深部破碎巷道应力演化与围岩控制技术数值模拟

为解决某金属矿深部破碎围岩巷道支护的难题,采用FLAC~(3D)对不同支护方案下巷道围岩失稳破坏情况进行了数值模拟。分析了巷道在无支护、锚杆支护、锚喷支护和锚喷+锚索支护等不同条件下围岩的变形规律。结果表明:在不同支护条件下,巷道围岩垂直应力在距离巷道帮部约2m～5m处出现了"耳廓型"的压应力集中;巷道围岩水平应力呈现非对称"蝴蝶型"分布;锚杆、锚喷、锚喷+锚索支护对控制巷道变形有较好的效果,较无支护条件,顶底板最大位移量分别减小约50%、60%、80%;在巷道掘进过程中,巷道围岩变形量的规律为:两帮顶板底板。然而,对两帮和顶板采取支护后,巷道底鼓现象仍然严重,对此建议矿山对巷道底板采用混凝土硬化处理。     

汾源煤业公司5-102回风巷支护优化初探

汾源煤业公司5-102回风巷初期掘进过程中,原支护巷道发生严重变形,顶板岩层与锚杆之间岩石破碎,顶板锚杆失效,底板围岩遇水膨胀,造成底板鼓起;决定改进支护方式,采用"高强度锚杆+锚索+两帮底角锚杆+两底板锚杆"加喷浆的新支护方案;同时对巷道围岩变形情况进行监测,实测顶底板移近量和两帮移近量分别稳定在51 mm和73 mm左右;改进后,支护效果良好,完全可以满足矿井安全生产的需要。     

正利煤业14~(-1)1105孤岛工作面围岩控制技术研究与应用

为保障14~(-1)1105孤岛工作面回采巷道围岩的稳定,结合孤岛工作面的地质条件,确定巷道采用多圈层支护技术,设计巷道顶板采用螺纹钢锚杆+柔性锚杆+锚索进行不同深度岩层的支护,设计巷帮采用螺纹钢锚杆支护,并对各项支护参数进行设计。巷道掘进期间的围岩变形量监测结果表明:支护方案实施后,掘进期间围岩变形量小,有效保障了巷道围岩的稳定。     

围岩破碎巷道支护技术研究

为了研究某矿采区破碎围岩巷道的支护技术,采用钻孔窥视仪分析了巷道顶板和两帮的围岩破碎情况;在钻孔窥视观测的基础上,结合实践经验,提出了采用高预应力锚杆锚索+金属网+W钢带+巷道表面喷射混凝土的方法,巷道矿压观测表明,试验巷道采用研究确定的支护参数和支护手段,能够有效的控制破碎围岩巷道的围岩变形。     

煤巷支护参数分析及工程实践

为了解决破碎顶板煤巷支护的难题,通过数值模拟分析了不同支护条件巷道围岩的变形特征,优选巷道支护方案设计为"锚杆+锚索+钢筋网联合支护",提高了巷道支护效果和安全程度,从根本上改善了巷道围岩力学状况。     

深部大变形巷道围岩稳定性控制方法研究

针对深部高应力巷道围岩大变形难以控制的问题,采用Kastner等相关理论,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形的影响,揭示了其变形难以控制的力学本质,提出了巷道围岩稳定性控制新的支护理念。深部高应力巷道围岩大变形主要来自于两部分:1巷道周边浅部破碎围岩的扩容与剪胀等非连续性变形;2高应力致使巷道围岩产生的以塑性变形为主的连续性变形。研究表明:目前的支护水平对巷道围岩的连续性变形影响十分有限,总是存在一部分变形量无法控制,即深部巷道围岩存在"给定变形"。为实现巷道围岩稳定控制,降低支护成本,巷道围岩支护理念应由变形控制向稳定控制转变,确保巷道围岩均匀、协调变形,消除冒顶与片帮等不安全隐患,增强巷道围岩整体性与稳定性。因此,对于深部高应力巷道围岩稳定性控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间以容纳围岩部分"给定变形",支护结构应具有一定的连续性变形能力,又能持续提供较高的支护阻力,以维持巷道围岩的完整性与稳定性,保障巷道围岩的均匀、协调变形。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"可接长锚杆+刚性长螺纹钢锚杆+锚网+W钢带+喷射混凝土"综合控制技术为主,并辅以可接长锚杆强化顶板支护方案可较好控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

近距离煤层采空区下回采巷道支护技术

针对近距离煤层采空区下回采巷道采用"直径20 mm左旋锚杆+W钢护板"支护时出现的大变形问题,在分析巷道实际地质条件和围岩变形特点后,提出了一次支护、采用高性能护表材料和薄弱地段采用积极主动加强支护的原则。通过采用"直径22 mm左旋锚杆+W钢带"作基本支护,薄弱位置架棚作加强支护,有效控制了回采巷道顶板和两帮变形。优化后的支护方案能够保证巷道断面满足后期生产的要求。     

近距离煤层采空区下回采巷道支护技术

针对近距离煤层采空区下回采巷道采用"直径20 mm左旋锚杆+W钢护板"支护时出现的大变形问题,在分析巷道实际地质条件和围岩变形特点后提出了一次支护、采用高性能护表材料和薄弱地段采用积极主动加强支护原则。通过采用"直径22 mm左旋锚杆+W钢带"做基本支护,薄弱位置架棚做加强支护,有效控制了回采巷道顶板和两帮变形。优化后的支护方案能够保证巷道断面满足后期生产的要求。     

三软煤层及风氧化顶板支护技术研究

针对晋北煤业5-101工作面轨道巷特殊的三软煤层及风化不稳定顶板地质情况,研究分析原支护方案下巷道围岩大变形的原因,并优化设计支护方案,提出采用"加密高强锚杆+注浆锚索"的巷道支护方法。通过对巷道变形进行监测,顶底板和两帮最大变形分别控制在150mm和200mm以内,验证新支护方案可以有效地减小巷道围岩变形,提高稳定性,为相似巷道的支护设计提供参考。     

厚层泥岩顶板回采巷道变形特征及支护技术研究

为解决厚层泥岩顶板回采巷道支护难的问题,通过理论分析、现场调研及钻孔窥视,得出厚层泥岩顶板条件下锚杆索在锚固范围内无可靠的硬岩作为锚固承载层,强度低且易破碎,提出了锚杆+网+M型钢带+锚索梁联合支护方案。采用数值模拟软件FLAC3D对回采巷道在原有支护和设计支护情况下围岩变形情况进行数值模拟,结果表明,设计支护能有效控制巷道围岩变形。工业性试验表明,正常情况下顶板离层最大值在100 mm左右,最小值为0 mm,均值为36 mm。     

基于地应力的巷道支护参数设计研究

围岩强度与地应力的关系是导致巷道破坏的重要影响因素。分析了锚杆支护与围岩应力的关系、预应力锚杆与围岩变形的关系,然后数值模拟分析了不同支护条件下围岩破坏情况和应力分布情况。数值模拟得出,构造应力场下,顶板在锚杆锚索联合支护下,巷道变形量很小,巷道支护效果良好,顶板离层现象基本消失。以某矿为例,对巷道进行地应力测试以及巷道支护设计,通过锚网喷联合支护,特别是对顶板进行加固,支护取到了良好的效果。     

厚煤层大断面巷道支护技术研究

为了研究厚顶煤大断面巷道掘进过程中的巷道围岩破坏情况及合理支护方式,采用数值模拟和井下试验方法分析了不同巷道宽度下巷道围岩的变形破坏情况及不同支护方式对巷道围岩稳定性的影响,研究结果表明:巷道宽度变化对厚煤层顶板稳定性影响较大,巷道宽度由4 m增加到6 m时,顶板沉降量增加了55 mm,最大变形出现在厚煤层顶板中部,采取高预应力锚杆索支护方式并适当提高顶板支护密度,可以对浅部围岩施加更大压应力,进而更好地控制顶板沉降,井下工程实践表明:合理的锚杆索预紧力及支护参数可保持巷道围岩结构稳定性,矿压监测数据显示,两帮变形最大均未超过40 mm,顶板最大离层值未超过100 mm,锚杆、锚索受力始终保持稳定,支护效果良好。     

新屯矿综采放顶煤工作面顺槽支护设计优化

矿井综采放顶煤工作面顺槽原锚杆、锚索支护参数不合理,且受到综放工作面回采动压和周期来压的影响,巷道顶板围岩变形严重,影响了安全生产。针对工作面顺槽围岩具体的地质情况对原有支护设计进行锚杆、锚索参数优化设计。综采放顶煤工作面顺槽试验巷段共布设2个测站,测站间隔120 m,2个测站同时进行观测。现场应用表明,经过支护设计优化的综采放顶煤工作面顺槽围岩变形得到有效控制,满足矿井巷道稳定要求。研究结果对综采放顶煤工作面巷道支护设计有借鉴意义。     

近距离下层煤应力集中区巷道分时散压支护技术研究

为了解决邯矿集团云驾岭矿在近距离煤层开采时下煤层巷道支护困难问题,分析上煤层采动后其下方应力峰值及其影响范围,针对下煤层巷道支护最困难位置,设计了锚杆(索)"预加载荷+承压器分时散压"的支护方案,并通过数值模拟计算、人工测站连续监测等方法对顶板离层数和受拉区范围变化,以及围岩变形量和锚杆(索)受力大小进行观测分析,结果表明,采用锚杆(索)"预加载荷+承压器分时散压"支护方案后,巷道支护效果可以满足安全生产需求,可为类似巷道支护提供借鉴。     

综放工作面回风巷锚网索联合支护技术优化

裕泰煤业15104综放工作面回风巷两帮为实体煤、顶板为含夹层的软弱顶板,采用锚网与锚索联合支护,支护参数不合理,巷道掘进过程中受相邻工作面回采影响,动压显现强烈,加之巷道断面较大,出现严重煤壁片帮、顶板下沉的情况。通过分析巷道围岩稳定性,对原支护参数进行优化,提出顶板采用短锚索+加强锚索支护,帮部采用锚杆+加强锚索支护。现场应用实践表明,锚杆、锚索受力稳定,巷道围岩变形量和顶板离层量均控制在合理范围内,对条件类似的综放工作面软弱顶板巷道控制有一定借鉴意义。     

复合顶板动压巷道变形破坏机理与锚杆支护技术

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。     

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。     

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。     

基于松动圈理论的破碎软岩巷道支护研究与应用

首旺煤矿综采工作面回采巷道顶板破碎,围岩软弱,变形量较大。基于围岩松动圈理论,对首旺煤矿回采巷道的破碎机理和围岩变形机制进行分析,并根据围岩松动圈支护理论,确定锚杆支护的具体参数,设计采用锚杆+注浆联合支护来控制巷道的破坏变形。基于数值模拟结果,对支护后工作面回采巷道的屈服破坏特征、巷道围岩垂直应力、巷道围岩位移特征进行了分析。现场工业试验表明,采用锚杆+注浆联合支护技术后,巷道顶底板移近量和两帮移近量明显降低,巷道完整稳定,可以很好的控制破碎软岩巷道变形,提高巷道的整体稳定性。     

受采动影响大断面巷道支护技术

利用顶板窥视仪、X射线衍射仪对-200 m井底车场巷道围岩状况进行了观测分析,针对受采动影响巷道特性,采用了"注浆+锚杆+锚索+喷浆"联合支护修复巷道,再通过数值模拟和现场观测对支护效果进行了分析和检验,结果表明新支护方案较修复前相比围岩表面收敛位移量下降了80%以上,巷道围岩变形得到较好控制,表明新支护方案能保证该巷道围岩的长期稳定.