锚杆托板与缓冲垫层组合结构静、动载力学性能试验研究

针对锚杆支护系统受到冲击载荷作用时,围岩与托板间作用力瞬间增加,造成托板过载弯折、撕裂及接触区域围岩破裂、塌落等问题,采用实验室试验的方法,搭建了托板与缓冲垫层组合试样静、动载测试试验台,分别测试了 5种组合结构托板的静、动载力学性能,获取了组合结构的静载力-位移曲线、冲击力时程曲线及应变时程曲线;研究了不同冲击载荷下...     

冲击载荷影响松散破碎全煤巷道支护技术研究与实践

针对潞安新疆煤化工集团二矿W4205运输巷全煤松散破碎且受冲击载荷影响的特点,在地质力学参数测试基础上,分析了巷道破坏机理,并对多个支护方案进行了数值模拟,最终确定了以W钢护板为组合构件的锚杆索联合支护方案。该方案实施于井下并进行矿压监测,监测结果表明该方案可以有效控制围岩变形,为类似条件的冲击载荷影响松散破碎全煤巷道支护提供了参考。     

动力显现条件下大断面下山巷道锚喷支护技术研究

分析砂墩子矿动力显现条件下的大断面巷道原有支护失效的原因,运用高预应力一次支护理论,通过加大锚杆锚索的预紧力和增大构件的护表面积,提高初始一次支护的刚度和强度,并用数值模拟优化了支护参数。井下试验表明,锚杆锚索受力正常、巷道变形处于安全可控范围,实现了锚喷一次支护。     

锚杆锚索联合支护在松软破碎煤层巷道中的应用

某矿150109运输平巷围岩煤质松软,煤壁极易片帮,巷道成型较差,顶板比较破碎,给顶板支护带来很大困难。为此利用地质力学测试及钻孔窥视的方法来了解顶板的基本形态,采用动态信息支护设计法对该巷道的支护参数和方式进行研究确定并在现场进行了应用。根据巷道中安装的综合测站监测数据,表明提出的高预应力锚杆锚索联合支护是该类松软破碎煤层巷道的有效支护手段。     

基于覆岩结构的沿空留巷充填体载荷估算方法

针对部分充填体载荷设计公式复杂、参数选取随意等造成的留巷失败或浪费等问题,通过分析沿空留巷上覆岩层移动规律,提出了基于采动覆岩结构和ALPS的充填体承载特性,并给出了不同顶板条件下沿空留巷后期充填体载荷的简化估算公式。该估算方法在坚硬及中硬顶板条件下沿空留巷实践中得到成功验证,为沿空留巷充填体的设计提供一定借鉴。     

冲击地压"四维"孕灾机制初步分析及探讨

从系统空间概念出发,探讨了煤岩地质体冲击地压孕灾机制的相空间维度,基于已有的冲击地压各类影响因素的重新划分,提出了包括材料属性维度(M)、应力环境维度(P)、空间结构维度(S)、叠加扰动维度(D)的冲击地压"四维"孕灾机制,其中材料属性维度是指赋存于地质环境中的煤岩地质体的物理冲击属性;应力环境维度是指煤岩地质体"内-外"复合应力状态;空间结构维度是指包括地质赋存构造和已有以及现在受采动影响形成的煤岩地质体空间结构状态;叠加扰动维度是指受到人工爆破及星体运动对处于极限应力状态的煤岩地质体所引起的多源叠加扰动作用。通过建立冲击地压"四维"孕灾系统及其子系统的数学模型来描述"四维"孕灾各子系统之间的非线性关系。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

矿用小孔径预应力锚索单孔锚具滑脱机理研究

针对煤矿井下锚索的锚具出现退锚等锚固不可靠的现象,为得到锚具退锚原因,提高锚索锚固可靠性,采用力学分析、试验分析等方法得出锚具退锚的主要因素,并初步调研了国内煤矿锚索的主要材料。分析结果表明锚索与夹片硬度差不合理、锚索直径误差偏大、锚索强度和硬度偏大、限位距离不合理和锚具质量差是影响锚固可靠性的主要因素。由此得出,降低退锚概率、提高锚索的可靠性的有效参考指标为锚索夹片硬度差大于HRC10,锚索直径误差不超过±0.400.20mm,锚索实际强度低于其抗拉强度和限位距离等于夹片外露距离与锚具回缩距离的和。     

深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术

针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索)系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。