宏泰煤矿回采巷道支护方案优化的FLAC~(3D)数值模拟分析

宏泰煤矿26B~#煤层回采巷道原采用的支护方案为顶板布置2排φ18 mm螺纹钢锚杆,锚杆长度为1.6 m,间排距为1 m,巷道底板和两帮不支护。经现场调查分析,在矿山压力作用下,巷道顶板上方出现了裂隙和离层现象,并且巷道顶底板移近量明显。为确保巷道稳定,对原支护方案进行了优化,即对巷道顶板较完整的区域采用螺纹钢锚杆进行支护,对顶板较破碎的区域采用锚索支护。为有效确定巷道顶板锚杆、锚索的布置形式及相关支护参数,采用FLAC~(3D)软件构建了数值模型,分别进行了围岩位移场、围岩应力场以及围岩塑性区的数值模拟分析。结合数值模拟结果确定的优化支护方案为:巷道顶板布置3排锚杆,锚杆长度1.8 m,间排距为0.8 m;当巷道顶板较破碎时,顶板布置2排锚杆和1排锚索,锚杆锚索的间排距均为0.8 m,锚索长度视巷道围岩稳定性情况而定。该方案可供类似矿山回采巷道有效支护提供可靠依据。     

高强支护技术在典型中小煤矿的应用

为改善中小煤矿巷道支护落后面貌,以白皎煤矿巷道为工程背景,从矿井地质力学、围岩强度与结构入手,分析现有支护方式存在的问题。采用现场测试与理论分析相结合的方法,确定2410底板道采用高预应力、高强度锚杆与锚索联合支护。研究结果表明,巷道围岩位移、锚杆、锚索受力等均处于良好状态,巷道支护效果得到显著提高。高预应力、高强度锚杆与锚索联合支护技术,能够有效控制穿层软岩巷道的大变形,保持围岩长期稳定。     

北岭矿4号煤主要巷道支护设计研究

分析了北岭矿4号煤层主运大巷和辅运大巷支护存在的问题,在研究了4号煤层巷道围岩条件的基础上,通过分析其松动圈的范围,确定其围岩属于Ⅳ类围岩（不稳定围岩）。采用工程类比法,对北岭煤矿4号煤层主运大巷和辅运大巷的支护方式、锚网索支护参数等进行了设计,确定了采用锚杆支护方式,顶部结合W钢带（钢筋托梁）、网和锚索提高支护强度的支护方案,并明确了锚网索支护各项参数。方案设计完成后,在4号煤层辅运大巷选取了100 m巷道进行效果验证,重点观测了试验巷道表面位移、锚杆锚索锚固力及巷道顶板围岩深部基点位移。观测结果表明,设计的巷道支护参数能够对4号煤巷道围岩进行有效控制,方案符合设计标准要求。     

巷道锚杆锚索协同支护数值模拟研究

基于锚杆、锚索协同支护原理,在围岩条件和锚杆、锚索其他支护参数一定的情况下,采用正交试验设计方法,运用FLAC3D数值模拟软件对锚索预紧力、锚索长度、锚索锚固长度3个支护参数对巷道围岩变形影响规律和它们之间的协同匹配关系进行研究分析。结果表明:影响围岩顶底板、两帮变形的主要因素是锚索预紧力,锚索预紧力的大小对巷道变形的影响最为显著,而锚索长度和锚固长度的影响相对较小;锚杆预紧力须和锚索预紧力协同配合,共同控制围岩的变形,预紧力为20kN的锚杆和预紧力为100kN的锚索在巷道顶底板变形控制中能达到很好的协同配合作用;巷道围岩顶底板和两帮的围岩稳定性控制的机理不同,需要采取的支护理念和支护参数也不同;锚索锚固长度对围岩位移变化的影响规律是锚索长度对围岩位移变化影响规律的侧面描述,呈负相关的关系。     

北岭矿煤巷锚杆支护数值模拟分析

为得出北岭矿煤巷锚杆支护的最佳方案,综合考虑锚杆锚索间排距对支护效果的影响,采用FLAC3D分析软件对5种不同间距和5种不同排距支护方式进行模拟。以巷道的塑性区分布、巷道围岩的水平应力分布和垂直应力分布及巷道顶底板的位移量作为巷道支护效果依据进行分析。结果表明:合理的锚杆、锚索支护可以有效防止塑性区扩展、有效保护顶板完整性,围岩破坏次数及破坏形式随锚杆(索)间排距不同而不同;增加支护密度可以使围岩避免出现拉应力,提高围岩承载力;合理的锚杆、锚索间排距能有效控制巷道顶板下沉量。     

锚杆锚索协同支护技术及实践

通过分析张双楼煤矿深部巷道围岩失稳机理,提出采用锚杆、锚索协同布置方式,从提高锚索预紧力、增打帮锚索、改进金属网连接工艺等多方面进行了支护参数的优化。现场应用证明,优化后巷道表面位移量大幅减小,大幅减少了锚杆失效和网兜隐患,避免了巷道反复扩修,保证了安全生产,支护成本降幅也十分明显。锚杆锚索协同支护技术的应用,取得了较好的围岩控制和降本效果。     

高水速凝材料在破碎围岩巷道支护中的应用研究

针对某煤矿盘区变电所围岩松散破碎变形严重的问题,通过研究内聚力、内摩擦角以及支护阻力对巷道周边位移的影响,确定了围岩注浆压力为2.5 MPa,以增强围岩强度,为锚杆和锚索提供可靠的着力基础。采用间排距为850 mm×850 mm的锚杆和锚索对围岩进行支护,控制住了变电所的变形,保证了变电所的正常使用。     

深井小煤柱沿空掘巷整体耦合让压支护实践研究

针对正通煤业小煤柱沿空掘巷原有支护设计不能满足生产要求,顶板和两帮出现较大变形等问题,分析了原有支护设计主要存在的问题及巷道支护的关键点,提出巷道整体耦合让压支护技术,实现锚杆锚索和围岩的变形耦合、锚杆锚索变形耦合、锚杆锚索的让压协调受力,设计出耦合让压锚杆+耦合让压锚索+焊接网+W钢带联合支护系统,数值模拟与巷道监测结果表明,采用耦合让压支护的顶板与两帮位移稳定值分别为90、70 mm,有效地控制了围岩变形,满足了安全生产要求。     

巷道高强度、高预应力锚杆索强力支护技术效果监测分析

本文以四台矿8702综采工作面为工程背景,针对5702回风巷进行锚杆、锚索受力监测和巷道变形监测。通过监测巷道围岩表面位移、锚杆索受力分析等来评价支护效果。结果表明:该高强度、高预紧力锚杆+短锚索强力支护技术在大幅提高巷道掘进速度的同时,能够有效控制巷道围岩变形,取得较好效果。     

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。     

底板跨采巷道锚网索支护效果分析

通过对Ⅱ28采区运输上山的顶板离层、表面位移、深部位移以及锚杆锚索受力状态实测分析,得出底板跨采条件下锚网索支护巷道的围岩变形规律;结果表明,围岩变形主要发生在上方跨采工作面采动影响剧烈阶段,尤其是对于裂隙比较发育的岩体,合理的支护可控制围岩的变形量,保证巷道的断面满足生产要求。     

底板跨采巷道锚网索支护效果分析

通过对Ⅱ28采区运输上山的顶板离层、表面位移、深部位移以及锚杆锚索受力状态实测分析,得出底板跨采条件下锚网索支护巷道的围岩变形规律;结果表明,围岩变形主要发生在上方跨采工作面采动影响剧烈阶段,尤其是对于裂隙比较发育的岩体,合理的支护可控制围岩的变形量,保证巷道的断面满足生产要求。     

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。     

管索组合结构支护新技术及其在深部大变形巷道应用研究

随着煤矿开采深度的增加,巷道围岩应力环境恶化,围岩大变形及锚杆锚索破断问题更加突出,严重影响深部矿井生产安全。为了解决此类问题,本文针对锚杆锚索支护的优点及缺陷,基于管索组合结构与围岩相互作用机理,提出了管索组合结构支护新技术。管索组合结构通过改善锚索自由段结构、优化其受力状态,使锚索具备较高轴向承载力,同时能够防止受岩石错动等横向作用而导致的锚索自由段破断,避免围岩失稳。通过室内剪切试验发现,管索组合结构的最大剪切荷载为普通锚索的1.27倍以上,平均最大剪切位移为普通锚索的1.16倍,表明管索组合结构具有良好的抗剪能力和剪切方向延展特性。基于九龙矿巷道的工程案例,通过现场监测和钻孔探测,分析了原支护方案下巷道的变形破坏特征,并将管索组合结构在深部大变形巷道进行了应用,现场监测结果表明,采用管索组合结构支护新技术能够有效控制围岩大变形。研究结果可为类似深部矿井支护提供参考。     

采动影响下极软围岩支护参数优化设计

针对采动影响下的极软围岩控制问题,在原有支护设计的基础之上,采用数值模拟手段对贵州兴义矿区极软岩巷道进行了支护参数的优化设计。根据锚、喷、网、索、梁的支护方式,考虑锚杆的间排距、锚杆长度等因素,设计了9种计算方案;采用FLAC软件分别对这些方案进行了计算,根据计算结果可到支护的最优方案。该方案用于现场后,巷道围岩变形得到了较好的控制。     

华恒矿业双大巷跨采技术及巷道加固支护效果分析

针对华恒矿业有限公司矿井开采后期，常常存在跨采大巷情况，以61103外段工作面跨采-650 m水平西翼大巷和西翼总回风巷为例，分析了工作面超前支承压力在底板岩层传播规律，结合双大巷地质资料，提出了高强度锚索（锚杆）梁、压网联合支护、架设U形棚和工字钢棚支护的加固方案。通过巷道围岩变形监测结果，巷道加固增加了顶板支护强度，使巷道受力支撑点作用在两帮上，造成巷道两帮出现位移，且巷道围岩集中应力传播到巷道底板，出现底鼓现象，巷道加固支护方式、支护参数合理。     

深井巷道锚索桁架+锚杆联合支护技术试验研究

潘西煤矿开采深度达到千米以上,地压大,围岩稳定性差,巷道破坏严重,导致巷道返修率高。为了经济、有效地控制采场地压,维护巷道的稳定,在现有支护型式的基础上,首次采用了锚索桁架+锚杆联合支护技术,为巷道支护型式选择和参数优化提供了依据。     

31采区2#回风巷掘进过断层破碎带支护技术研究

针对31采区2#回风巷掘进揭露F2断层,在断层两侧存在破碎区,巷道围岩整体性较差问题,采用超前管棚支护+喷射混凝土作为临时支护,金属网+锚杆+锚索+π型钢梁联合支护作为永久支护的方案。监测数据表明,改进方案减小了围岩的变形量,使掉矸等不再发生,提高了安全性和工效。     

大埋深泥岩巷道高预应力强力支护方式应用研究

埋深900 m的陈四楼煤矿九采区泵房邻近陈四楼煤矿向斜轴部,掘进过程中揭露一条落差7 m的XF₅正断层,周边巷道较多,空间关系复杂,采用单独的“锚网喷+锚索”支护时巷道严重变形。为解决巷道支护难题,提出了通过提高支护强度,先行采用“锚杆锚索间隔布置+长锚索”先喷后锚让压支护,再进行“锚索注浆+二次锚网加固”的高预应力强力支护方式,对底板采取“锚网带+锚索梁+注浆”加固措施,对巷道进行全封闭式的围岩加固。实践效果表明,该方案支护效果良好,巷道变形量得到了很好的控制,可以满足安全使用。     

大断面巷道围岩变形机理及支护技术研究

为解决大断面巷道围岩变形量大、巷道支护困难等问题,以曹家滩煤矿122108工作面主运顺槽为背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对巷道围岩变形破坏力学机理和掘进过程中的应力场、位移场和塑性区进行分析,总结巷道掘进过程中围岩的变形破坏规律,在此基础上对巷道支护参数进行优化。结果表明:采用“锚杆+锚索+塑钢网+钢筋网”的支护方式可以有效控制围岩变形,提高巷道掘进速率。