。基于东三回风二大巷工程背景,建立了数值计算模型,分析了巷道围岩变形破坏机理,确定采用锚索对巷道顶板与两帮围岩进行加强支护。支护效果表明:锚索加强支护有效提高了支护结构的整体性和承载力,控制了围岩的变形,抵挡住了采动影响,保证了东三回风二大巷的长期稳定和正常使用。