锚杆支护煤巷冒顶成因分类新方法

通过对162起锚杆支护煤巷冒顶事故实例的分析研究，提出了以巷道冒顶控制为目标的新的锚杆支护煤巷冒顶成因分类标准及方法，即把冒顶成因分成四大类、12个亚类.4个大类分别为岩层组合劣化型、岩层结构缺陷型、应力突变型和施工不良型.其中岩层组合劣化型占事故总数的66％，是引起冒顶事故的主要原因，所以，如何有效地防治岩层组合劣化型冒顶是保证锚杆支护煤巷安全的首要任务.最后提出了防治锚杆支护煤巷冒顶的技术途径.     

煤巷顶板锚固孔钻进钻杆振动特性数值模拟研究

针对煤巷顶板岩层结构复杂多变、劣化区域不易探明,易导致锚杆支护煤巷冒顶问题,利用理论分析与数值模拟相结合方法,研究煤巷顶板锚固孔钻进过程中钻杆横向、纵向、扭转振动特征。理论分析表明:钻杆横向、纵向振动速度和加速度主要由顶板岩石坚固性系数f决定,扭转振动加速度主要由岩石黏聚力C和内摩擦角φ决定。通过ABAQUS数值模拟软件做进一步分析:钻杆横向、纵向振动速度和加速度及扭转振动加速度波峰密度和峰值大小随着岩石强度的增加而增加,可作为识别顶板岩层强度、特别是岩层结构裂化区域的指标。研究结论为实时动态调整优化巷道顶板锚杆(索)支护参数,预防锚杆支护煤巷冒顶提供了理论支撑。     

许疃煤矿煤巷支护技术及顶板事故的研究

分析了锚杆支护对破碎高应力地质条件下煤岩体作用机理,结合煤巷锚杆支护在许疃煤矿应用情况,分析了煤巷锚杆支护发生冒顶事故原因,提出了预防措施.     

煤巷顶板岩层结构变化的可靠性锚杆支护设计

针对神东矿区锚杆支护煤巷顶板事故频发的现场实际,采用新型顶板岩层结构探测仪对矿区保德煤矿88302综采面回风巷顶板岩层结构进行探测并进行顶板岩层结构划分.运用UDEC3.0平面分析软件对不同岩层结构类型顶板稳定性进行了模拟分析,在此基础上根据顶板岩层结构变化情况对神东矿区保德煤矿88302综采面回风巷顶板进行了补强支护设计,达到了有效遏制锚杆支护煤巷冒顶事故发生的目的.     

煤巷掘进超前组合锚杆控制冒顶的尝试

本文通过对顶板分类,分析了各类顶板冒顶事故的原因,阐述了煤巷锚杆支护理论及利用超前组合锚杆控制冒顶的办法,对用该办法控制冒顶的合理性进行了分析     

层状顶板煤巷锚杆预紧力的作用分析

采用有限元模型分析方法,对层状顶板煤巷预应力锚杆支护顶板离层进行了数值模拟,分析了无支护和预应力锚杆支护下围岩的应力和变形情况。结果表明,预应力锚杆支护可以显著提高围岩的稳定性,有效地控制煤巷顶板变形。     

非软顶底板煤巷锚杆支护及围岩松动规律

分析巷道围岩松动规律是优化锚杆支护的基础.通过对非软顶底板煤巷围岩松动特征与锚杆支护关系的分析,理论计算了非软顶底板煤巷围岩的松动范围,提出了非软顶底板煤巷锚网索耦合支护方案,运用数值计算分析了非软顶底板煤巷锚杆支护前后围岩松动规律,并对试验巷道围岩松动范围进行了钻孔窥视和超声波探测.结果表明:非软顶底板煤巷围岩松动范围在顶板两角及两帮中部,两帮呈半圆形破坏,顶板呈马鞍形破坏.锚杆支护后,围岩松动范围减小,围岩应力由顶板两角沿两帮向底板两角深部转移,顶底角锚杆(索)耦合支护利于巷道围岩的稳定.     

煤巷顶板淋涌水对锚固性能的影响及防治措施

煤巷顶板淋涌水是井巷工程掘进施工中的潜在冒顶隐患源,严重影响了巷道的支护效果。介绍了煤巷顶板淋水量测定及评价方法,制定了淋水碎裂顶板煤巷锚杆索的锚固方案并进行井下现场试验,综合分析了顶板淋涌水对锚固性能的影响,确定了顶板控制措施。     

弱粘结复合顶板煤巷锚杆(索)支护设计方法研究

为了实现弱粘结复合顶板矿井巷道差异化定量支护设计,保证巷道安全、降低支护成本,提出了以巷道冒顶隐患分级为基础、以冒顶控制为核心的分区域锚杆(索)理论计算支护方法,给出了各级别冒顶隐患巷道支护参数定量计算公式,形成了弱粘结复合顶板煤巷支护设计参照标准,并应用该标准对李家壕2-2中煤11211运输巷道进行了支护设计,现场监测结果表明,支护设计能够较好地满足工程要求,保证巷道安全。     

新型煤巷顶板岩层结构探测仪的研究

通过分析锚杆钻机的钻进信息与岩石物理力学性质的内在关系,选取相关钻进信息为识别岩层结构的特征参数,研制出新型顶板岩层结构探测仪.并利用小波分析和BP神经网络处理探测数据,识别所钻进的煤巷顶板岩层结构.通过神东矿区石圪台矿的工程实践,结果表明,新型煤巷顶板岩层结构探测仪能够连续实时采集探测数据,动态地对锚杆支护的岩层结构进行识别,能够满足现场支护设计需要,有效减少生产实践中的支护浪费和预防因支护不足引起的冒顶事故.     

大变形回采巷道蝶叶型冒顶机理与控制

大变形回采巷道冒顶控制问题一直以来是制约煤矿安全高效回采的重大难题,根据巷道围岩蝶形塑性区理论,以保德矿大变形回采巷道围岩非均匀破坏为背景,分析了回采巷道采动应力场的非均匀演化规律及其作用下的塑性区形态特征。研究表明:1高偏应力环境下巷道围岩塑性区会呈现蝶形分布,蝶形塑性区具有方向性,蝶叶位置会随着主应力方向的变化而改变;2受采动影响后,回采巷道围岩中会产生较大偏应力,且最大主应力方向向回采工作面一侧发生倾斜偏转,使蝶叶位于巷道顶板;3顶板蝶叶内岩石遭到严重破坏,同时伴有巨大膨胀压力和强烈变形,当锚杆(索)不能承受蝶叶内围岩重量时,巷道便发生蝶叶型冒顶。提出采用接长锚杆控制大变形巷道蝶叶型冒顶的方法,现场应用效果良好,为大变形回采巷道冒顶控制提供了新手段。     

Research on space-time coupling action laws of anchor-cable strengthening supporting for rock roadway in deep coal mine

In order to obtain space-time coupling relationship of anchor-cable to improve supporting effect for deep coal mine rock roadway, FLAC^3D was used to investigate into mechanical characteristics of the roadway whose crosssection shape was vertical wall and semi-circular arch when the roadway was supported by bolts and metal mesh. The results show that the extent of stress concentrations, the range failure zone, and the deformation at the roof center and two spandrels of roadway are greater than those at other positions, except at the floor. The reasonable positions of anchor-cable supporting are the roof center and two spandrels of roadway. The anchor-cable should be installed at good time with bolts supporting after roadway driving because it can improve the stress states of deep surrounding rock around the roadway and control the roadway deformation effectively. The engineering practice has proven that the sustained deformation of deep surrounding rocks is effectively controlled when the anchor-cable supporting is adopted at reasonable positions of the roadway at good time.     

深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护优化

为了研究深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护对策,基于地质条件分析,采用钻孔窥视仪和地质雷达探测了巷道围岩的破坏模式及规律,通过模拟研究得到围岩的破坏机制,针对性的提出了锚网带与预应力锚索梁耦合让均压的优化支护方案和参数。结果表明:围岩由表面向内部破坏程度依次减弱,形成3~4个破裂区,前2个破裂区为松动圈。松动圈分布在煤层和底板泥岩中,其中顶部围岩松动圈平均深度3 m,易产生离层。煤层越厚巷道越易失稳,其破坏机制是顶板锚杆处在破碎区,产生锚固端滑脱或整体冒落。通过现场支护试验,验证了优化支护方案和参数,有效地控制了厚煤层回采巷道稳定性。     

深部破碎岩体巷道围岩控制技术研究

某金矿进入深部开采后，由于围岩破碎，巷道开挖后出现了明显的变形和破坏现象，难以满足其服务期间的稳定性要求。针对这一问题，采用现场调查、数值模拟和现场试验等手段开展了研究。首先，分析了巷道变形和破坏特征，认为该矿巷道破坏表现为两帮破坏，然后发展至顶板。其次，从充分利用深部破碎岩体自承能力的角度出发，提出了马蹄形巷道设计方案，并采用数值模拟的方法分别模拟了矩形巷道，直墙半圆拱巷道，直墙三心拱巷道和马蹄形巷道的开挖过程，结果显示当采用马蹄形巷道时，能够减小围岩应力松弛区的范围，改善围岩的受力条件，极大限度地抑制了围岩的变形和破坏。再次，给出了优化的马蹄形巷道支护方案，在传统只采用顶板锚杆的基础上增加两帮锚杆和穿带，其中，顶板锚杆间距 1.5 m，两帮锚杆间距 1.0 m，排距均为 1.0 m。最后，将得到的马蹄形巷道方案应用到该矿-900 m 分段联巷的工程实践当中，结果表明马蹄形巷道施工后围岩没有发生明显的变形和破坏，取得了较好的施工效果，保证了巷道的稳定性。通过本研究可以为该种类型的深部破碎岩体巷道的围岩控制技术提供参考和借鉴。     

基于上限理论的深部巷道顶板锚杆预紧力简化设计方法

以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例验证了高强预紧力支护对顶板围岩的控制效果。研究结果表明:巷道开挖初期,锚杆支护构件只有施加足够预紧力,才可有效限制顶板围岩下沉破坏;随岩体强度参数增大,锚杆所需预紧力不断减小,而随锚杆布设间距与围岩应力增大,锚杆所需预紧力不断增加;在软弱或松散破碎围岩中,可通过采用高强、高韧性锚固支护构件并施加高预紧力或注浆加固等方式来获得较理想围岩控制效果。     

煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究

随着煤矿向深部发展,矿井动力灾害既表现出冲击地压的部分特征,又表现出冒顶的部分特征。2种典型的灾害打破以往冒顶与冲击地压的发生具有一种互为逆向性的认知规律,在深部高应力煤巷,特别是留顶煤巷道中出现了相互诱导、复合发生的新灾害类型。在总结山东、山西和新疆矿区典型巷道冲击致顶板(顶煤)动力灾害特征的基础上,提出了深部巷道冲击地压与冒顶复合灾害的概念、机理与分类,指出复合灾害机理关键点在于揭示巷道整体系统和破碎区子系统的稳定原理及其2者间的相互影响。建立了巷道发生复合灾害的力学模型,根据扰动响应失稳判据,提出并得到了巷道发生复合灾害的临界应力Pcr、临界软化区半径ρ_cr和最大容许采扰应力增量σ_max,厘清了灾害发生的主控因素,分析了煤岩冲击倾向指数K、支护强度ps、巷道半径ρ₀、煤岩强度σ_c等对灾害发生的影响规律,同时阐明了围岩塑性软化、破碎深度随地应力增加的发育规律。研究结果表明,破碎发育巷道的动力失稳主体为弹性区、软化区与破碎区构成的不稳定系统,垮落主体为破碎区;稳定的破碎区提升了巷道冲击启动临界值,使其启动难度增大,但破碎区的发育又易引起顶煤垮落;巷道稳定支护是解决复合灾害的关键,科学合理支护既能有效调控围岩破碎防冒,又能提升冲击启动临界值。通过理论研究,揭示了巷道冲击地压与冒顶复合灾害的发生机理,阐明了巷道软化与破碎区及其稳控支护对深部破碎发育巷道动力灾害防治的重要性。     

梯形锚棚支护在应力区巷道中应用分析

基于永定庄矿2102巷应力区顶板出现破碎、下沉、局部冒顶现象,导致巷道成效差、掘进效率低,严重威胁巷道掘进安全,决定对2102巷采取梯形锚棚支护。通过实际应用效果观察,梯形锚棚支护实现了主动支护与被动支护联合对应力区顶板进行维护目的,弥补了传统单一主动支护或被动支护的不足,提高了支护效果,使应力区顶板下沉量控制在0.17 m以下,避免了巷道顶板垮落事故发生。     

窄高水材料巷旁充填沿空留巷围岩偏应力演化及控制

为了解决高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩破坏严重及难以控制的问题,以登茂通公司2202综采工作面1.4m窄高水材料巷旁充填沿空留巷为工程背景,基于实验室实验测试了水灰比为1.6∶1高水材料的强度特征,通过数值模拟及现场工程试验研究了高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩偏应力分布规律及其失稳破坏机制。结果表明：①随着超前工作面距离的不断增加,偏应力峰值带位置逐渐发生偏转,偏应力峰值大小逐渐减小,越靠近工作面采动影响越剧烈|②超前工作面40m范围内的巷道围岩偏应力峰值带主要集中在巷道右上肩角与左下肩角,超前工作面距离大于50m时的围岩偏应力峰值带主要集中在巷道顶底板围岩深部处,且近似呈对称状分布|③工作面回采且留巷完成后,留巷围岩偏应力峰值主要集中于实体煤帮与实体煤侧顶板处,支护时需保证锚索杆体穿过实体煤帮及顶板围岩偏应力峰值带位置。基于此提出高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩采用“顶板全锚索支护+巷内三排单体支柱+实体煤侧补强锚索加固+巷旁高水材料充填墙”对拉预紧锚杆并辅以单体柱护墙+采空区侧单体柱撑顶并辅以锚杆加固顶板的分区域非对称综合控制技术,通过现场工程实践证明了留巷围岩控制技术的合理性,保障了高水材料窄巷旁充填沿空留巷的稳定性。     

回采巷道锚杆支护顶板稳定性分析

在分析巷道围岩应力分布特征和锚杆支护巷道顶板破坏形式的基础上, 指出巷道锚杆支护顶板严重破坏的类型可分为两类： （１） 顶板锚固岩体沿巷道两帮上方的滑落, 即出现剪切破坏; （２） 顶板锚固岩体发生压缩破坏． 据此建立了巷道顶板稳定性分析模型, 提出了顶板稳定的判别准则．