深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。     

Study on strata control by delay grouting in soft rock roadway

The properties of broken rock before and after grouting reinforcement are studied.Testing results show that grouting can raise the residual strength of broken rock, and the bro-ken rockness by grouting can keep the steady supporting capacity within a relatively large de-formation range. Revealing of the characteristics of stage deformation and damage process comes to the conclusion that the supporting of soft rock roadway should be analyzed in a dy-namic view, and the grouting should be delayed at a proper occasion. Based on the above,the stepwise reinforcement technology characterized by immediate shotcreting, timely bolting and delay grouting is put forward and illustrated with a successful engineering practice.     

裂隙水致泥化软岩巷道综合控制工程实践

裂隙水影响的极软岩巷道比一般软岩巷道变形破坏机制更为复杂.通过实践得知,治理此类裂隙水影响的软岩巷道的关键是控水,在成功阻断了裂隙水的泥化作用后,再配合高强预应力支护体系即可有效控制此类软岩巷道.在实践中提出了锚网梁索(桁架)高强度预应力支护体系与围岩内注浆为基础的综合控制围岩技术.通过在淮北矿业集团祁南煤矿裂隙水患严重的"三软"煤巷的支护实践,取得了大量的经验.该控制方法也成功地用于后续类似条件巷道.     

煤巷预拉力支护体系及其工程应用

分析几种常见锚杆支护形式 ,提出煤巷预拉力支护体系 ,即高性能预拉力锚杆支护、小孔径预拉力锚索支护、钢绞线预拉力桁架支护及其组合方式 ,进而指出煤巷稳定的关键是顶板形成预应力结构 (梁 ) ,并通过几个典型的工程示例反映该技术的应用水平。     

深部煤巷锚杆支护的数值模拟及应用

利用FLAC数值模拟软件对顾桥矿深部煤层巷道的锚杆支护参数进行了模拟计算,详细分析了不同锚杆长度对控制围岩变形量的影响,从而得出锚杆支护存在一个合理的锚杆长度,当采用这一合理锚杆长度进行支护时可以有效控制巷道围岩变形。     

煤矿“短充长采”科学开采模式研究

随着我国煤炭持续高强度开发,开采条件逐渐恶化,传统开采方法带来一系列资源、安全与环境问题。基于"岩层低损伤","无煤柱开采"和"固废零排放"的思路,提出了以煤矿井下采区内就近分选矸石为主形成的固体废弃物充填带取代区段煤柱的"短充长采"科学开采构想及其技术原理。探索了"采-选-充-留"关键技术路径,统筹研究解决遗留煤柱的资源浪费、固废排放的环境污染、传统开采的技术瓶颈和深部开采的安全风险等问题。建立了"短充长采"固体废弃物充填带能量缓释理论和低损伤岩层控制理论。阐述了5项关键技术:"短充长采"系统设计方法,井下智能干法轻量模块化分选系统,自成巷前进高效采充技术与装备,沿充填带留巷技术与装备,"短充长采"系统集成控制技术。现场应用结果表明:"短充长采"科学开采模式在葫芦素煤矿和刘庄煤矿井下矸石直接充填能力分别达到200万t/a和100万t/a,利用有限的的固废资源集成解决了煤炭开采的资源、安全和环保问题,可以实现井下无煤柱、地面固废零排放。该模式创新了绿色开采新理论、新技术、新方法,构建了我国新型绿色开采的科学开采体系。     

岩土介质中冲击震动波传播规律的微震试验研究

冲击矿压（岩爆）造成矿山巷道及开采空间的破坏,主要原因也是由于冲击震源产生的震动波传播扰动而引起的.采用TDS-6微震信号数据采集试验系统,通过地面不同场地介质进行的微震试验,得到沿传播距离各个拾震器位置的能量变化曲线,并对比分析不同场地介质中冲击震动波传播能量衰减指数的差异.试验结果表明,岩土介质中冲击震动能量沿传播距离呈乘幂关系衰减.能量衰减指数（ 在完整坚硬致密介质中很小,而在松散软弱孔隙介质中明显增大,而且能量初始衰减很快,到一定距离后则变得非常微弱.这些结论为进一步研究巷道围岩冲击震动破坏机制、巷道围岩防冲抗震的强弱强结构控制原理等奠定理论基础.     

三维锚索与巷帮卸压组合支护技术原理及工程实践

煤巷锚杆支护技术在顶板较完整的简单条件下应用很成功,普通锚索的作用主要表现为将下部锚杆支护形成的锚固承载结构整体悬吊于深部围岩中,起强化支护作用,对于顶板中存在稳定岩层的煤巷,它的作用非常明显;但当巷道顶部岩层为厚及特厚松软煤层时,还未见成熟的锚杆锚索支护技术。本文首次将三维锚索应用于煤矿煤层巷道的支护中,并从力学的角度,重点论述了三维锚索的支护原理;再辅助于巷帮卸压技术,三维锚索支护技术能解决松软厚煤层、特厚煤层沿底施工一次采全厚巷道支护的难题。在实践应用中,这项技术产生了巨大的经济效益和社会效益,在类似巷道极具推广价值。     

深井沿空留巷扩刷修复技术及应用

以朱集矿埋深900 m首采工作面沿空留巷扩刷修复工程为背景,采用现场实测和理论分析的方法分析深井留巷扩刷修复前围岩变形、应力、结构等状态,提出留巷扩刷修复结构临近失稳的概念,确定留巷扩刷修复的合理时机,组织留巷扩刷修复时的合理工序,制定留巷扩刷修复巷道的主被动协同支护方案。研究结果成功运用于朱集矿深部留巷扩刷修复工程,围岩监测结果表明,留巷扰动变形在修复后得到有效控制,各项指标满足下一工作面回采要求。