深部层状岩体巷道承载特性的物理模拟试验研究

为研究深部高应力条件下层状岩体巷道的承载特性及失稳机理,采用物理相似模拟试验方法,并借助高速摄像机、静态电阻应变仪、位移计等手段,研究了不同支护方式(无支护、锚杆支护、锚杆索支护)层状岩体巷道的变形破坏特征和应力演化规律;同时,从压力拱的角度分析了层状岩体巷道的成拱特性。研究结果表明:无支护条件下,巷道围岩变形破坏严重,顶板大面积垮落,呈现倒V型破坏区,无法形成有效的压力拱结构;采取锚杆支护和锚杆索支护后,巷道围岩应力状态得到改善,能够形成有效的压力拱,围岩变形量减小。研究成果为类似地质条件巷道支护设计提供了依据。     

巷道煤帮稳定性相似材料模拟试验研究

通过相似材料模拟度试验研究，分析了工字钢梯形支架，锚杆群支护和钢带组合锚杆支护条件下巷道煤帮的变形破坏特征，以及水平应力对巷道煤矿变形破坏的影响。试验结果表明，水平应力对于巷道煤帮的稳定性影响显，采取有效措施加固巷道煤帮，控制水平应力，防止煤帮破坏，对于保持巷道围岩的整体稳定，减小巷道围岩的松动破坏范围是十分有效的。     

高预应力锚杆支护对煤与瓦斯突出控制作用研究

采用FLAC3D和COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟软件分别对不同支护条件下高瓦斯煤层掘进巷道周围煤岩体应力场、能量场分布特征和煤层瓦斯流动规律进行研究。研究结果表明：锚杆预应力在巷道断面上形成整体压应力结构,在掘进推进前方,后方支护区域的锚杆预应力形成连续分布的压应力带,使预应力扩散到空顶区。预应力越大扩散范围也越广,对抑制空顶区煤岩破碎、变形有重要作用;高预应力锚杆支护能减少煤岩体内能量集中,但不会产生瓦斯积聚;高预应力锚杆支护能在一定程度上降低煤与瓦斯突出的危险。     

新型树脂锚杆巷帮支护技术及其应用

为研究新型树脂锚杆巷帮支护效果,以山西王庄矿62B2工作面为工程背景,采用FLAC3D对巷道无支护条件下的应力分布情况进行了数值模拟,确定了巷道围岩的最大垂直应力分布区域。通过现场测试,针对新型树脂锚杆和传统锚杆的支护效果进行了对比分析。结果表明:无支护条件下,巷道围岩的最大垂直应力分布在巷道两侧围岩内靠近巷道约8~9 m区域;在应力集中区,采用新型树脂锚杆支护区域的巷道形变量明显大于传统锚杆,而在应力正常区则正好相反;新型树脂锚杆目前只适用于应力较小、煤壁相对完整的区域,而高应力区域新型树脂锚杆支护效果较差。     

基于FLAC3D的深部巷道支护围岩稳定性研究

为了验证某煤矿巷道支护设计是否满足矿井支护要求,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了巷道周围煤岩体应力分布、巷道周围煤岩体塑性区分布、巷道周围围岩体变形规律以及巷道支护中锚杆、锚索轴向力分布。研究得出:巷道顶底板围岩变形为31 mm,巷道两帮变形量为22 mm,巷道右侧锚杆受力明显大于巷道左侧锚杆受力,巷道围岩出现失稳破坏。因此,在进行最终巷道设计时,应增加锚杆、锚索的抗拉强度及减少锚杆、锚索的间排距,从而达到巷道围岩的稳定性,保证矿井安全生产。     

高应力深部巷道围岩变形特征与控制技术研究

分析了高应力深部巷道围岩变形特征与控制技术，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了巷道垂直位移变化规律以及围岩塑性区扩展规律；依据高应力深部巷道围岩变形特征，设计了以锚注为主要支护方式的耦合支护体系，并对改良后的支护方式进行了验证。研究得出，采用锚注和高强度预应力锚杆耦合支护方案，巷道围岩变形得到了有效控制。     

锚杆(索)联合支护技术实践

针对五虎山煤矿12号煤层巷道在多重动压影响下难以支护的现实,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,利用FLAC3D有限差分软件,对巷道围岩应力和变形过程进行了动态仿真模拟,研究了动压巷道的锚杆、锚索耦合支护设计方法问题,并在五虎山煤矿进行了工业试验。实践证明,锚杆、锚索耦合支护方案是合理的,试验研究的锚杆、锚索耦合支护形式及其技术参数可在类似条件的巷道中推广。     

深井软岩巷道变形和加固对策

采用非连续变形分析软件(DDA)，首次对巷道围岩松动圈非连续体位移影响因素的变化规律进行了模拟研究，提出了巷道关键部位加强支护的理念。采用高强锚杆与喷射混凝土对高应力软岩巷道支护，并对巷道关键部位采取钢筋网加强支护，成功地解决了深井软岩巷道的支护难题。     

阳泉矿区复杂困难巷道支护技术研究及工程应用

针对阳泉矿区15~#煤层地质条件恶劣、应力高、巷道围岩变形大、复杂困难巷道比例高的问题,提出了高预应力强力锚杆支护系统。以地质力学测试为基础,研发高强度锚杆支护材料,采用高效的高预应力施工机具,通过大幅提高锚杆支护系统初始预紧力,实现支护系统的高刚度,保持巷道围岩完整性和稳定性。采用数值模拟方法,研究15~#煤层在采用沿顶板和沿底板不同布置条件下巷道围岩应力和塑性破坏情况。研究结果表明,高预紧力强力锚杆支护系统成功解决阳泉矿区不同类型复杂困难巷道支护难题,巷道变形破坏情况明显好转,并在阳泉矿区得到了大范围的推广和应用。     

高水平应力条件下锚网索耦合支护机理分析与应用

利用数值模拟技术,模拟并分析了锚网喷、锚索及底角锚杆耦合支护机理,并以鹤煤集团第五煤矿为工程背景,模拟并分析了高水平应力条件下,合理的锚网喷＋锚索＋底角锚杆耦合支护结构,提出了在高水平应力条件下,巷道的破坏是扭曲变形破坏,采用合理的锚网喷＋锚索＋底角锚杆支护结构和支护参数,可有效控制巷道扭曲变形,取得良好的支护效果。     

煤矿高预应力、强力锚杆巷道支护技术研究

针对高应力巷道围岩变形的流变性、扩容性和冲击性等特点，分析了高预应力、强力锚杆支护理论技术，采用有限差分数值模拟软件FLAC^3D分析了锚杆与锚索预应力引起的应力场分布特征与影响因素，研究了支护工艺，进行了工业性试验。研究得出，采用巷道高预应力、强力锚杆支护技术，巷道掘进速度不仅大大提高，施工后的巷道围岩稳定性也得到了有效改善，实现了巷道的一次成巷，避免了二次支护，促进了高产、高效矿井的实现。     

让均压锚网支护系统在高应力区的研究与应用

该文介绍了在矿井煤巷高应力条件下优化支护系统,采用高预应力可变形锚杆让压均压支护理念,优化让压均压支护系统,采用锚杆与锚索的协调变形设计技术实现高应力条件下锚杆、锚索不破断,有效控制巷道围岩变形等问题,提高支护质量的研究与实践。     

高应力下锚网索与底角锚杆耦合支护技术研究

利用数值模拟技术,模拟并分析了锚网索与底角锚杆耦合支护机理,并以某矿为工程背景,模拟并分析了高水平应力条件下合理的锚网索+底角锚杆+桁架耦合支护结构,提出了在高应力条件下,巷道的破坏是扭曲变形破坏,采用合理的锚网索与底角锚杆支护结构和支护参数,可有效控制巷道扭曲变形,取得良好的支护效果。     

高应力下锚网索与底角锚杆耦合支护技术研究

利用数值模拟技术,模拟并分析了锚网索与底角锚杆耦合支护机理,并以某矿为工程背景,模拟并分析了高水平应力条件下合理的锚网索+底角锚杆+桁架耦合支护结构,提出了在高应力条件下,巷道的破坏是扭曲变形破坏,采用合理的锚网索与底角锚杆支护结构和支护参数,可有效控制巷道扭曲变形,取得良好的支护效果。     

基于松动圈现场测试的非对称变形巷道支护技术研究

针对山西省吉宁煤矿2103高应力综采沿空巷道帮部非对称变形、顶板下沉严重等矿压显现突出及围岩体破碎的问题,以巷道围岩松散破碎的超声波探测为依据,在原有支护形式的基础上进行了支护形式及参数优化。其中,临空侧采用高强蛇形让压锚杆配合锚索,实体煤侧采用玻璃钢锚杆,顶板采用锚网索配合JW型护表钢带的联合支护形式。巷道锚杆受力、围岩变形量及围岩裂隙发育的钻孔成像监测结果表明,不仅高应力综采沿空非对称变形得到有效控制,而且较原支护形式下的巷道围岩变形量其降低幅度达到50%,进一步验证了优化后的支护形式对高应力综采沿空巷道围岩的控制作用。研究结果可为相似地质条件及开采技术条件下高应力综采非对称变形巷道围岩的支护设计提供参考。     

非金属喷锚网巷道支护工艺优化研究

针对金属锚杆和锚网的价格高、质量大、耐腐蚀性差等问题，以金川集团龙首矿为研究对象，基于理论分析、数值模拟及现场试验等手段，开展了非金属喷锚网巷道支护工艺优化研究。通过锚杆、锚网强度指标计算并综合考虑支护效果评价指标，初步确定非金属锚杆、锚网规格参数；采用MIDAS/GTS数值模拟软件构建金属、非金属(喷)锚网支护巷道的二维数值模型，分析围岩应力(位移)场、锚杆内力等分布规律；对永久支护巷道及临时回采进路进行现场支护试验，对比分析金属材料与非金属材料的支护效果，验证了非金属喷锚网支护工艺在地下开采支护工程中应用的可行性。研究结果可为非金属材料在巷道支护中的应用提供参考。     

煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面,揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念;采用数值模拟对比研究了锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律,阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索,研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果,形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将研究成果应用于中煤新集口孜东矿,提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数,并进行了矿压监测。监测数据表明,采用提出的高压锚注-喷浆控制方案后,煤帮结构、完整性与强度得到显著改善,锚杆、锚索锚固力大幅提升,充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%,锚杆、锚索破断率大幅减少,有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形,为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。     

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。     

特厚煤层大断面工作面巷道支护技术研究及应用

为保证东坡煤矿9煤92采区综放工作面的掘进和回采安全,通过原914工作面巷道的矿压观测数据分析,确定巷帮0~4.5m为破裂区,并监测锚杆(索)应力变化,确定所采用的锚杆(索)联合支护方式及支护强度能够满足工程要求,在科学计算锚杆(索)长度等支护参数的基础上,通过数值模拟确定锚杆支护参数。在923工作面巷道进行了试验,取得了良好的技术经济效益,为类似工程条件提供了参考。     

基于FLAC3D数值模拟的巷道围岩稳定性及支护参数设计研究

为了巷道支护设计的合理性,确保矿井的安全生产,采用理论分析和FLAC^3D数值模拟对巷道围岩稳定性进行分析,利用悬吊理论、压力拱理论对巷道的预紧力、间排距等支护参数进行了校核,得出锚索的支护强度满足支护要求;然后利用模拟分析,对不同的锚杆长度和排距进行分析,研究从围岩应力、巷道断面收缩率以及塑性区分布进行分析对比,研究得出,锚杆的最优长度为2.0 m,锚杆最优的排距为0.8 m,研究为类似地质条件下巷道的支护设计提供一定借鉴意义。