超挖锚注回填控制深部巷道底臌研究

以淮南矿区深部巷道条件为工程背景,采用数值模拟及现场实测的研究方法,对底板无支护巷道围岩应力分布特征、破坏场特征及岩层移动规律进行了深入研究,揭示了深部巷道底板围岩力学特征。通过分析多种措施治理深部巷道底臌效果,提出并实施了控制深部岩巷底臌的新方法--超挖锚注回填技术,即首先对底板下方一定深度的岩体超挖,然后对底板进行锚注加固,再回填强度相对较高的混凝土层,有效地改善了巷道底板围岩力学性质和力学状态。     

底板深孔爆破卸压机理及底臌控制技术研究

高河矿E2305工作面胶带巷由于底板岩层强度低,在高应力作用下导致巷道底臌严重。利用FLAC3D分析了底臌发生的主要机理,经过理论计算和数值模拟计算,提出了底板深钻孔松动爆破方案。通过相似模拟,研究工作面回采过程中矿压显现、回采巷道附近围岩的应力分布、位移、巷道的破坏方式及程度的规律。对回采巷道底板岩层进行深孔爆破卸压处理后与原支护不爆破卸压的巷道底臌现象和规律做出对比,结果显示底板深孔爆破卸压能够解决底臌问题。工程实践表明:巷道最大底鼓量为55mm,最大底鼓速率为26mm/d,变形速率及底鼓量在巷道正常使用允许范围之内,底板卸压爆破后巷道变形尤其是底臌得到了有效控制,可以为相似条件下巷道底臌治理提供借鉴。     

深部开采软岩巷道底臌机理及其控制

随着矿井逐渐转向深部开采,软岩巷道底臌控制已成为制约部分矿井安全开采的关键。以2204工作面为研究对象,采用现场实测方法确定了该工作面软岩回采巷道围岩变形特点,并结合现场实际分析了引起该巷道底臌的主要因素。提出散水治理、注浆锚杆底板加固和底板浇筑混凝土等方式对该巷道进行底臌控制,结果表明该方法可有效对底臌进行控制,具有较好的实践和推广意义。     

深部巷道底臌控制研究与锚注支护实践

为研究深部巷道底臌控制问题,以某矿-1 000 m岩巷为背景,运用岩土数值模拟软件FLAC3D,研究了不同支护方案对深埋巷道底臌的控制效果,通过对比提出了全断面锚注的支护方案,并根据现场实测证明了全断面锚注支护可以有效的解决深部巷道底臌问题。     

深部软岩巷道底鼓机理与治理试验研究

为研究深部软岩巷道强烈底鼓发生机理及治理方法,以邯矿集团陶二煤矿扩大区南大巷底鼓问题为背景,分析了南大巷强烈底鼓特征及影响因素,提出了巷道底板锚索束+底板深浅注浆的治理方案,通过巷道原支护和底鼓治理方案相似模拟试验,对比分析了两方案在底板破坏和围岩应力分布特征。结果表明:高应力、岩石遇水膨胀、支护结构不合理等因素综合作用导致巷道发生强烈底鼓;浅部注浆使底板破碎岩体相互黏结形成整体,深部注浆填充深部裂隙岩体孔隙,锚索束将浅部注浆岩体和深部注浆岩体锚固在一起限制底板变形。现场底鼓治理试验表明:巷道底板变形在38~48 mm之间,治理后30 d巷道趋于稳定。该底鼓治理技术适用于深部大断面、永久巷道(硐室)底板加固。     

深部岩巷底鼓机理及底板超挖锚注回填技术

基于深部软岩巷道底鼓问题严重这一状况,以望峰岗矿深部岩巷条件为工程背景,对如何有效控制深部软岩巷道的底鼓问题进行了试验研究,通过对底鼓影响因素的理论分析和原支护效果的数值模拟以及底板岩层移动规律的现场实测,掌握了底板无支护条件下巷道围岩塑性区范围、围岩变形移动规律和巷道周边应力分布状况,提出并试验了控制深部岩巷底鼓的新...     

加固巷道帮,角控制底臌的研究

对控制巷道底臌的基本原理进行了研究，提出了加固巷道软弱围岩帮、角（主要是底角）控制底臌的新方法。计算机数值模拟及相似材料模拟试验研究表明，加固不同部位对控制底臌均有一定效果。当载荷＜１．９ＭＰａ时，加固顶板或底板控制底臌的效果均较好；当载荷＞１．９ＭＰａ时则以加固两帮控制巷道底臌的效果最好，这种方法在柳新煤矿、黄塘岭煤矿进行了井下工业性试验，均获得了控制巷道底臌的显著效果。     

深部矿井巷道急速底臌机理与防治技术

深部矿井巷道开挖后,在矿山压力、底板水压或瓦斯压力等作用下,底板短时间内发生急速鼓起的现象,被称为急速底臌现象。结合赵固一矿开拓巷道多次发生急速底臌的实际情况,描述了急速底臌发生的特点,比较了其与普通底臌现象的差异,分析了其产生的机理,给出了对巷道急速底臌的防治方法。     

基于ANSYS模拟的煤矿巷道断面优化分析

为了探讨深井巷道底臌合理的控制方法,根据龙煤矿业集团鸡西分公司东海煤矿实际工程现状,对二水平五呆区下山32号煤层顶底板进行现场取样和力学参数的实验室测定,并运用ANSYS进行数值模拟,通过对东海矿深部弧形底角巷道与直墙拱形巷道的应力分布状况对比.结果表明弧形底角的巷道设计能够改善巷道围岩的应力分布状态,减小巷道围岩破坏范围及两帮与底板变形量.工程实践表明,东海煤矿底臌问题得到了有效控制,保证了巷道稳定,取得了良好的效果,为解决类似条件的深井巷道底臌问题提供了新的思路.     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。     

深部开采底板突水灾变模式及试验应用

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。     

Permeability of the Coal Seam Floor Rock Mass in a Deep Mine Based on In-situ Water Injection Tests

In-situ water injection tests were carried out to study the hydraulic conductivity of the roadway floor strata in the Chengjiao coal mine. Reliable water pressure test data were obtained to assess the permeability of the floor’s rock mass. The initial water pressure of the intact rock mass was greater in the first water injection test, which indicated that its permeability was low. The water pressures increased when the test was repeated, which showed that cracks had propagated in the rock mass. The maximum hydraulic conductivity of the intact rock mass was obtained from different water injection tests and the results were compared with those of the Dongtan Mine in the Yanzhou coalfield, where the floor strata is geologically similar to the Chengjiao Mine’s. The test data verifies that the mine floor’s intact rock mass is very water-resistant. The risk of a water inrush can be judged by the numerical relationship between this resistance and the water pressure of the limestone aquifer. These results can be useful in preventing water inrush through the floor strata in other deep mines.     

深井回采巷道底鼓变形与支承压力关系分析

为了研究深井回采巷道底鼓变形与支承压力之间的关系,以铜川玉华煤矿2407工作面回风巷道为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场观测相结合的方法进行分析研究。通过建立巷道底板等效载荷力学分析模型,推导出在支承压力作用下巷道底板最大底鼓量的表达式。通过FLAC^3D模拟软件模拟计算得到不同煤柱宽度条件下巷道煤柱侧及煤壁侧的垂直应力分布,从有效避开采动影响的角度考虑,当煤柱宽度为25 m时,支承压力对巷道底鼓变形影响最小。现场观测结果表明:在采动影响下巷道两侧帮部塑性区呈不对称分布,煤柱侧帮部塑性区范围比煤壁侧帮部塑性区范围大。研究成果可为相似地质环境下巷道底鼓的分析提供参考。     

基于RFPA数值模拟的底板突水危险性评价

为解决杨村煤矿十采区下组煤开采受底板突水威胁问题,运用RFPA数值模拟软件对杨村煤矿十采区16上煤层开挖过程中的底板破坏规律进行了研究。通过建立符合实际条件的数值模型,计算出了煤层在分步开挖过程中底板受矿井压力作用影响下的破坏深度和发展规律。在此研究基础之上,利用考虑煤层底板破坏深度的突水系数法对研究区煤层开采过程中的底板突水危险性做出了合理评价,并将研究区划分为较危险区和危险区2个等级。该研究成果为杨村煤矿十采区16上煤层的安全开采提供了可靠依据,可以有效地指导采区开采过程中的底板水防治工作。     

寺河矿大采高工作面动压影响下巷道底鼓防治技术研究

采用理论分析的方法研究分析了大采高工作面动压影响下巷道底板变形破坏特征,揭示了寺河矿动压影响巷道的底鼓机理.在数值模拟计算的基础上,提出采用高预应力加长锚固螺纹钢锚杆加固动压巷道底板的防治底鼓技术,并在典型巷道中进行工程应用.现场试验表明该技术在控制底鼓方面效果显著,具有普遍的推广意义.     

深部承压水上底抽巷围岩破坏特征及合理位置

针对赵固二矿区域瓦斯治理需开掘底抽巷与承压水上开掘底抽巷易引发底板突水之间的矛盾,通过承压水影响下的圆形巷道围岩塑性区边界方程,分析了底抽巷围岩塑性区的分布特征与底板突水危险性之间的关系;采用数值模拟研究了工作面开挖后的底板应力分布状态及底抽巷布置在不同位置时的围岩破坏特征及相应的突水危险性。结果表明:底抽巷围岩塑性区的非均匀分布会显著减小底板隔水层厚度,增加底板突水危险;工作面开挖后底板应力根据其双向应力比值大小及应力加卸载状态可分为4个区域且按对底板突水危险的影响程度可排序为:卸压高应力比值区卸压应力比值稳定区增压低应力比值区原岩应力比值区。据此提出了赵固二矿底抽巷的合理位置为沿待采工作面法向布置,并在规划的煤柱中部下方的L9灰岩上部砂质泥岩层中沿底掘进。     

巷道底鼓过程中能量转移规律及其控制研究

在深井煤矿巷道中,底鼓量往往占巷道顶底板移进量的一半以上.李村煤矿由于埋深较大受高地应力和回采工作面采动的影响,回采巷道底板出现严重底鼓现象,严重影响工作面正常生产.针对李村煤矿回采巷道严重底鼓现象,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道围岩变形破坏特征及能量分布规律进行分析,并对巷道开挖后围岩能量转移特征展开了研究,分析...     

煤层开采底板承压水导升模拟试验系统研制与应用

为深入分析煤层底板承压水导升规律和直观展现突水通道形成过程,基于现有的二维相似材料模拟试验台研制了煤层底板承压水导升模拟试验系统。该系统包括二维相似模拟试验台(改造后)、承压水加载系统、承压水导升系统和计算机监测系统。运用研制的系统进行了尺寸为1 900 mm×220 mm×1 800 mm的模型铺设、开挖及监测。试验结果表明:该系统将柔性水囊、导水脉络和突水口组合成一个整体,避免了一般模型底板加载压力不均衡,解决了含压水箱与模型之间的密封难题;在水压达到0.03 MPa条件下,随着工作面推进距离增大,承压水导升高度不断升高,采空区中部出水量最大,导升高度最高;承压水沿阻力最小、距离最短的线路突出,且突水通道形成呈现突发、干脆特点;底板岩层受采动矿压和承压水水压产生的压剪作用,应力值出现"负—正—负"变化趋势。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。