茌平煤田特深矿井围岩应力分析与大巷支护控制研究

阳谷茌平煤田煤层尚未开采,埋藏深、地压大、构造较复杂,且深部岩体地质力学与构造应力研究方面较薄弱,开采中巷道支护必定困难。为确定合理的大巷支护方案,首先对深部矿井围岩应力做出分析,得出围岩应力分布特征,为支护设计参数确定提供依据。根据地质条件、应力分析和邻近矿井设计方案,设计出支护方案。运用数值模拟方法对巷道支护设计的效果进行检验。得出该支护方案能够有效地控制特深矿井水平大巷围岩的变形。     

深部工程软岩巷道“双壳”支护理论与技术

在详细分析深部巷道围岩变形特征及主要影响因素的基础上,提出了深部巷道"双壳"支护理论,认为通过对巷道浅部进行支护形成浅部应力支护壳,对巷道深部进行加固形成深部应力加固壳,深浅壳体形成的支护体系能有效减小巷道围岩破坏范围,阻隔深部高地应力传播,保持巷道围岩稳定与巷道成形。根据巷道破坏范围不同,构建了由"单壳"支护、连续"双壳"支护和非连续"双壳"支护组成的巷道"双壳"围岩支护体系,并分析了巷道"双壳"围岩支护机理,研发了深部巷道"双壳"支护技术。以陶二煤矿深部巷道修复工程实践为例,验证了深部巷道"双壳"支护的合理性。     

深部高应力沿空掘巷非对称支护技术

为了解决深部高应力影响区沿空掘巷支护难题,以郭屯煤矿-808 m四采区辅助轨道巷为例,分析了巷道变形破坏特征及其影响因素,提出采用"高强高预应力让压锚杆+锚索+金属网+带梯"的非对称锚网索支护方案,并对支护方式和支护参数进行优化。采用有限差分软件FLAC3D,对深部高应力扰动围岩沿空掘巷所采用的非对称支护方案进行了数值模拟,与原方案相比,巷道围岩应力显著降低,顶底板和两帮收敛变形得到有效控制。现场应用及观测结果表明,在深部高应力影响区沿空掘巷采用非对称锚网索支护技术,对围岩应力重新分布起到了较好的作用,达到了理想的巷道围岩控制效果。     

深井高应力动压综放巷道支护技术研究与应用

针对深部综放回采巷道高地应力、高地温、易受采动或构造应力影响、巷道围岩变形大、支护困难等问题, 采用高强度、高刚度、高可靠性和大延伸率的支护材料进行了初步支护设计, 并对初步设计模拟结果进行了二次支护设计, 确定了合理的支护方案及参数。现场应用支护效果监测结果表明: 该支护方案有效控制了巷道变形与破坏, 保证了巷道的安全与稳定。     

白音呼布矿区三维地应力测量及巷道布置优化研究

白音呼布矿区进入深部开采后,巷道岩爆、变形等地压灾害变得愈发严重。为保障生产安全,现场采用空心包体应力解除法测量了对矿区7个测点三维地应力,基于测量结果及地应力场构建对矿区深部巷道布置优化进行了研究。首先根据等应力轴比理论优化了巷道布置方向,给出了100m中段巷道轴向与最大水平主应力方向最优夹角为26°;然后采用数值模拟方法研究不同夹角时巷道围岩的应力、位移变化特征,并指导了新中段的巷道布置。结果表明:实测最大水平主应力是自重应力的1.57～1.89倍,矿区深部以水平构造应力为主导;夹角为26°时,巷道围岩变形最小,数值模拟与理论计算结果相符;新中段巷道优化布置后,围岩变形、位移明显变小,地压灾害得到有效控制。     

经坊矿坚硬顶板下巷道破碎围岩测试及支护设计

为了解决经坊矿巷道围岩控制问题,对该巷道煤层围岩进行地质力学测试,结果显示:该区域属于中等偏高应力值区、井下应力场受构造影响较大;巷道顶板岩层坚硬,两帮煤体易于破碎.根据测试结果分析了巷道支护原理,并利用数值模拟对不同支护方案下巷道围岩应力及位移进行研究,结果显示方案2能有效地控制围岩变形;最终支护方案现场应用后,巷道...     

兴安矿区深部地应力测试及支护方案研究

针对兴安矿区矿井深部高地应力巷道的围岩控制问题,采用“点-面结合”分析法,即地质力学理论分析和现场原位测量相结合的方法,对矿区地应力场方向及地应力大小进行分析,分析结果表明,兴安矿深部地应力最大主应力方向为近东西方向,最大主应力达到30.10~30.18 MPa,最大主应力与垂直应力之比为1.27~2.18倍,因此该矿区以水平构造应力为主导。针对兴安矿深部高地应力的情况,采用高强度锚喷支护体系对巷道围岩进行支护。通过数值模拟对现有锚喷支护方案进行分析,巷道断面收缩率在可控范围内,巷道内整体变形控制效果较好。同时数值模拟结果与实际观测结果大致相同,这不仅证明了锚喷支护在兴安矿深部巷道支护应用的可行性,也从侧面证明了地应力测试的准确性。     

金川矿区深部高应力破碎岩体巷道支护技术研究及应用

针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,基于以往巷道围岩变形破坏特征,从工程地质条件、地应力特征、采动影响等三个方面,分析了深部高应力破碎岩体巷道变形破坏原因。针对典型的巷道破坏特征与工程地质条件,提出了四类相应的新型支护方案,分别开展了现场工业试验;通过巷道围岩收敛变形监测,验证新型支护形式的支护效果。结果表明,新型支护形式有效地控制了深部高应力破碎岩体巷道围岩变形,实现了维护巷道围岩长期稳定的目的。     

深部大变形巷道围岩稳定性控制方法研究

针对深部高应力巷道围岩大变形难以控制的问题,采用Kastner等相关理论,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形的影响,揭示了其变形难以控制的力学本质,提出了巷道围岩稳定性控制新的支护理念。深部高应力巷道围岩大变形主要来自于两部分:1巷道周边浅部破碎围岩的扩容与剪胀等非连续性变形;2高应力致使巷道围岩产生的以塑性变形为主的连续性变形。研究表明:目前的支护水平对巷道围岩的连续性变形影响十分有限,总是存在一部分变形量无法控制,即深部巷道围岩存在"给定变形"。为实现巷道围岩稳定控制,降低支护成本,巷道围岩支护理念应由变形控制向稳定控制转变,确保巷道围岩均匀、协调变形,消除冒顶与片帮等不安全隐患,增强巷道围岩整体性与稳定性。因此,对于深部高应力巷道围岩稳定性控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间以容纳围岩部分"给定变形",支护结构应具有一定的连续性变形能力,又能持续提供较高的支护阻力,以维持巷道围岩的完整性与稳定性,保障巷道围岩的均匀、协调变形。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"可接长锚杆+刚性长螺纹钢锚杆+锚网+W钢带+喷射混凝土"综合控制技术为主,并辅以可接长锚杆强化顶板支护方案可较好控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

深部特厚煤层对采对掘巷道围岩综合应力场演化研究

深部特厚煤层对采对掘巷道受高应力及多次强烈采动影响,应力环境复杂,围岩控制难度大,井下综合应力场演化对于巷道支护方式及参数的确定有益。以麻家梁煤矿14103辅运副巷为工程背景,采用井下实测、理论分析和数值模拟方法,揭示巷道围岩原岩应力场、采动应力场、支护应力场及位移场演化规律。实测得出麻家梁煤矿巷道围岩原岩应力场分布特征;揭示出相邻工作面回采滞后采动影响阶段是巷道围岩采动应力增加的主要阶段;锚杆锚索施加高支护应力可在围岩中形成稳定承载结构。基于应力场、位移场综合分析,得出14103辅运副巷围岩采动应力增加先于巷道变形的增加;受二次采动应力作用,围岩发生扩容变形,出现应力增加不明显而变形显著增大的现象,揭示出采动应力场、支护体受力及位移场时空演化相互关系。该结果对巷道布置方式及支护方案提供了依据。     

构造应力场下巷道支护离散元数值模拟研究

深部矿井巷道在构造应力场作用下,顶板受高水平应力影响,剪切破坏严重,是围岩重点破坏部位。运用离散元数值模拟方法,模拟了处于构造应力场下一煤巷应用锚网支护的效果,通过对比不同支护方案的围岩控制效果,得出最优方案为全断面高强锚杆加顶板锚索补强。     

倾斜厚煤层错层位相邻巷道联合支护技术

为进一步研究倾斜厚煤层支护技术,采用理论分析和数值模拟方法,研究深部巷道围岩稳定问题,认为深部巷道围岩的基本控制方法是提高围岩强度、转移围岩高应力以及采用合理的支护技术,并提出了错层位外错式相邻巷道联合支护技术。以庞庞塔矿为工程背景,通过对比巷道单巷布置与错层位外错布置2种情况下的支护效果,回归分析错层位外错式布置下相邻巷道联合支护区锚固体强度。经分析论证表明:错层位外错式布置下相邻巷道联合支护区锚固体强度优于单巷布置下锚固体强度。     

深部大巷破碎围岩注浆支护技术

针对九龙煤矿-850 m深部胶带大巷围岩破碎、支护失效等问题,通过围岩力学性能测试、围岩裂隙窥视、巷道围岩浅孔注浆结合深孔注浆锚索二次加固试验对巷道围岩破坏机理和稳定性进行了研究。结果表明,巷道所处位置水平构造应力大和巷道支护结构设计不合理是造成胶带大巷围岩破坏的主要原因。根据破坏机理和理论计算得到的浅孔注浆结合深孔注浆锚索二次加固支护方案能有效解决由水平构造应力带来的巷道围岩破坏问题,巷道注浆加固后,巷道两帮和顶底移近量较加固前仅增长5 cm和3.5 cm,控制了巷道围岩整体移近量,支护效果明显。     

断层影响下巷道围岩的力学特征及支护研究

针对巷道过断层构造难以稳定支护的难题,以谢一矿A3煤层回风上山为研究对象,采用现场调研、数值模拟及现场应用等方法,研究了断层构造影响下巷道围岩力学特征及支护技术。研究结果表明:受断层构造影响,巷道围岩应力分布特征差异明显,尤其针对巷道掘进过程中的关键区域,其支护方案侧重点有所不同;相比巷道无支护情况,锚网索加强支护技术提高了巷道围岩整体承载能力。工程实践表明,采用该支护技术实现了过断层区域巷道围岩的有效支护。     

深部高应力区域锚网索支护研究

为了探讨深部高应力区域的支护问题,对平煤集团十三矿深部高应力区域巷道围岩力学参数进行了测试,并采用FLAC3D数值模拟软件对不同间排距的锚杆+锚索+金属网支护方案进行模拟,确定了合理的支护结构。现场实践表明,该方案的实施有效地控制了深部高应力区域巷道的围岩变形,达到了预期效果。     

锚杆锚索同排协同支护在南关矿的应用研究

针对南关矿高水平应力条件下三采区轨道巷变形量大,难于支护的问题,以锚杆锚索同排协同支护思想为指导,通过现场观测、数值模拟及理论分析,对巷道掘进后围岩中应力演化规律及变形破坏机制进行了研究,提出锚杆锚索同排布置协同支护方案,对比了原支护方案及优化支护方案的预应力场和围岩变形情况。结果表明,锚杆、锚索布置方式及预应力协同后,最大限度发挥了锚固构件力学性能,提高了围岩的自承能力,减小了巷道围岩变形量。现场应用与监测数据表明,锚杆锚索同排协同支护方案具有良好的支护效果,可以有效控制巷道围岩。     

基于围岩松动圈现场测量的巷道支护优化

为研究三山岛金矿深部-600 m水平巷道围岩的松动圈范围与应力状态,使用RSM-SY6型声波检测仪进行围岩松动圈现场测量,运用FLAC^3D数值模拟方法分析围岩应力,验证测量结果。基于现场测量的结果和应力分布情况,采用围岩松动圈支护理论,对三山岛金矿的巷道支护形式和参数进行优化。结果表明,经过参数优化后的支护方案,可以在保障安全生产的同时创造经济效益,并为矿山今后的支护设计提供技术参考。     

深部高应力巷道围岩力学特征及稳定性控制技术

针对九龙煤矿-890m进风行人大巷复杂的工程地质情况,巷道断面较大且高应力作用显著,现已发生严重变形破坏。通过FLAC3D数值模拟对巷道围岩的力学特征进行定量分析,获得深部高应力巷道应力、应变演化特征,结合巷道周边围岩的成分分析、力学实验结果,基于FLAC3D对比优化深部高应力巷道联合支护方案,探究支护结构、支护参数的可靠性,提出以锚杆、锚索为核心的锚网索喷联合支护方案。在巷道开挖后进行矿压观测,进一步验证支护方案以及数值模拟结果的合理性,并实时监测围岩的变化特征。工程实践表明,在深部高应力巷道中采用锚网索喷联合支护,巷道的整体性与稳定性得到有效改善,围岩受力更趋稳定,变形得到有力控制,为煤矿的安全高效生产提供了技术支持。     

深部离层断裂型工程软岩巷道支护技术研究

深部巷道埋藏深度大,地质构造复杂,应力组合作用效应明显,煤矿深部开采巷道围岩控制成为制约安全高效生产的主要因素之一.本文通过分析深部巷道围岩特性及力学环境,从围岩对巷道工程支护对策选择及方案设计思路的影响出发,对围岩进行分类,提出相应支护对策.支护效果监测结果表明,高强锚网索+梁(带)联合支护技术能保证深部复杂高应力离层断裂型工程软岩巷道的安全稳定,取得良好效果.     

湖西矿深部大断面软岩巷道支护参数优化设计

深部软岩巷道应力环境复杂,围岩性质多变,尤其是大断面巷道支护异常困难。文章针对湖西矿800m采深的31102大断面巷道,在对其围岩力学性质及高应力下的蠕变特性实验研究基础上,通过数值模拟研究不同支护参数条件下巷道围岩变形规律,获得了优化后的支护方案,并对现场支护效果进行了监测分析,巷道支护效果显著,达到预期效果。