深井沿空切顶巷道围岩协同控制及应力演化规律

为解决深部沿空留巷动压显著﹑难支护的问题,基于切顶沿空留巷技术原理,对深部沿空切顶巷道卸压效果﹑围岩应力演化规律及控制技术进行深入研究。超前顶板切缝切断了采空区顶板向留巷顶板传递应力的路径,避免了采掘应力叠加,消除了工作面端头与回采巷道交叉口的"应力尖角";切缝可使一定范围内工作面支架平均压力和周期压力减小,随着远离切缝,影响逐渐消失;直接顶悬臂梁长度的减小和基本顶有效荷载的降低是导致支架平均压力和周期压力下降的主要原因。根据深部地质力学环境及岩体变形特征,构建"恒阻主动让压控制顶板、柔性可缩让位抗侧压、高阻临时支护抗动压,加大支护长度护煤帮"的深井沿空切顶巷道围岩协同控制体系,并在城郊煤矿21304工作面进行现场试验。结果显示:构建的协同控制体系能有效控制深部岩体变形,取得较好的应用效果。     

深部第三系软岩巷道交岔点稳定性及其支护对策研究

随着煤矿开采深度的不断增加,巷道交岔点支护将更加困难,特别是高应力强膨胀复合型软岩巷道交岔点稳定性控制,一般支护形式难以奏效。通过对柳海煤矿第三系软岩巷道交岔点工程地质特征、变形破坏状况以及室内物化力学试验结果的分析,确定了该矿软岩巷道交岔点变形力学机制为ⅠABⅡBDⅢCA复合型;并通过采用先进技术,将其转化为单一型变形力学机制。在该矿井底车场软岩巷道交岔点变形破坏治理中,采用了刚柔层桁架支护技术,取得了良好的效果。     

深部动压巷道非对称变形力学机制及控制对策

为解决深部动压巷道支护的技术难题,以鹤煤九矿东总回风巷为研究背景,针对东总回风巷非对称变形量大且难支护的问题,采用现场调研、工程地质分析、物理相似模拟和现场试验相结合的方法,对巷道变形破坏机理和控制对策进行了研究。研究结果表明:巷道变形破坏受围岩岩性、构造应力、采动应力、重力、地质构造等多种因素影响,其变形力学机制确定为IABIIABDIIIABC型;采动应力造成巷道围岩应力场的大小和方向发生了改变,是巷道产生非对称变形的主要因素。通过选取针对性的控制对策将复合型变形力学机制转化为单一型,提出了"锚网索喷+底角锚杆+全断面注浆+反底拱"非对称耦合控制对策,并在现场进行了应用。相似模拟和现场监测结果显示:该控制对策有效控制了围岩非对称变形,现场应用效果良好。     

深部回采巷道防冲释能耦合支护技术及应用

为解决深部回采巷道围岩大变形、支护体易破断失效的难题,以济三煤矿深部回采巷道为研究对象,采用理论分析、数值模拟及室内试验相结合的方法,研究围岩变形破坏机制、防冲释能耦合支护技术原理及其应用效果。结果表明:济三矿区深部回采巷道大变形易冲击的主要原因在于复杂的高应力场及其叠加,使得以厚层坚硬砂岩为主的顶板易积聚能量,而现有支护体系无法有效吸收并转化围岩剩余能量;相比于传统支护体系,恒阻大变形支护体系可多吸收能量(DFDx),实现了围岩大变形能量的控制性释放,因其恒阻值(F)和变形量(Dx)均可单独设计,解决了防冲支护体系中高预应力难施加、易破断及定量化防冲设计的难题,现场应用效果显示,恒阻支护相比原支护围岩变形减少约40%,超前影响范围减少约33%。研究成果可为类似具有冲击倾向性的深部回采巷道支护设计提供借鉴。     

无煤柱自成巷聚能切缝技术及其对围岩应力演化的影响研究

基于切顶短臂梁理论,分析无煤柱切顶自成巷技术原理,结合柠条塔矿施工经验,总结出"支、切、护、封"四步成巷工艺。通过建立联孔聚能爆破力学模型,分析无煤柱自成巷聚能爆破机制,得出联孔爆破损伤贯通判据条件,并结合试验巷道围岩特性,进行聚能切缝关键参数设计。综合运用理论分析、数值模拟及现场实测,对无煤柱自成巷切缝前后工作面和巷道矿压分布规律和演变机制进行系统研究。结果表明,由于切缝结构面切断巷道顶板与工作面顶板岩体间的应力传递路径,改变顶板岩层结构形态,工作面和巷道矿压分布发生明显变化。切缝对工作面矿压影响有一定范围,切缝影响区内周期来压强度有所减小,周期来压步距有所增大。切缝引起的充填结构的支撑作用是造成工作面顶板压力减小的直接原因,来压控制关键层上的有效荷载减小是导致来压步距增大的根本原因。受切缝影响,碎石帮顶板岩体将经历"垮落→压实→稳定"的演变过程,充分利用采空区碎胀矸石的自承载特性和巷道围岩的协同支撑作用,可有效减小支护强度,增强巷道稳定性。     

钱家营矿近距离煤层巷道破坏原因及支护对策

为了安全高效地开采钱家营矿深部近距离煤层,研究了近距离煤层回采巷道的变形破坏机理并提出相应的支护对策,通过现场调查和非连续变形分析(DDA)对钱家营矿近距离煤层运输巷的变形破坏机理进行了研究。结果表明:多次动压影响是造成近距离煤层回采巷道变形破坏的根本原因;而巷道两帮移近量大于顶底板移近量主要是由于矿区水平应力远大于垂直应力所造成的。通过DDA对原支护方案进行了优化分析,提出实施3根顶锚索支护方案,中间锚索是控制顶板位移,两边锚索是将上覆岩层应力引入到深部,底角锚杆控制底鼓。现场应用表明新支护方案能有效控制运输巷顶底板及两帮移近量;证实DDA方法将可为锚杆支护巷道的优化设计提供参考。     

深部软岩泵房硐室群集约化设计技术

为了研究深部软岩泵房硐室群空间布置对稳定性的影响,分析了采用常规设计的深部泵房硐室群系统变形破坏特点和原因,提出了深部软岩泵房硐室群集约化设计技术,分析了设计原理和特点,给出了组合吸水并的等效计算公式和硐室群最佳施工过程.结果表明:深部软岩泵房硐室群采用集约化设计减少了吸水井个数、减少或取消了配水巷,提高了整体稳定性,将研究成果应用于我国最深的第三系软岩矿井一柳海矿,效果良好.     

柳海矿运输大巷返修工程深部软岩支护设计研究

通过现场调查、室内试验以及理论分析,柳海矿运输大巷支护现状进行分析研究,总结破坏原因。根据现场工程地质条件、岩石特性和破坏特点,确定软岩变形力学机制为高应力膨胀性软岩,并提出采用预留刚隙柔层支护技术进行支护。     

切顶成巷碎石帮泥岩碎胀特性及侧压力分析

切顶卸压自成巷是一种新型的无煤柱开采方法,形成的工作面顺槽采空区侧为碎胀岩体堆积而成的碎石帮,碎石帮岩体碎胀特性及碎石挤压产生的侧压力大小直接影响巷道稳定.以哈拉沟煤矿切顶卸压自成巷垮落泥岩顶板碎石帮为研究对象,分析了自成巷碎石帮垮落、压实和稳定3阶段的工程特性.结合工程实际,确定了碎胀系数现场实测的方法,提出了瞬时碎胀系数和稳定碎胀系数的计算方法.根据切顶卸压自成巷围岩结构特征建立了碎石帮力学模型,确定了碎石帮侧向压力计算公式及碎胀系数、覆岩压力、采高与碎石帮侧向压力的关系.通过实测哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压自成巷顶板泥岩的碎胀系数和碎石帮侧向压力,验证了理论计算结果的可靠性.     

深井大断面交岔点变形机理及稳定性控制研究

为解决夹河煤矿深部大断面3号交岔点难以支护的问题,分析可知3号交岔点变形破坏的主要原因是高地应力、开挖扰动以及支护体和围岩强度与结构的不耦合,据此提出了锚网喷+锚索+底角锚杆+中间岩柱双控锚索的耦合支护技术,现场应用表明:采用锚网索耦合支护技术后3号交岔点顶底板最大移近量为69 mm,两帮最大移近量为45 mm,3号交岔点变形得到了有效控制。