复采条带煤柱沿空巷道锚杆支护数值模拟研究

采用FLAC5.0有限差分软件,对复采条带煤柱沿空巷道锚杆支护围岩变形规律进行了数值模拟。通过对沿空掘巷前后地层应力、围岩位移及状态的系统分析,结果表明:锚杆支护加固了围岩,明显提高了围岩强度和承载能力,在巷道掘进及工作面回采期间,巷道围岩受力及变形能满足矿井安全生产的要求。     

动压沿空巷道围岩变形演化规律的物理模拟

为了研究动压沿空巷道在煤柱宽度一定时,不同支护结构形式下围岩的变形破坏演化规律,利用新研制的地下工程综合模拟试验系统和先进的数字图像采集及相关分析技术,对动压沿空巷道在无支护、锚梁网索支护及支架支护3种不同支护形式下的围岩变形破坏与失稳全过程进行了研究.结果表明:实体煤巷在无支护情况下围岩表面位移大致分为加速变形、缓慢变形和二次加速变形三阶段;对于动压沿空巷道,在本工作面回采影响期间,巷道围岩变形远远大于掘进影响期间,锚杆加固范围内的煤体碎胀量主要发生在掘巷期间,而在回采影响期间,巷道周边位移主要是由深部煤体碎胀所引起;强烈采动影响阶段是动压沿空巷道围岩控制的难点,另外,锚梁网索支护较支架支护更适用于围岩变形量较大的动压沿空巷道.     

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。     

综采工作面锚杆支护巷道围岩变形量分析与控制

煤巷锚杆支护是采用锚杆支护设计软件设计的,而巷道掘进过程中选择的锚杆支护参数没有有效控制孤岛工作面回采过程中的巷道变形。通过对工作面回采过程中巷道围岩表面位移监测结果的分析,合理选择了控制巷道围岩变形加固支护参数,有效控制了巷道的围岩变形,确保了安全生产。     

大倾角沿空巷道受力变形数值模拟研究

采用FLAC^20软件分析了大倾角中厚煤层沿空巷道应力、位移分布规律以及巷道围岩破坏特征。得出底鼓是该类型巷道围岩变形的主要特征。依据沿空巷道应力、内部岩层位移，提出采用锚杆（索）支护的合理措施。     

深部巷道连续双壳加固机理及试验研究

由于深部巷道变形破坏严重,传统支护难以保证巷道稳定。本文在详细分析深部巷道围岩变形特征的基础上,提出深部巷道连续双壳加固理念,并分析双壳加固机理。通过相似材料模拟试验,对不同采深条件下裸巷、锚杆支护、连续双壳支护巷道围岩变形及应力分布规律进行研究。结果表明：随采深增大,裸巷围岩发生大面积整体破坏,不能自稳;锚杆支护巷道锚固区以里深部围岩继续发生离层破坏,巷道存在潜在破坏危险;连续双壳支护巷道只在巷帮浅部发生局部剪切破坏,围岩稳定性好。以陶二煤矿新南总巷道支护为例,验证了连续双壳支护的合理性。     

沿空巷道围岩支护设计研究及应用

针对南阳坡煤矿沿空掘巷围岩稳定性较差的问题,分析了其工程地质条件,在研究沿空巷道围岩应力的分布规律及锚杆支护原理的同时,采用数值模拟的方法,对比分析了无支护和有支护条件下巷道围岩的应力分布、塑性区分布和围岩位移量,验证了以锚杆为主体的沿空巷道支护方法的有效性。以南阳坡煤矿5800沿空巷道为工程背景,设计出该沿空巷道的支护方式为:锚杆+锚索+钢筋网+钢筋梁(W型钢带)+木托盘+煤柱注浆加固,并通过现场监测,进一步验证了该支护方案的现场实际应用效果。应用结果表明,该支护方案的围岩控制效果较好,能够满足安全生产的需要。     

深井高应力非常规断面动压巷道支护技术研究

目前,国内关于高应力动压巷道非常规段面掘进技术方面的文献较少.本文分析了巷道所处区域水文地质条件和应力分布情况,并参考了数值模拟结果,对翟镇煤矿11103E高应力动压巷道采用了非常规断面掘进,锚带网初次支护只挂顶网,回采时锚带网加强支护挂帮网,特殊地段锚索注浆加固的方法;最终就巷道围岩表面位移、巷道围岩深部位移和锚杆(索)锚固力等矿压监测结果,进行了支护效果检验,结果表明支护技术安全有效.     

梯形断面掘进巷道围岩稳定性数值模拟

针对埋深和断面对巷道围岩破坏这一煤矿安全的关键问题,通过对掘进巷道围岩的理论建模,分析了不同埋深梯形掘进巷道的围岩应力场和位移的变化规律,结果表明:随着埋深增加,无锚杆支护的巷道两侧会受到很大的应力而发生变形直至破坏,而锚杆支护后,可以明显降低围岩周围的应力,且巷道位移较小,不产生破坏。煤矿巷道开挖后,应立即进行锚杆支护,可以十分有效的控制巷道两侧围岩以及顶板和底板的变形,从而使巷道处于安全状态。     

采动影响下煤仓支护技术研究

山西省柳林县庄上煤矿5~#煤层进风巷道掘进工作面设计从煤仓中穿过,煤仓壁在围岩应力和采动影响下极易造成破坏失稳。采用理论分析和现场实测的方法,分析煤仓壁和围岩的应力分布规律,确定合理的煤仓加固方案,即煤仓顶板架棚结合水泥背板,煤仓壁采用锚杆支护加固,煤仓底部充填矸石和煤渣结合高水材料注浆的方式进行支护。工程实践表明,煤仓加固后在掘进及回采期间煤仓变形较小,满足安全生产的要求。     

构造应力场煤巷掘进冲击地压能量分区演化机制

在新建深部矿井,原岩应力区煤巷掘进冲击地压问题日益突出,且现场破坏具有区间性和方位性特征,为揭示这一机制,针对深部构造应力场条件下的煤层掘巷,基于数值模拟和理论分析研究,建立不同掘进速度下围岩弹性能空间分区演化模型,划定能量非稳态释放边界,分析其分布形态与能量特征,结论与现场实际破坏情况较为吻合。研究结果表明:依据弹性能所处状态及变化特征的不同,构造应力场煤巷掘进围岩在空间上可划分为6类区间,顶底板内同时分布能量积聚区和释放区,而巷帮仅存在能量释放区,这与最大主应力的做功特征密切相关。掘进速度增大时,围岩弹性能释放区的走向范围将同时向两端扩展,非稳态释能边界沿走向不断拉长,具有冲击风险的范围不断扩大。构造应力场中,巷帮潜在冲击启动区位于工作面附近,其冲击发生必要条件包括高原岩应力和快速掘进。巷帮和工作面潜在冲击启动区均位于围岩浅部。由于滞后区顶底板能量非稳态释放前积聚水平更高,加上顶板和帮部支护作用,导致底板滞后区冲击破坏强度要大于工作面附近顶底板和巷帮冲击破坏强度。研究结论与构造应力场现实冲击案例较为吻合,对构造应力场煤巷掘进冲击地压监测预警及解危方法的研究具有参考意义。     

深井跨采巷道围岩应力分布及变形规律模拟研究

基于煤矿跨采过程中存在的工作面矿压显现加剧、巷道围岩难于控制等现实问题,结合具体工程条件,应用FLAC数值模拟软件对上方工作面开采过程中的巷道围岩应力分布特点及围岩变形移动规律进行了模拟研究,得出了工作面前方移动支承压力在底板的传播引起底板岩层处于应力升高区,位于该区内的底板巷道,随着工作面的推进,巷道依次处于原岩应力区、应力升高区、卸压区和卸压稳定区,且在工作面距离跨采巷道前后50 m范围内,应力集中程度较强。在跨采期间,巷道的主要变形发生在工作面跨巷道的时间段,2帮应力集中程度强于顶底板,并引起巷道一定程度的变形。     

软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效应研究

为了研究中间主应力对软岩巷道围岩变形的影响机制,以淮北矿区朱仙庄矿Ⅱ1053工作面软岩运输巷为工程背景,在地应力原位测试的基础上,采用FLAC3D软件构建了不同中间主应力条件的数值计算模型,开展了软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效应研究。结果表明:中间主应力的改变,使巷道开挖后的应力分布、表面位移与塑性区发育情况都呈现一定的阶段性特征,表现出明显的"区间效应"。现场监测数据及钻孔窥视表明,该模型能反映现场实际情况。     

综放工作面沿空巷道围岩破断机理及支护技术研究

针对综放工作面沿空巷道超前段变形严重、支护困难的问题，理论分析了综放沿空巷道上覆岩层断裂结构模式，结合段王煤矿090510工作面的地质条件，确定了沿空轨道巷合理的掘巷位置|采用数值模拟对090510轨道巷在采动作用下的塑性区分布以及应力分布情况进行了分析，得到了轨道巷在回采过程中超前段的主要破坏特征，并探讨了巷道围岩变形机理|提出利用补强机理，采用补打锚索结合超前液压支架对超前段加强巷内支护的方案。现场实践表明：超前段围岩变形较小，有利于实现高产高效且保障了工作面安全生产，为综放工作面超前支护技术提供了示范和参考。     

深井回采巷道围岩破坏机理影响因素及FLAC3D模拟

对影响巷道围岩稳定性因素如围岩自身结构特点、围岩应力、支护形式等进行了初步分析,简要介绍了FLAC3D软件,并运用FLAC3D软件依照实际情况建立巷道围岩的数值模型,计算得出巷道围岩掘进及回采期间的垂直应力分布图,通过分析巷道掘进及回采期间不同的围岩应力分布图揭示了深井回采巷道围岩应力变化特征,以期为今后深井回采巷道支护生产实践有一定的指导作用.     

底抽巷稳定性分析及支护对策研究

以屯兰煤矿南二采区18208工作面底抽巷为工程背景,通过围岩地质力学基础参数测定,运用数值模拟软件,对比分析不同布置方式条件下底抽巷巷道围岩应力分布规律及巷道变形特征,确定了底抽巷的合理空间位置。通过高预应力、强力一次支护锚杆支护技术对原有底抽巷进行优化,提高支护系统的刚度,优化支护构件,有效地控制住了围岩变形,取得理想的支护效果。     

地应力异常区上山群巷道蠕变围岩控制技术

为了解决地应力异常区上山群巷道支护困难的问题,针对常村煤矿地应力特征,模拟分析了不同方向的最大水平主应力巷道围岩应力分布规律,并分析了上山群间煤柱宽度与掘进顺序对支护方式的影响,将全长锚固预应力强力锚杆锚索组合支护系统应用于该上山群巷道。试验结果表明：地应力异常区上山群间煤柱宽度大于30 m时掘进顺序对支护无影响,采用全长锚固预应力强力锚杆锚索组合支护系统后,巷道两帮移近量最大为87 mm,顶板最大下沉量为18 mm;锚杆最大受力为183 kN,锚索最大受力为250 kN,且巷道变形量及锚杆锚索受力稳定,围岩变形得到了有效控制。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点，首先分析了深部软岩巷道变形特征，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出，深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态，相互翻转和滑移，岩体的模量和强度低；随着巷道埋深的逐渐增加，巷道围岩应力集中系数逐渐减小，巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大，塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

巷道埋深对大断面巷道围岩变形及应力分布规律影响

针对断面大巷道难以支护、巷道变形严重等特点，采用三轴压缩试验和巴西劈裂试验对巷道围岩力学参数进行测试，利用数值模拟分析了大断面巷道围岩变形及应力分布规律。研究得出，随着巷道埋深的增加，巷道垂直位移越来越大、垂直应力集中系数逐渐减小、垂直应力逐渐向深部延伸、巷道底板泥岩出现软岩的性质，巷道围岩破坏深度和破坏面积也逐渐增加。     

综放开采沿空留巷围岩变形特征

为研究综放开采沿空留巷围岩变形特征,以山西铺龙湾煤业有限公司4102综放工作面为工程背景,从理论层面分析了沿空留巷围岩大变形机理,发现4102综放工作面沿空留巷围岩发生大变形主要原因是基本顶关键块体断裂回转使留巷位置由低值应力区变为高值应力区,在此基础上采用FLAC3D软件对沿空留巷围岩应力分布规律及变形特征进行分析。结果表明在支护初期巷旁支护体垂直应力为1.5 MPa,巷道围岩水平位移极小,当基本顶发生断裂后,巷旁支护体垂直应力增加,最大达3.22 MPa,此时的变形速率也达到最大,随着上覆岩层触矸,巷道围岩垂直应力及两帮变形速率也逐渐稳定。