TBM施工煤矿深埋硬岩巷道围岩稳定性分析及工程应用

针对首次立井煤矿TBM掘进硬岩巷道工程应用实际,进行了巷道围岩稳定性分析和施工信息化监测,并采用ABAQUS有限元数值软件研究了巷道围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律,分析了拟定支护方案的巷道围岩稳定性。结果表明,巷道顶部的最大下沉量为33.26 mm,巷道围岩的塑性区范围为0.8~1.2 m。确定支护方式为锚网支护。在试验巷道掘进过程中,进行了围岩内部裂隙发育情况、巷道收敛变形和锚杆受力监测。巷道顶板围岩破损深度达1.5 m,两帮最大收敛量为12 mm,锚杆轴力变化范围为43.1~65.1 k N。TBM施工硬岩巷道月进尺达404 m,相比传统的钻爆法和综掘法单进提高5~10倍,工程应用表明,该工法安全高效。     

煤矿微型TBM及其掘进瓦斯治理巷道工程实践

全断面掘进机（TBM）已在煤矿深井岩巷掘进中得到成功应用,其施工安全性好、掘进速度快,可安全高效地施工煤矿瓦斯、水害治理巷道,缓解了煤矿采掘接替失调的问题。为提高TBM在深井煤矿中使用的灵活性,扩大TBM在煤矿深井岩巷掘进中的应用范围,提出了煤矿微型TBM设计原则和技术指标,包括煤矿微型TBM在整机及部件尺寸重量、设备防爆和地层适应性等方面需满足的要求及解决方案。确定了煤矿微型TBM结构型式和主要参数,研发了煤矿微型TBM。系统论证了煤矿微型TBM设备及施工工艺研发中的技术难点与解决方案。针对煤矿微型TBM掘进瓦斯治理巷道工程地质条件,开展不同支护工况下煤矿微型TBM掘进巷道围岩稳定性数值分析。根据数值分析结果,综合考虑支护效果与支护效率,优选巷道支护方案,并开展巷道围岩变形与锚杆轴力现场监测。监测结果表明,巷道掘进后20天内,围岩变形和锚杆轴力增速较快;65天以后,围岩变形趋于停止,锚杆轴力也停止增长。巷道正顶处锚杆轴力略大于肩窝和帮部,巷道围岩整体稳定性较好,所选锚网支护形式可有效控制围岩收敛变形。采用煤矿微型TBM施工煤矿瓦斯治理巷道,锚杆支护施工效率能够理想地匹配煤矿微型TBM...     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。     

回采巷道底鼓演化过程的分布式光纤实测研究

随着煤矿开采的深部化和开采设备的大型化，回采巷道底鼓成为制约工作面高效、安全回采的重要问题，揭示回采巷道底鼓的发生规律对巷道底板稳定性控制具有重要意义。在分析回采巷道底板变形破坏特征的基础上，结合巷道底鼓关键特征研究了分布式光纤应变表征方法，并通过钻孔布设分布式传感光缆，以煤矿现场大量实测数据为依据，对工作面回采过程中回采巷道底鼓的发生进行了系统分析。研究结果表明：分布式光纤以一个正应变峰值和一个负应变峰值分别对应底板岩层的离层和挤压的非协调挠曲变形特征，以光纤局部范围受拉对应底板岩层的破碎和挤压膨胀变形特征，破碎特征区光纤的应变增量、增速反映了破碎岩块之间的挤压剧烈程度。将回采巷道底鼓演化过程分为扰动、破坏、卸压隆起3个阶段，指出每个阶段底板岩层破坏特征，确立了各阶段破碎区分布式光纤应变特征值关键信息。研究所得结论为实现巷道围岩大范围分布式光纤监测提供新的思路，对回采巷道底鼓控制具有指导意义。     

基于微震监测的掘进对巷道围岩稳定性影响规律

为了得到岩体破裂滑移对巷道围岩(煤柱、煤体及顶板)的影响,以山西潞宁煤矿22117风巷为研究背景,利用微震监测系统对潞宁煤矿22117风巷进行微震监测,得到围岩破裂的微震响应特征并对其进行分析.结合现场实际情况,利用FLAC~(3D)模拟软件建立三维模型,并进行数值模拟计算,对巷道掘进时顶板稳定性规律进行分析.结果表明:掘进对顶板影响表现为由巷道顶板-煤柱及其上方顶板-煤体及其上方顶板逐渐发展的一个过渡过程;巷道顶板受掘进直接影响的范围为距迎头32.6 m范围内;掘进动力扰动对后方煤柱顶板破裂的微震具有滞后效应,滞后范围约为93.3 m.     

矩形大断面煤巷围岩空间变形规律

为研究掘进过程中特厚煤层矩形大断面围岩空间变形规律和围岩稳定性问题,以国投塔山煤矿5106巷为背景,通过FLAC3D软件对矿山巷道掘进过程中无支护情况下的煤岩空间变形问题进行了数值模拟。研究结果表明:特厚煤层矩形大断面巷道的围岩变形在掘进开挖之后迅速发生,且主要集中在顶板和两帮处;巷道围岩变形的变形量随着与巷道距离增大而逐渐减小,且扰动范围在3倍巷径之内;针对特厚煤层矩形大断面巷道的围岩变形特点,在掘进过程中,应该及时采取超前支护和后续有效支护措施,减缓围岩变形对围岩整体稳定的扰动。     

安徽和睦山铁矿软弱破坏围岩巷道再造技术

基于现场调研与巷道围岩松动圈探测,分析了和睦山铁矿-300 m水平穿脉巷围岩变形破坏特征,确定了巷道围岩松动破碎范围较大为2.0~2.5 m;为保证软弱破碎围岩巷道快速施工,提出了“扩刷成型+锚网喷支护+深浅孔耦合注浆加固”相结合的巷道再造技术。现场监测结果表明,-300 m水平穿脉巷围岩变形量平均值仅为7.6~16.7 mm,表明再造技术保证了软弱破坏围岩巷道的掘进效率与使用安全。     

煤矿节理地层TBM掘进巷道围岩损伤规律分析

为研究煤矿节理地层TBM掘进巷道围岩损伤规律和特征,以张集煤矿1413A综采工作面瓦斯抽采巷道为工程背景,根据工程现场岩性条件、节理发育特征和地应力场条件,使用UDEC离散单元法数值模拟软件,建立巷道数值模型,研究了煤矿节理地层巷道在TBM掘进扰动条件下围岩损伤破坏规律。结果表明:围岩节理、裂隙分布特征是影响巷道围岩损伤特性的主要因素;节理交错贯通区域尤易出现围岩的宏观损伤和断裂;施工时应重点支护顶板,防止冒顶事故的发生。工程现场监测与数值计算结果一致性较好,所采用的研究手段能够反映工程现场的实际情况。     

软岩巷道掘进期间微震活动特征及稳定性分析

为明确软岩巷道掘进期间围岩变形破坏机制,在梁家煤矿4106材料巷构建微震监测系统,监测围岩破坏情况,分析软岩巷道掘进期间微震活动特征,研究微震活动与巷道收敛变形、支护构件受力的相互关系。结果表明:1)巷道掘进过程中,微震事件矩震级主要集中在-2.770~0.589,微震事件矩震级平均值为-1.5;微震事件分为3个区域,即高密度区域(0~2 m)、中密度区域(2~6 m)和低密度区域(6 m以外)。2)微震事件主要聚集在巷道顶板、肩部和底板,为巷道围岩破裂严重区域。3)微震事件聚集规律与巷道收敛变形、支护构件受力规律具有一致性。研究结果表明利用微震监测系统定量监测围岩破坏情况,结合传统监测技术是可行的,弥补了传统定性分析围岩破坏的局限性。     

永智煤矿迎采巷道支护研究与应用

由于迎采掘巷会形成采掘扰动应力叠加,使该阶段巷道围岩变形量增加,巷道难以维护。文章针对永智煤矿生产地质条件,采用数值模拟研究了迎采巷道的围岩应力演化规律、围岩变形规律等,结果表明：迎采扰动范围为采掘两个工作面间距20 m至滞后40 m,迎采扰动对5102辅运巷顶板下沉影响较大,对底鼓和两帮变形影响较小,巷道下部的围岩变形大于上部但不明显;根据数值模拟结果,提出了巷道顶板补强支护方案。该方案经过现场应用表明,迎采扰动范围内的巷道围岩变形得到了有效控制,取得了良好效果。