思山岭铁矿 1 500 m 副井基岩段井筒围岩稳定性分析与控制研究

针对传统浅埋竖井井筒围岩稳定性控制理论、方法应用于深竖井建设存在的局限性,以思山岭铁矿1 500 m副井工程为依托,进行了深竖井井筒围岩稳定性分析与控制方法研究。通过无支护自稳跨度、自稳时间等指标对该矿副井基岩段的井筒围岩稳定性进行了分析,其最小无支护自稳跨度为22 m,对应的自稳时间为125 d,可保证副井基岩段掘进进尺4 m、掘进循环周期为1~2 d的井筒围岩稳定性,然而考虑副井基岩段井筒围岩掘进至役期的长期稳定,副井开挖后仍需对井筒围岩进行支护。同时,基于新奥法（NATM）与挪威隧道施工方法（NTM）,提出了强调充分发挥井筒围岩自稳能力的深竖井井筒围岩稳定性控制理论,建立了锚网喷初次支护与混凝土衬砌永久支护相结合的深竖井井筒围岩稳定性控制方法,并据此结合该矿副井基岩段井筒围岩支护设计,分析了深竖井井筒围岩支护设计的基本流程,提出了副井基岩段井筒围岩支护设计方案。通过Phase 2数值模拟评估了该矿副井基岩段井筒围岩支护设计的安全性,验证了所提出的深竖井井筒围岩稳定性控制理论、方法以及支护设计方法应用于深竖井建设的可行性。     

超深竖井深部井壁支护方式优化研究

思山岭铁矿副井工程设计深度为1355.2 m,地应力高,为保障深部井筒生产安全并兼顾施工效率,采用FLAC3D对井筒深部支护方式进行数值模拟分析,将原钢筋混凝土支护方案调整为井壁围岩释能支护与钢纤维混凝土联合的支护体系,该方案在井筒深部的应用结果与数值模拟结果一致.应力应变监测结果表明,竖井衬砌1个月内,围岩最大位移值约为1～2 mm,并保持稳定,该支护体系能有效应对深部高地应力,为超深竖井支护设计提供了依据.     

深竖井开挖施工工艺优化与数值模拟分析

深竖井开挖过程中，随着开挖深度的增加，围岩应力集中现象愈加明显，容易导致围岩失稳和井壁衬砌结构开裂或破坏。为了让竖井开挖过程中围岩的应力、位移得到充分释放，在新城金矿-930 m深竖井施工过程中，提出“三掘一砌”的施工工艺，并与原“一掘一砌”的施工工艺作对比。研究结果表明：①改进工艺中围岩压力得到有效释放，衬砌的安全系数明显提高，有利于深部井筒的稳定性；②由于施工工艺的改变，井筒围岩暴露面积增大，导致该处井筒衬砌比原工艺衬砌所承受的应力更大。因此，现场施工工艺转变应逐步实现，以免造成局部应力集中。     

思山岭竖井井壁围岩控制与支护优化

竖井井壁围岩控制与支护一直是竖井施工的关键。针对思山岭铁矿1 500 m超深竖井,面对深部岩体处于复杂、高应力的工程地质环境,通过对井壁混凝土进行强度检验,并进行优化,同时为了使支护结构上的承受的力更小,提高井壁结构的稳定性,采用2次开挖1次支护的方式施工。研究结果表明:井深1 000 m以下井壁结构优化后采用600 mm厚C40钢纤维混凝土支护结构,支护后围岩能够保持稳定;支护施工顺序采用2次开挖1次支护的方式,安全系数Fs为1.98,能很好的控制井筒围岩变形和井壁围压,满足竖井施工安全需要,研究结论可为类似工程提供参考。     

超埋深竖井破碎围岩稳定控制技术研究

目前我国金属矿山的最大开拓深度正逐步迈入1 500~2 000 m，深部“三高”软破围岩下竖井施工工艺合理调整与施工安全的综合评估是制约超埋深竖井安全高效施工的难点。以国内某超埋深破碎围岩竖井工程为研究对象，研究得出在开挖卸荷引起的围岩切向集中应力作用下，最小主应力方向井壁附近围岩的局部剥落和垮塌是竖井施工应重点关注的风险源。掘进段高由4 m调整为3 m时，掘进时最危险部位为井壁接茬下部1.5 m内，分布深度~1.1 m；掘进段高为2.5 m时，掘进工序时最危险部位为井壁接茬下部1.0 m内，分布深度~0.7 m，改善了掌子面侧壁围岩维护状况。超前小导管、超前钢管约束砼以及钢拱架+超前钢管约束砼等超前支护，仅起到超前防护、防止局部围岩大范围连续垮塌的作用，可增加施工期间安全性，但对围岩的超前支护和加固效果甚微。综合结合掌子面超前探水进行工作面预注浆工作，可减小小导管注浆频繁施工工序切换对施工组织和工期的影响的同时，解决超埋深竖井遇破碎围岩施工安全问题。     

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题,包括全宽截割对围岩的扰动控制,软弱围岩及时高效永久支护,软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术,包括：(1)低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。(2)减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上,研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台,将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m,作业空帮距由3.5 m降至1 m。(3)软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应,掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板,后部同步实施增强永久支护。(4)钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。(5)煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材...     

大冶铁矿东副井防水注浆施工技术

在岩溶发育或水文地质条件较差的地区,井巷掘进特别是深竖井施工一直是业内不断探索的课题。大冶铁矿东副井井筒掘砌采用静水水泥止浆垫的施工技术和工作面预注浆法凿井施工工法,在保证施工安全、提高工效、降低费用、确保井壁混凝土浇筑质量等方面取得了成功,可以在竖井掘进中推广应用。     

大冶铁矿东副井防水注浆施工技术

在岩溶发育或水文地质条件较差的地区,井巷掘进特别是深竖井施工一直是业内不断探索的课题。大冶铁矿东副井井筒掘砌采用“静水水泥止浆垫的施工技术”和“工作面预注浆法凿井施工工法”,在保证施工安全、提高工效、降低费用、确保井壁混凝土浇筑质量等方面取得了成功,可以在竖井掘进中推广应用。     

提高竖井深孔爆破效率的途径

根据国内外竖井施工实践,采用深孔爆破以提高掘进循环进尺,减少每米井筒掘进辅助时间,充分发挥掘砌设备潜力,是加快竖井井筒施工进度,缩短井筒建设工期的重要措施之一;而提高深孔爆破效率,又是确保掘进循环进尺的关键问题。某矿新副井工程在施工过程中,曾对提高深孔爆破效率问题,进行了前后六十     

巷道掘支锚连续平行作业机理及其应用

为解决基于悬臂式掘进机与单体钻机配合的巷道快速掘进问题,介绍了基于悬臂式掘进机的掘支锚连续平行作业工艺,形成了掘进、支护、锚固连续平行作业的施工技术体系。采用现场试验的方法,对巷道掘进与锚固分离时,顶板离层和围岩锚固性能进行了测试研究。结果表明:在顶板预先施工4根锚杆,然后在临时支架后方补打其余锚杆锚索,不会出现明显离层;不同空顶距下锚杆锚索锚固性能可以满足掘进与锚固分离要求;确定采用临时支架可以满足掘支分离生产需求。开发了连续自移式快速掘进支护装置和掘支锚连续平行作业工艺,主要包括钻探、掘进割煤、临时支护、掘进工作面锚杆打设、后方锚杆锚索打设、转载运煤、除尘等工序。在潞安漳村煤矿西下山回风巷进行了现场试验,采用新型掘支锚连续平行作业后,月进尺达到745 m,支护效果良好,掘进效率提高65%以上。     

注浆对深部井巷交错区支护结构稳定性影响研究

深竖井井筒连接硐室群围岩稳定性差,工作面预注浆使其支护结构受力愈加复杂.通过测力锚杆、振弦式混凝土应变计对皮带道平巷预注浆期间马头门支护结构及与马头门相连的井壁进行应力、应变现场监测,获得垂深达1418.1 m的新城金矿新主井深部井巷交错地带支护结构在预注浆条件下的受力、变形发展规律,并对注浆期间支护结构的稳定性进行分析.测力锚杆监测结果显示,深部地层皮带道平巷注浆期间,马头门支护结构受力处在波动状态,与马头门相连的井壁受力可分为3个阶段:稳定阶段、波动阶段和再稳定阶段.应变监测结果显示,支护结构交错连接处在注浆期间呈现拉剪破坏趋势,此位置是注浆期间的"薄弱环节".值得注意的是,注浆使得混凝土支护结构受力不均,局部产生较大的拉应力;马头门支护结构3号测点最大拉应力为4.2 MPa,支护结构交错连接处(4号测点)最大拉应力为8 MPa,建议采用掺入仿钢纤维的C40混凝土以满足注浆期间井壁支护需求.无论是马头门,还是与马头门相连的井壁,都出现了受力"陡增"现象,2个注浆孔同时注浆是井壁受力"陡增"的主要原因.监测分析成果可为类似条件下的井筒支护设计优化提供参考,指导深竖井井筒施工.     

基于3DEC的千米深井筒关键区域稳定性与支护研究

针对姚家山矿千米深井筒易变形和支护困难的现状,利用理论计算和3DEC数值模拟的手段,分析了深井各区段的应力应变分布规律,研究了千米深井筒开挖与支护的稳定性,并对比分析了不同支护方案对井筒稳定性的影响,验证了理论计算得到的井筒围岩位移与数值模拟结果相吻合;得到了井筒支护的4个关键区域:井深30~50 m、55~100 m、630~635 m、1 080~1 090 m区段。确定了井筒最优支护方案:在表土段及基岩风化带喷混凝土强度等级C50,厚度500 mm,井壁环向钢筋配筋率为0.4%;基岩段支护参数混凝土强度等级C50,井壁厚度700 mm,井壁环向配筋率0.15%。研究成果对深部矿井建设中的支护方案选择与围岩控制有参考价值。     

凿岩爆破法掘井工艺的完善

前苏联主要用凿岩爆破法以联合工艺掘进竖井,在岩石爆堆上安装混凝土模板构筑井壁。有时也用从掘进吊盘上构筑混凝土井壁的平行掩护筒工艺快速掘井。用此工艺时,掘进工在悬吊于吊盘或地面绞车上的掩护筒保护下在工作面内作业,随着井筒的下掘下放掩护筒。用联合工艺时月掘井速度可达200米,而用平行掩护筒工艺时则可达400米。前苏联有些学者认为平行工艺较为有效,应扩大其使用范围。全苏矿井建设组织     

全深冻结立井特大型箕斗装载硐室施工

梵王寺煤矿主井设计深度650m,净直径8.5m,采用全深冻结法凿井。井筒特大型箕斗装载硐室底板垂深566m,掘进总体积7 079m3,掘进宽度15.356m,采用锚网索喷+钢筋混凝土碹联合支护,混凝土支护量3 533m3,强度等级C80。通过对硐室支护参数进一步优化,优选施工方案和施工工艺,在对穿过硐室的冻结管合理处理的基础上,采用先拱后墙、分部分段、自上而下施工方法刷掘,再自下而上与井筒一道立模浇筑永久支护,实现了安全、优质、快速、高效施工。     

松软破碎岩层巷道的采掘与支护研究

以深部开采中常见的松散破碎围岩巷道为研究对象,针对松散破碎巷道的掘进支护开展探究。结合具体工程实际,在分析松散破碎巷道掘进支护难度的基础上,针对掘进支护方案进行整体优化,提出"短掘短支+机载临时支护+永久支护优化"的综合治理方案,并对应用效果进行监测分析。结果表明,巷道顶板与两帮移近总量未超过50 mm,围岩变形速率均值低于2 mm/d,表明支护优化后设计合理有效,能够有效保障生产作业的安全、快速开展。     

掘进工作面围岩稳定性分析及快速成巷技术途径

分析了煤矿巷道掘进技术与装备现状及存在的问题,采用数值模拟方法研究了掘进工作面围岩应力、变形、破坏分布特征;分析了围岩稳定性的主要影响因素,包括围岩强度、围岩结构及地应力等地质力学参数,巷道断面尺寸、开挖方式、空顶距、掘进速度等掘进参数,及临时支护、永久支护等。巷道开挖后在掘进工作面顶角和巷道四角周围出现应力集中区;围岩位移、破坏在超前工作面一定位置开始出现,随着远离掘进工作面围岩位移和破坏范围不断增大,达到2倍巷道宽度时基本稳定;煤层强度、地应力对围岩变形与破坏的影响十分显著;分步开挖的顶板下沉量及破坏程度明显大于一次开挖;空顶距越大,围岩破坏裂隙越多、分布越广;过快、过慢的掘进速度对围岩稳定性均不利;掘进后安装及时、主动、支护阻力大的临时支护效果好;分次支护围岩位移和裂隙场的扩展均大于一次支护,通过分次支护提高掘进速度是以影响锚杆支护效果为代价的,应限定在一定的围岩条件。根据煤巷掘进工作面空顶距及自稳时间,对煤巷掘进工作面围岩稳定性进行了分类,并提出了相应的支护要求;提出煤巷可掘性的概念,根据被掘煤岩体条件,对煤巷可掘性进行了分类;分析了围岩的可钻性、可锚性及对掘进速度的影响。提出提高煤巷掘进速度的主要技术途径:确定适合的掘进模式,优化掘进工艺,优选掘进装备;确定合理的支护形式与参数,适当降低支护密度;掘进全系统整体配套与协同。根据掘进工作面围岩稳定性、可掘性、可钻性及可锚性,提出煤巷掘进自动化、智能化技术总体架构及应解决的关键技术:自动化、智能化截割、临时支护、自动化锚杆施工、超前探测、定位与导航、围岩稳定性与环境监测及大数据分析等,最后提出我国煤巷掘进自动化、智能化的发展路径。     

交叉迈步式快速掘进临时支护支架组的研究

综掘工作面临时支护问题是长期困扰煤炭生产多年的技术难题,由于巷道掘进后顶板不能及时得到有效支护,经常会造成顶板掉矸伤人事故。针对上述问题以及目前大多数煤矿综掘工作面普遍使用的临时超前支护形式,结合掘进工作面的地质条件与工艺特点,研究开发了一种交叉迈步式快速掘进临时支护支架组,可解决煤矿综掘工作面的临时机械化支护问题,实现边掘边支,保证了工作人员的安全,提高了工作效率。     

超深竖井建设基础理论与发展趋势

简述深井开采定义及其需要考虑的因素,借以区分"深井开采"与"深竖井"定义,包括不同国家对超深井开采界定深度,提出深井开采应注意的关键问题:采动地压与调控、降温技术;总结国外不同国家深井开采生产基本情况与深竖井建设情况,分析不同国家深井开采存在的区别;对当前我国在(拟)建深井矿山进行统计、总结,当前我国超深竖井建设主要在黄金、有色与铁矿行业,建设深度主要集中在1 500 m;与国外相比,我国深井开采矿山矿石种类单一、矿石品位较低。在超深竖井理论分析方面,分别从超深竖井井筒围岩应力解析、井筒断面结构设计、井壁支护结构等方面,详细介绍当前理论与设计存在的问题,提出目前我国超深竖井建设需要解决的核心理论与关键技术。在超深竖井建设技术方面,分别从凿岩爆破、综合化机械施工、吊盘以及钢丝绳提升等方面,详细叙述我国超深竖井建设存在的问题。针对复杂应力环境下超深竖井井筒围岩稳定性控制,提出(类)椭圆形井筒结构及释能井壁支护形式;系统介绍了凿井设备、吊盘以及钢丝绳等研究进展,为我国超深竖井建设提供借鉴。     

深立井过瓦斯抽排孔群扰动煤岩层损伤评估与支护优化

针对深立井过受瓦斯抽排孔群扰动的煤岩层工程安全问题,分析了钻孔群对煤岩层的扰动影响,基于损伤力学理论建立了定量的扰动损伤评估模型,对淮北海孜煤矿千米立井过受瓦斯抽排孔群扰动煤岩层的稳定性及井筒掘砌过程进行了数值模拟,根据分析结果优化了受扰动煤岩层的加固与井筒掘砌支护方案。研究结果表明:瓦斯抽排钻孔群对煤岩层的扰动评估应综合考虑钻孔水"冲刷效应"、煤岩体"卸压效应"及"孔群效应",3种效应相互作用使得煤与软弱泥岩受损程度远大于稳定粉砂岩层;煤与软弱泥岩层受瓦斯抽排孔扰动后易于出现大范围失稳;井筒掘砌过相应扰动层位前,可利用瓦斯抽排孔进行预注浆加固受损围岩,通过加强掘进初期支护、提高井壁混凝土抗拉性能及壁后注浆等综合措施确保围岩稳定与支护安全。     

特厚煤层巷道快速掘进与支护技术应用

为保障2404皮带顺槽围岩稳定的基础上提升巷道的掘进速度,通过分析支护参数的选取原则,确定巷道采用高强高预应力的支护方案,并根据MB670掘锚一体机的特征,进行割煤支护工序和截割循环方式的设计;并采用数值模拟进行了掘进工艺中支护方式的优化,确定采用2个循环进尺不退机组的顶帮不成排支护方式。实际应用效果表明,巷道掘进采用调整后的掘锚工艺时巷道掘进循环周期减少35 min,最大月进尺508 m,掘进效率大幅提高;顶底板和两帮最大移近量分别为120 mm和69 mm,围岩变形稳定。