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。     

缓倾斜煤层软岩巷道变形规律及围岩控制研究

针对枣泉煤矿缓倾斜煤层软岩巷道的非对称变形破坏情况,采用FLAC3D数值分析方法,得出倾斜煤层软岩巷道围岩的非对称变形规律,并与现场矿压监测结果相互验证。通过实施锚(索)网等多介质联合支护技术,利用锚索将破碎岩体与深部稳定岩体承接起来与锚杆共同作用,形成"压缩拱",改善了顶板上部形成的自然平衡拱沿煤层层理向巷道上帮顶角发展的趋势,充分发挥了锚网—围岩整体力学效应,有效控制了巷道围岩的变形和破坏,并在生产实践中取得了良好的效果。     

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。     

极破碎软岩巷道失稳机理与动态迭加耦合支护技术研究

基于赵庄矿极破碎软岩巷道长期矿压监测、围岩力学参数测试与矿物成分分析及松动圈测试等成果,分析了巷道围岩变形破坏的特点,揭示了极破碎软岩巷道变形失稳机理;针对该矿极破碎软岩巷道提出了由预留变形量、锚网索喷耦合支护、二次锚注加固组成的动态迭加耦合支护技术方案,并通过相似模型试验和井下工程实践对该技术方案的支护效果进行了验证。研究表明：通过预留变形量释放围岩中的变形能和高应力,顶板高预应力锚索、帮部高预应力锚杆和低预应力锚索实现“控顶卸压”,低压浅孔充填和高压深孔渗透注浆相结合形成积极有效的锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,底角和底板锚注有效控制巷道底鼓,从而实现对极破碎软岩巷道围岩变形的有效控制。     

深井高应力非常规断面动压巷道支护技术研究

目前,国内关于高应力动压巷道非常规段面掘进技术方面的文献较少.本文分析了巷道所处区域水文地质条件和应力分布情况,并参考了数值模拟结果,对翟镇煤矿11103E高应力动压巷道采用了非常规断面掘进,锚带网初次支护只挂顶网,回采时锚带网加强支护挂帮网,特殊地段锚索注浆加固的方法;最终就巷道围岩表面位移、巷道围岩深部位移和锚杆(索)锚固力等矿压监测结果,进行了支护效果检验,结果表明支护技术安全有效.     

十五号煤三盘区首采工作面巷道支护效果分析

凤凰山煤矿15~#煤三盘区XV3307综采工作面两顺槽顶板和两帮均采用锚梁支护,顶板采用锚索补强支护。从矿压监测数据来看,巷道未发生较大的变形,说明支护设计合理,保持了巷道围岩的整体稳定,充分发挥了锚杆、锚索支护的主动性,起到了主动支护的效果。     

基于梁-拱式组合结构的薄层状复合顶板锚固设计

为了保证薄层状复合顶板条件下矩形巷道围岩的锚固支护效果,通过相似模拟试验,基于锚固体强化理论和普氏压力拱理论,提出和验证了顶板锚固的梁-拱式组合结构.以岩体结构为中心,进行围岩锚固参数设计,根据库仑准则和锚固体梁的剪切破坏准则计算下位顶板锚固体梁的厚度,据此确定顶板锚杆长度;根据顶板上部普氏拱高确定锚索长度;根据直接拱脚在巷帮的深度和相邻帮锚杆作用重叠区域的相互关系,探讨了帮锚杆长度、间排距的确定及校核方法.研究表明:在保证两帮锚固稳定的前提下,通过锚索的悬吊作用,下位锚固体梁与上位普氏拱形成组合锚固体自承和承载结构.     

深部软岩巷道锚网支护参数的确定

为了解决超化矿31采区支护参数选取不当,大量软岩巷道极易陷入"前掘后修"和"屡修屡坏"的恶性循环的问题。结合已有的研究成果,分析深部大断面软岩巷道的变形破坏特征,通过FLAC数值模拟,在此基础上确定深部软岩巷道的合理支护参数,在巷道围岩的锚固性能锚杆预紧力取5 t时,锚杆支护间排距取0.8 m×0.8 m,一次锚网支护采用长度为3 m、直径20 mm的锚杆,然后在一次锚网支护形成的支护承载结构基础上,在巷道帮部和拱部采取结构补偿措施,二次支护选取长度6.5 m、直径18.9 mm的锚索,经过现场实测采用以上参数取得了良好的支护效果。     

高强全锚注支护结构性能与工艺技术应用北大核心

针对高应力、软岩、动压、裂隙节理破碎岩体及其复合型困难条件巷道围岩非连续、非协调大变形控制难题,采用理论分析、室内支护材料力学实验、现场试验的综合研究方法,进行了高强中空注浆锚杆、高强中空注浆锚索结构分析、性能测试及工艺技术应用探索,提出了复杂困难条件巷道高强全锚注一体化控制理念,即通过采用高强中空注浆锚索/锚杆及高强护表构件全锚注支护,最终形成巷道围岩'协同强力护表、叠加内拱、深外拱'多层次、梯次强化支承结构;在平煤一矿回风上山进行了全方位高强耦合控制试验,长期矿压观测表明巷道围岩得到有效控制,真正实现了锚杆索锚注一体化、全长锚固及围岩提质增强。     

深部围岩巷道支护技术的应用研究

为了研究掘进期间深部高应力区巷道变形特征,以山西某矿22614工作面为研究背景,采取了锚网梁索+底角锚杆的联合支护措施,在支护段分别布置2个测站进行监测,得出在掘进期间,巷道顶底板相对移近量平均为52.2 mm,两帮相对移近量平均为42.8 mm,巷道断面收缩率控制在5%以内,围岩变形控制效果好。锚固区内离层值大于锚固区外离层值,说明顶板离层主要发生在锚固范围内,锚固范围外离层较小,锚索支护有效控制了巷道顶板离层。     

大断面软岩巷道支护技术及矿压显现规律研究

为解决大断面软岩巷道的支护难题,依据梅花井煤矿112202工作面辅助运输巷采矿地质条件及巷道参数,考虑软岩巷道围岩变形的特殊性,在改变传统混凝土碹支护技术的基础上,设计了锚网可缩性条带碹联合支护方式及施工工艺,并对试验段巷道进行了矿压观测,分析了试验段巷道表面变形、顶板离层、深部位移及顶板锚杆受力情况.结果表明:锚网可缩性条带碹支护可以有效地控制大断面软岩巷道围岩变形,为类似条件下的巷道支护提供了技术借鉴.     

深井软岩巷道全断面支护技术研究

深井软岩巷道支护是目前矿压界的支护难题之一。文章依据现场工程实践,通过设计有效的支护方案并优化巷道支护参数。全断面采用以注浆锚杆与注浆锚索为主的锚注联合支护,并施加以底板反底拱,及时监测矿压变化规律。结果表明,注浆锚杆与锚索在深井软岩巷道围岩中可以起到良好的支护控制效果,巷道反底拱也能够有效控制深部巷道底鼓。     

极软岩巷恒阻大变形锚杆耦合支护技术研究

 针对新安矿区深部极软岩巷经常发生严重底臌、两帮收缩且折帮、顶板非对称下沉、巷道全断面内缩、锚杆（索）拉断、反复修护的现象,分析巷道破坏特征及原因。提出恒阻大变形控制机理,设计了恒阻大变形锚杆+金属网+底角锚管+反底拱+钢纤维混凝土耦合支护方式,即采用具有恒定支护阻力、适应围岩变形量500mm的恒阻大变形锚杆,随围岩变形吸收膨胀变形能和高应力变形能,避免围岩的强度衰减,保证岩体强度,控制巷道变形。在该矿535回风石门使用后,从根本上控制了回风石门的非线性大变形,保证了巷道全断面的稳定,有效解决了中生代极软岩巷道支护难题。     

长沟峪煤矿矿压监测与结果分析

通过在长沟峪煤矿回采巷道设置顶板离层监测仪、巷道围岩表面收敛测量基点及锚杆锚固力动态监测仪等矿压观测仪器,观测巷道的顶板离层量、表面收敛量及锚杆锚索锚固力等巷道矿压显现的特征值,并利用观测结果对不同支护形式下的变形情况进行数值模拟分析,论证现行锚杆锚索支护的可行性,及在煤壁破碎的情况下采用注浆锚杆的必要性,为该矿以后的支护设计优化提供一定的技术参考和技术参数[1]。     

六家煤矿运输巷道矿压观测与数据分析

通过在六家煤矿北翼辅助运输大巷中所设置的巷道顶板顶离层监测仪、巷道围岩表面收敛测量基点及锚杆锚固力动态监测仪等矿压观测仪器,观测该巷道的顶板离层量、表面收敛量及锚杆锚索锚固力这些巷道矿压显现的特征值,并对观测结果进行分析,以检验锚网索这种支护形式在该围岩条件下的适应性,检验该支护参数设计是否合理,为该矿以后的支护设计优化提供一定的技术参考和技术参数[1].     

基于松动圈现场测试的非对称变形巷道支护技术研究

针对山西省吉宁煤矿2103高应力综采沿空巷道帮部非对称变形、顶板下沉严重等矿压显现突出及围岩体破碎的问题,以巷道围岩松散破碎的超声波探测为依据,在原有支护形式的基础上进行了支护形式及参数优化。其中,临空侧采用高强蛇形让压锚杆配合锚索,实体煤侧采用玻璃钢锚杆,顶板采用锚网索配合JW型护表钢带的联合支护形式。巷道锚杆受力、围岩变形量及围岩裂隙发育的钻孔成像监测结果表明,不仅高应力综采沿空非对称变形得到有效控制,而且较原支护形式下的巷道围岩变形量其降低幅度达到50%,进一步验证了优化后的支护形式对高应力综采沿空巷道围岩的控制作用。研究结果可为相似地质条件及开采技术条件下高应力综采非对称变形巷道围岩的支护设计提供参考。     

深部软岩巷道等应力承载拱强度理论研究

针对深部软岩巷道难支护的特点,结合围岩应力分布规律以及锚杆锚和锚索的支护特点,提出了深部软岩巷道锚杆锚索等应力承载拱强度理论.该理论是根据巷道所处的应力环境,通过锚索和锚杆的长短搭配,在巷道围岩中形成一个受力更为均匀的承载结构,从而提高围岩的自承能力,以此来维护巷道的稳定.此外,还推导出圆形承载拱的承载能力公式,对深部地应力较为均匀的工程具有一定的参考价值.     

深部高应力半煤岩巷失稳机理及支护技术

针对某矿1402E运输巷,采用现场调研、数值模拟、工程实践对深部高应力半煤岩巷失稳机理及支护技术进行研究。结果表明:深部高应力半煤岩巷失稳的主要原因是埋深引起的地应力高和巷道围岩的各向异性造成变形量大;1402E运输巷采用锚带网索支护,锚杆长度2 200mm,直径22 mm,锚固长度1 000 mm,预紧力为130 k N时,支护效果最好;工程实践中,巷道顶底板移近量平均为661.5 mm,两帮移近量平均为553.5 mm。     

高强中空锚杆/索结构及全锚注技术研究

针对高应力、软岩、动压、裂隙节理破碎岩体及其复合型困难条件巷道围岩非连续、非协调大变形控制难题,提出了复杂困难条件巷道高强全锚注一体化控制理念,通过采用高强中空注浆锚杆、中空注浆锚索及高强护表构件全锚注支护,实现了锚杆索锚注一体化、全长锚固及围岩自承能力提质增强,最终形成巷道围岩"协同强力护表、叠加内拱、深外拱"多层次、梯次强化支承结构;试验表明:高强全锚注支护系统刚度提高5.8倍,抗剪强度提高0.5～0.8倍,在全国多个矿区沿空掘巷、高应力软岩煤巷等各种类型巷道应用效果良好,围岩变形破坏得到有效控制,提高了破碎煤岩体锚杆锚固力及锚固安全性与可靠性。     

高应力泥岩顶板巷道围岩失稳特征及控制分析

通过对高应力泥岩顶板回采巷道破坏特征、力学变形机制及失稳原因分析,建立了回采巷道锚杆-锚索支护区变形协调方程,提出了高应力泥岩顶板回采巷道围岩控制关键技术,确定了预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护方案,并对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:高应力泥岩顶板巷道表现为顶板破碎严重及离层量大、两帮呈非对称收敛变形与底鼓量大的特征;高应力及泥岩顶板软弱围岩是巷道围岩产生破坏的内在原因,锚杆-锚索支护强度过低及锚杆-锚索支护区非协调变形则是巷道围岩破坏失稳的外在原因;古汉山矿13051回采巷道围岩为高应力-节理化-膨胀性复合型(HJS)软岩,为Ⅰ_(AB)Ⅱ_(AB)Ⅲ_(ABD)复合型力学变形机制,采用设计支护方案后,巷道围岩变形能利于释放,围岩压力减小,锚杆-锚索受力均匀,巷道围岩变形保持在可控范围内,预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护利于巷道围岩稳定。