分层开采窄煤柱巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为合理解决老公营子煤矿中下分层回采巷道大变形的问题,基于5#煤层实际的地质条件,研究覆岩运动与巷道围岩稳定性的联系,揭示巷道围岩失稳机理。指出采动应力的叠加作用是造成首采面巷道围岩失稳的主要因素|覆岩的二次破断形成非对称结构,造成偏载作用显著是影响接续工作面巷道围岩失稳的主要因素,且窄煤柱多次受到回采扰动,塑性破坏严重,承载能力降低是造成巷道围岩失稳的内在因素。以此提出“封闭强化、区别对待”的围岩控制思路,表面喷浆内部注浆提高围岩的自承能力,补强锚索加强围岩局部支护强度。现场实践表明,窄煤柱巷道可以满足工作面回采期间的要求,稳定性较好,为类似巷道围岩控制提高借鉴。     

厚顶煤巷道顶帮整体锚固支护体系研究与应用

针对深部应力作用及常规支护条件下厚顶煤矩形断面巷道围岩变形量大的问题,分析主要原因是巷道肩部围岩裂隙发育,顶帮锚固体相互独立,支护结构松散。从厚顶煤巷道围岩失稳破坏机理出发,采用FLAC3D数值计算,对顶帮整体锚固支护体系及传统锚固支护的支护预应力场分布特征及巷道围岩变形破坏规律进行了对比分析。结果表明,顶帮整体锚固支护体系能够改善肩部围岩为挤压式传力机制,抑制肩角处围岩剪切裂隙的产生和发育,增强顶帮围岩在空间上的相互支撑作用,有效提高围岩自承能力,防止厚顶煤巷道发生冒顶、片帮等非线性大变形现象。现场应用表明,采用顶帮整体锚固支护体系后,巷道顶板最大下沉量为50 mm,两帮移近量最大为100 mm,支护效果良好。     

深部孤岛工作面留小煤柱掘巷围岩破坏机制与控制

针对深部软碎煤体巷道围岩大变形破坏的控制难题，以某矿围岩控制难度极大的深部软碎煤体孤岛工作面留小煤柱沿空掘巷为工程背景，分析了煤体巷道围岩控制的主要难点；基于FLAC3D数值模拟软件研究了留小煤柱掘巷围岩大变形破坏机制。结果表明：大采高工作面回采扰动引起围岩应力调整卸荷后，掘巷上覆顶板荷载主要由实体煤帮承载，得出留小煤柱掘巷围岩应力峰值区主要位于实体煤帮及其肩角深处，其垂直应力集中系数高达3.04，阐明了掘巷实体煤帮顶板肩角、煤柱帮及实体煤帮浅部塑化围岩是关键控制区域。明晰了留小煤柱掘巷稳定后顶板、实体煤及其煤柱帮塑性破坏区的延伸宽度最大分别为5.88、2.50、3.00 m，揭示了掘巷围岩分区域非对称破坏机制。分析阐明了掘巷支护设计时需将锚索等支护构件的锚固基础位于围岩深部较完整弹性区内，基于此提出了锚梁网支护+槽钢锚索加固+注浆改性等分区域联合支护技术，通过现场工程实践证实采取高强度支护加固技术及注浆改性措施有效改善了深部煤岩体软碎且易发生大变形破坏的留小煤柱掘巷围岩应力状态，试验段掘巷顶板及两帮围岩变形量均控制在500 mm以内，保障了大采高工作面的安全有序回采，为此类深部软碎煤...     

巷道薄分层软弱底板围岩变形控制机理与支护实践

针对薄分层软弱底板巷道围岩变形失稳难题,综合理论分析、力学计算、数值模拟、井下试验及现场实测方法,详细研究了薄分层软弱底板巷道压曲失稳机理及控制技术。研究表明:1)薄分层软弱底板巷道围岩在支护体作用下形成具有一定整体性和较大强度的"组合岩梁",破坏形式从单层压曲破坏转变为整体"组合岩梁"破坏,这种力学特性的改变是实现薄层状底板围岩稳定控制的本质;2)增大底板锚杆支护强度可大幅增强薄分层"组合岩梁"强度及抗弯刚度;3)底角斜拉锚杆在增大强度与抗弯刚度的同时还可以抵抗部分侧向压力,进一步减弱底鼓。介绍了一典型软弱薄分层底板巷道围岩稳定性控制成功案例,研究成果对类似条件的支护工程具有一定的理论意义和参考价值。     

近距离残留煤柱下破碎围岩巷道修复技术

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:残留煤柱底板集中载荷的非均匀性分布,及其引起的支护体承载结构破坏是近距离煤柱底板巷道围岩发生大变形的本质。由此,提出了基于破碎围岩注浆和高强度锚杆支护的巷道修复技术,工程实践表明该技术在有效提高围岩整体性和可锚性的同时,使浅部锚固区与深部围岩相连形成整体承载结构,有效地控制了巷道围岩变形,保障了矿井安全生产。     

受上覆采空区影响的巷道群稳定性控制研究

近距煤层下行开采中,因受上层煤采空区及煤柱的影响,下层煤巷道的应力环境及围岩破坏机理均发生复杂变化。采用理论分析、数值模拟与工程应用的综合方法,研究下层煤应力分布规律、巷道群的变形破坏机制及稳定性控制对策。研究表明:受上覆采空区释压作用影响,其下方巷道围岩应力集中较小、巷道较为稳定;受煤柱压力传递影响,煤柱下巷道围岩垂直应力急剧升高,应力集中系数达3.84,巷道两帮及肩部大范围压剪破坏,最终导致巷道整体失稳;煤柱下高应力区巷道宜采用拱形断面,增加支护强度与锚固预应力,顶板锚索(杆)向巷道两肩角倾斜布置,使支护体系与围岩塑性破坏区相互耦合并得到共同强化。在支护优化后巷道顶板下沉量减小42.8%,锚杆、锚索实测工作载荷分布合理,实现了对煤柱下近距煤层巷道的安全有效控制。     

特厚急倾斜煤层分层充填巷道支护参数模拟研究

当前煤矿膏体充填开采技术日趋成熟,但大多数是在单煤层一次采全高条件下应用,在急倾斜厚煤层分层开采中的应用较少,且对分层开采时巷道支护强度缺乏理论研究。为了合理控制后回采分层巷道的围岩条件,提供科学支护强度,减少巷道变形,同时降低支护成本,利用数值模拟软件建立模型,分析得出实施分层充填开采工艺的巷道塑性区围岩破坏深度及范围在4 m以内,较垮落法采煤工艺的破坏影响小,因此,在分层充填开采时,后回采分层巷道的支护应紧密结合赋存地质条件,锚固前一分层回采后造成的塑性区范围,并提高锚索预应力,以保障安全回采。     

深部沿空掘巷变形破坏机理及控制技术研究

为解决阳泉矿区深部开采15号煤层沿空掘巷围岩变形量大的问题,分析了其工程地质特点、地质力学参数特征及原支护方案,揭示了深部沿空掘巷初期相对稳定—靠帮顶板弯曲下沉—倒梯形大变形—顶板失稳的变形规律,研究了巷道变形破坏机理,指出原岩应力高、主应力差大、多次采动是影响巷道稳定的基础因素,初期支护强度低和弱帮支护是决定性因素。结合煤柱尺寸与围岩应力关系分析,提出了以强帮支护为主、顶帮协调支护的高预应力控制技术。结果表明:初期支护强度提高了149%,断面收敛率降低48%,保证了巷道整体稳定,满足安全生产要求。     

大断面巷道非均匀变形机理及稳定性控制研究

为探究围岩受采动影响条件下巷道变形破坏与稳定性控制，以桑树坪二号井3309工作面运输平巷为工程背景，采用FLAC3D数值模拟方法分析“一掘二采”期间大断面巷道围岩主应力差分布特征，结合现场试验，揭示大断面巷道围岩非均匀大变形破坏机理，分析提出巷道围岩非均匀变形控制补强支护设计方案。研究结果表明：①一次回采和二次回采期间，巷道煤柱及煤壁两侧煤体峰值应力差分别为7.93MPa、12.96MPa，煤柱帮峰值应力远高于煤壁帮，两侧煤体呈非对称变形破坏特征|②与一次回采相比，二次回采期间3309工作面运输平巷煤柱帮主应力增大11.46MPa，塑性区范围从4.5m增加至煤柱宽度，煤壁帮主应力差增加27.46MPa，塑性区增加1.5m，巷道围岩处于高强度剪应力状态，易引起大变形破坏|③基于大断面巷道两侧煤体非均匀变形破坏特征，针对性提出“一长一短”两种补强支护方案，现场试验后巷道围岩稳定性控制效果良好。     

极软煤层动压巷道围岩大变形特征及全锚索支护技术研究

极软煤层回采巷道巷帮变形破坏严重,传统锚网索支护无法有效控制巷道稳定,常常出现前掘后修的问题.以郭二庄矿22311工作面回风巷煤帮强烈变形问题为背景,分析极软煤体物理力学特征及破碎机理,研究巷道煤帮强烈大变形规律,提出巷道短锚索支护+长锚索补强的全锚索加固技术.结果表明:煤体表观上结构致密,实则其内部孔隙由大量的黏土矿物填充,致使煤体极易发生崩解破坏,煤体原始强度及开采扰动后残余强度均较低;煤样在外载荷作用下内部会形成竖向贯通性X型裂隙,巷帮煤体在该裂隙扩展中形成由外向内的渐进性滑移破坏线,导致巷帮部分锚杆失效、锚索破断;巷道全锚索支护较原锚杆支护围岩支护强度提高了1.67倍,煤体承载能力得到了加强,锚固结构控制围岩范围增大了近1倍,抑制了围岩滑移破坏.现场试验表明:巷道围岩变形满足正常使用要求,锚索受力在合理载荷范围内.全锚索支护技术是极软弱煤岩体巷道支护的重要方法之一.     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

强动压煤体劣化下巷道位置与围岩控制技术研究

针对强烈动压影响下煤体力学性质劣化严重、围岩变形大、难维护的问题，采用理论分析、数值模拟及现场试验的手段，对强动压下巷道围岩变形控制技术进行了系统研究。研究结果表明：强烈动压影响下煤柱帮内部出现多组破碎带，煤体单轴抗压强度平均降低24.25%，锚索锚固力降低27.2%～42.7%，煤柱帮承载力大幅下降成为弱帮，弱帮压缩横移诱发强动压下巷道变形失稳。基于巷道变形失稳机制，进行了数值模拟分析，确定了合理护巷煤柱尺寸为10 m，提出了弱帮强支、性能匹配、高预应力水平均衡和相互补充的巷道控制对策，设计了钢棒与锚索联合支护方案，并进行了井下工业性试验。工程实践表明，合理巷道位置及新型支护方案能够有效控制巷道围岩变形，降低巷道断面收敛率33.7%，锚索、钢棒未出现破断，满足正常生产要求。     

下分层动压巷道失稳机理与加固技术

以南凹寺煤矿30104运输巷道为研究对象,采用数值模拟,得到动压影响应力集中系数达到3.57,煤柱完全处于塑性区,引起工字钢变形。因此,针对该类巷道围岩失稳机理,提出运用顶板注浆+水力膨胀锚杆联合支护技术,两帮进行树脂锚杆加强支护技术。实践表明:采用围岩注浆+水力膨胀锚杆联合加固支护新技术,整体加固技术能够有效控制下分层动压影响巷道围岩强烈变形,并取得良好的支护效果。     

松软煤帮巷道破坏机理及高强预应力支护技术

根据五一煤矿采区巷道两帮强度低,围岩变形量大的问题,基于弹塑性力学及巷道围岩控制理论,采用理论分析及数值计算的方法,对松软煤帮巷道的破坏机理及高强预应力支护体系进行了研究,得出了巷道围岩连锁失稳、破坏机理及其相关控制技术。工业性试验表明,采用高强预应力支护技术后,顶板下沉量为59 mm,两帮移近量为230 mm,离层量控制在25 mm以内,可以较好控制松软巷帮的变形及顶板的离层变形,提高巷道的整体稳定性。     

综放巷内预充填无煤柱掘巷围岩变形特征与控制

巷内预充填无煤柱护巷技术是在上工作面平巷内紧靠非截割帮预先构筑充填体墙,本工作面掘平巷时沿充填体掘巷,实现无煤柱开采。采用FLAC3D对综放巷内预充填无煤柱掘巷围岩的变形与破坏特征进行数值模拟,结果表明该巷道变形呈现非均匀性,并进一步对巷道围岩进行不稳定分区:巷道浅部顶板"拉破坏区",顶煤、基本顶与直接顶的分层处"剪切错动离层区",充填体帮肩角"压剪切落区",实体煤帮"高应力压剪区"。在此基础上提出"分区非匀称支护"技术体系,即以高强高预应力让压锚杆和倾斜锚索为支护主体,且将锚索整体向充填体偏移,从而使巷道变形协调。研究结果在潞安集团常村煤矿进行井下试验与应用,有效控制了无煤柱掘巷围岩的变形。     

煤层群错位工作面煤柱应力集中区巷道围岩控制技术研究

为获取煤层群错位布置工作面煤柱应力集中区巷道发生大变形的机制，采用数值计算及现场实测的方法对巷道围岩受力特征及破坏规律进行了研究。研究结果表明，煤层群上组煤层煤柱集中应力与下组煤层31112工作面回采后的侧向支承压力叠加导致巷道受力大幅增加，原有支护强度不足导致巷道发生大变形；分析了叠加应力大幅增加的主要原因是错位工作面上组煤层传递的集中应力来源于采区边界煤柱，而边界煤柱向下传导应力影响范围较区段间煤柱大，且衰减慢，同时侧向支承压力叠加下加剧了巷道围岩受力的不平衡性，巷道围岩在邻近采空区的副帮侧及副帮顶板破坏范围较大，造成了巷道的局部失稳进而形成大变形。依据实测的破坏范围对原有支护方案进行修正，设计了补强支护方案，现场实测表明补强支护后巷道变形显著减小。     

综放剧烈采动影响煤巷 窄煤柱破裂失稳机理与控制技术

针对综放剧烈采动影响煤巷窄煤柱出现的破裂失稳问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测等相结合的研究方法,探讨窄煤柱破裂失稳机理及其控制技术。结果表明:1)受上覆岩层破断回转运动影响,窄煤柱帮发生明显水平挤压运动,造成浅部煤体挤压、错动和破碎,变形破坏主要发生在煤柱帮中上部区域;2)关键块回转运动行为将对沿空巷道围岩产生沿铅垂方向的支承压力σj,同时还将对窄煤柱产生水平力σ_d,在此复杂应力作用下沿空巷道窄煤柱发生破裂失稳,由浅至深煤体应变演化过程为拉应变→压应变→拉应变;3)阐明该类巷道控制原理,提出"高强锚杆支护+顶板锚索槽钢组合结构+煤柱帮锚索加固"的综放沿空巷道支护方案并进行现场应用。现场工程实践表明,该技术可有效控制综放沿空巷道围岩变形。     

大变形煤巷锚注支护一体化技术及应用

为解决云驾岭矿煤巷变形大、围岩破碎、支护困难、返修率高等工程问题,采用地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、现场测试和实验室试验等手段,揭示大变形煤巷围岩失稳破坏机理。基于深、浅部注浆加固,建立双层环状支护带承载体系,提出切圆拱断面、帮部深孔锚索支护、护表加强的锚注支护一体化技术。工程应用表明:浅部注浆封闭巷道周边破碎围岩,与锚杆联合形成内部支护带,提高两帮围岩强度;深部注浆配合加长锚索形成主动支护带,以锚索端部为锚固点,使浅部、深部围岩形成有机整体,增强围岩承载强度;护表加强实现应力均匀分布,提高表面支护刚度并增大有效支护面积。现场监测显示,该技术有效降低围岩变形,保障了巷道围岩稳定。     

深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析

通过对深井巷道两帮锚固体破坏特征及作用机理分析,锚固体最大破坏部位在两帮偏中上部,两帮锚杆支护的作用就是使锚杆与锚固范围内岩体相互作用形成锚固承载结构体.把深井巷道两帮锚固体失稳分为压裂失稳和剪切失稳,两帮锚固体首先失稳形态为压裂失稳,建立了巷道两帮锚固体2种失稳条件下的稳定性力学模型,提出了锚杆、锚索耦合支护方案,并对试验巷道两帮稳定性进行了力学计算、数值分析及现场观测,回采巷道两帮采用支护设计方案后,两帮收敛量减小,最大移近量124 mm,控制在合理范围内,两帮围岩稳定,支护效果显著.     

综放工作面柔模沿空留巷围岩控制技术

针对综放开采沿空留巷巷帮煤柱破碎,巷道围岩变形量大,巷道稳定性差的问题,以高河矿W4301工作面为背景,分析了沿空留巷围岩结构特征,提出端头铺设金属网、架后及时打设木点柱和单体柱的切顶和挡杆技术,以及巷道超前顶板锚索补强、密集钻孔切顶、施工柔模混凝土墙充填支护体、架棚支护和煤柱侧巷帮注浆加固综合围岩控制技术。试验表明:充填支护体和锚索受力较为稳定,充填支护体和锚索能够有效承载,沿空留巷巷道两帮最大移近量为207 mm,顶底最大移近量为231 mm,围岩变形不大,控制效果较好。