恒阻大变形锚索力学特性及其在深部切顶留巷中的应用

为解决深部围岩变形量大、常规支护材料易破断失效的问题,对恒阻大变形锚索结构、工作原理及力学特性进行了研究。室内试验结果显示：恒阻锚索在静力拉伸和动力冲击过程中均能保持 350kN 的恒定工作阻力,显示了恒阻锚索良好的抵抗冲击、恒阻吸能特性。将恒阻锚索应用到深部切顶留巷工程中,留巷期间恒阻锚索大部分都产生一定的缩进量,较好地吸收了深部围岩变形能量,留巷围岩在滞后工作面约300m 时达到稳定状态,各项指标均能满足现场使用要求,恒阻锚索较好地控制了深部留巷围岩变形,从而验证了恒阻锚索支护的可靠性。     

无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压显现规律及关键支护技术

为系统研究无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压规律及关键支护技术,理论分析了无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压显现规律,基于恒源煤矿Ⅱ632机巷工程实践,在巷道内布设位移观测点和顶板恒阻锚索测力计对巷道变形及恒阻锚索工作阻力进行连续观测,得到巷道在留巷期间巷道变形量、变形速率及恒阻锚索受力的变化规律。结果表明:切顶之后,由于顶板快速下沉所产生的冲击载荷,留巷围岩变形剧烈,尤其是强烈的底鼓现象;留巷段围岩变形受动压影响,变形更加剧烈;无巷旁充填切顶卸压沿空留巷顶部恒阻锚索总体平均受力为259.721 k N,最大受力达到275.76 k N,当工作面推过测点后,恒阻锚索受力趋于稳定;提出了"强化恒阻锚索配合锚杆(索)支护以增加顶板支护强度"、"当底板较软时,适当强化底板支护"和"注意留巷阶段的加强支护"的无巷旁充填切顶卸压沿空留巷关键支护技术。     

坚硬顶板中厚煤层“恒阻让-抗”巷旁支护方法

以某煤矿16015工作面巷道为背景,探讨了中厚煤层坚硬顶板条件下巷旁控制机理,提出了"恒阻让-抗"巷旁支护方法。该方法将恒阻体与高强不可压缩体结合组成巷旁支护体,在保证充填体不被损坏下,允许顶板"可控"下沉,实现了对巷道顶板"给定变形"和"限定变形"的有效控制。根据巷道顶板特征,确定了恒阻体的让压高度为0.4 m,恒定支护阻力为15 MPa。利用数值模拟方法,确定了充填体的宽度为1.8 m,抗压强度为25 MPa。现场试验表明,"恒阻让-抗"巷旁支护方法能够保证较好的留巷效果,巷道能满足安全生产的需要。     

大采高工作面切顶留巷支护参数优化研究

针对大采高开采条件下煤层较厚,在切顶留巷技术现场实施过程中,常遭受矿压显现剧烈、巷道变形严重,给留设巷道的顶板支护带来难题,以柠条塔煤矿大采高S1201工作面为工程背景,采用恒阻大变形锚索作为巷道顶板的关键支护设备,在现场进行了5种不同支护方案的对比试验,通过对比不同支护方案下的顶板下沉规律,得到了有效的切顶留巷顶板支护参数。结果表明:S1201区段运输平巷有效且经济的架后补强支护方式是在原支护的基础上,于切缝侧补强1排恒阻锚索,锚索长度增加至9 000 mm,排距2 000 mm,除此之外补打3列普通锚索,普通锚索间距1 500 mm,普通锚索间去掉W钢带。该工程的成功应用为国内厚煤层切顶留巷技术提供了借鉴。     

坚硬厚层顶板切顶卸压自成巷恒阻锚索支护应用

为了控制塔山煤矿8304工作面在切顶卸压过程中巷道顶板的下沉变形现象,保证成巷过程及巷道二次复用期间顶板围岩的稳定性,在预留巷道顶板原支护的基础上采用恒阻大变形锚索对顶板进行补强支护。运用理论计算并结合现场实际条件,选用长度为9.3m,支护密度0.8根/m2的恒阻大变形锚索加固顶板。现场应用结果表明：巷道顶板下沉量较小,成巷效果良好,可以满足复用生产要求,说明恒阻大变形锚索能很好适应切顶卸压自成巷对巷道顶板的变形影响,也为其他类似条件下沿空留巷顶板支护提供一定参考。     

复杂顶板条件下切顶留巷关键技术研究

针对店坪矿切顶留巷初期挡矸,锚索和单体液压支柱等支护体失效导致的巷道报废的问题,采取了全巷道顶板岩性探测的方法,分析了试验巷道的复杂顶板条件下切顶留巷的关键问题。通过建立留巷围岩稳定结构及其受力模型,分析了切缝高度及岩石碎胀性对基本顶运动的影响规律、恒阻锚索对顶板的支护原理以及液压支柱对切缝侧顶板的剪切作用,指出留巷的顶板运动,从时间和空间上可分为直接顶垮落期、基本顶断裂下沉期和压实稳定期3个时期,恒阻锚索支护和留巷动压期支护的参数设计要以顶板运动最剧烈期为基础进行计算。给出了留巷的预裂切缝、恒阻支护和动压期临时支护等关键技术参数的理论公式,并结合巷道各段围岩特性,将试验巷道划分7个区间段,并分段优化了留巷的关键技术参数。通过对现场留巷门架压力数据分析,滞后工作面0～60 m为直接顶垮落和基本顶周期性断裂阶段,顶板运动剧烈;滞后工作面60～160 m为垮落矸石逐渐压实阶段,顶板运动缓慢;滞后工作面160 m以后,留巷围岩变形逐渐趋于稳定。现场应用表明:分段优化前留巷顶底板和两帮累计变形量分别为1 200 mm和1 420 mm,巷道回缩率54%;采取分段优化后,两处变形分别控制在420 mm和435 mm以下,巷道回缩率在18%以下,留巷围岩变形控制效果良好。     

邱集煤矿1102工作面切顶留巷支护设计及矿压实测

以邱集煤矿1102工作面运输巷坚硬顶板支护问题为背景,建立未切顶巷道顶板的悬臂梁模型和切顶留巷顶板的变形及受力模型;由理论计算得出切顶前巷道顶板伸向采空区的悬臂梁结构的最大悬臂长度为4.68 m,切顶后悬吊单位长度的巷道顶板所需支护阻力为166.74 kN;据此进行巷道支护参数设计,确定恒阻大变形锚索规格为φ17.8 mm×10 300 mm,两列锚索排距分别为1 000 mm和2 000 mm,并对巷道矿压进行监测。监测结果表明:1102运输巷距开切眼75 m至173 m范围内巷道顶底板移近量最大值约36 mm,顶板离层出现在泥岩灰岩的交界处,累计离层量为25 mm,顶板锚索受力最大值为150 kN,变形和受力均处于安全范围内,满足巷道的稳定性要求。     

沿空留巷围岩稳定原理与控制技术研究

建立了沿空留巷上覆岩层结构力学模型,根据沿空留巷围岩载荷和变形特征,将沿空留巷分为3个阶段。研究得到沿空留巷围岩稳定机理:1巷内支护采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力;2在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段采用高阻力巷内让压加强支护;3构筑的巷旁支护体具备:快速增阻并有较大的切顶阻力和变形能力,在上覆岩层剧烈活动阶段能有效切断采空区侧一定高度的顶板、冒落矸石有效支撑上位顶板,确保沿空留巷处于卸压状态;在上覆岩层活动趋于稳定阶段,巷旁支护体有一定的后期支护阻力,适应沿空留巷围岩一定变形与应力调整。工程实践表明:巷内采用锚杆、锚索支护,回采工作面后方应力调整剧烈阶段采用高阻力、让压巷内加强支护,采用高水材料构筑巷旁充填体,可适应沿空留巷围岩活动规律,有效控制巷道围岩变形,适当卧底后满足第2个工作面安全回采的使用要求。     

直覆厚硬顶板沿空留巷巷旁支护方式研究

巷旁支护体成功切顶是直覆厚硬顶板沿空留巷成功的关键。通过建立沿空留巷上覆岩层结构力学模型,分析了不同巷旁支护方式下顶板破断结构,得到了强力切顶支柱能够减小顶板悬露长度;在上述研究的基础上,以某矿10106工作面沿空留巷为背景,采用数值模拟方法分析了2.4 m和3.0 m充填体、强力切顶支柱巷旁支护时支护体的应力状态及巷道围岩变形特征,得到了强力切顶支柱是具有高初撑力、高阻让压和恒定支护阻力的支护体,能够及时切顶,保证留巷稳定。现场监测表明,强力切顶支柱能够保证较好的留巷效果,满足安全生产的需要。     

朱庄煤矿Ⅲ635工作面机巷沿空留巷补强支护分析

工作面沿空留巷顶板结构及矿压显现存在显著差异，对留巷补强支护提出了较高要求。结合朱庄煤矿Ⅲ635工作面机巷留巷补强支护背景，分析了工作面超前支护区和临时支护区的补强支护形式及支护强度，通过采取“垛式支架+单体支柱+恒阻锚索”的组合支护形式，满足了留巷支护强度需求，巷道围岩变形得到了有效控制，确保了工作面沿空巷道的成功留设。     

柠条塔煤矿大采高工作面切顶沿空留巷围岩变形机理研究

以柠条塔煤矿大采高工作面预裂切顶沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟方法分析预裂切顶对沿空留巷围岩应力分布的影响。介绍了沿空留巷支护和爆破施工参数,根据围岩表面位移、顶板离层、恒阻锚索受力、液压支架工作阻力监测数据,分析了从开始留巷到变形稳定矿压显现规律。现场试验表明:切顶卸压自动成巷技术能够切断采动应力传递路径,明显降低了浅埋大采高工作面沿空留巷围岩受到的动压扰动,有效抑制了巷道围岩变形,成巷断面尺寸满足生产要求。     

无煤柱综采工作面沿空留巷支护方案

为了保证8305综采工作面安全高效回采,提高沿空留巷围岩稳定性,通过技术研究决定对8305综采工作面沿空留巷(5305巷)进行切顶卸压,并对其顶板提出了“恒阻大变形锚索支护+巷道临时支护”联合加强支护措施,通过实际应用,切顶卸压降低了沿空留巷顶板应力集中破坏作用,联合支护方案提高了顶板稳定性,取得了显著应用成效。     

沿空留巷巷内支护技术研究与应用

针对沿空留巷围岩变形大、变形不匀均、维护效果差等状况,以沁新矿沿空留巷为工程背景,采用数值模拟分析了巷内支护与围岩变形、应力分布的关系,揭示了沿空留巷巷内支护机理：采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力,适应沿空留巷阶段性围岩大变形与应力调整。开发了沿空留巷巷内支护技术：① 基本支护：采用高预紧力、高强度、大延伸率锚杆与锚索支护,提高围岩承载能力、适应围岩大变形;② 加强支护：回采工作面后方一定范围内的沿空留巷采用高阻让压的单体液压支柱加强顶、底板支护,即在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段,通过单体液压支柱有效支撑顶底板、减小顶板回转、下沉和巷道底臌,保持沿空留巷围岩稳定;③ 沿空留巷围岩变形稳定后撤除作为加强支护的单体液压支柱。     

坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征分析

为掌握厚层坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征，以吉宁煤矿2109工作面为工程背景，通过对留巷过程中工作面支架压力、巷道围岩变形量、恒阻大变形锚索受力、顶板离层变化分析，表明切顶爆破能够切断采空区顶板对巷道顶板的应力传递，使留巷侧顶板处于明显的卸压状态，并给出工作面自成巷受采动影响范围和影响程度，为设计提供依据，供相似条件参考。     

黄家沟煤矿切顶卸压沿空留巷技术研究与应用

为了提高黄家沟煤矿资源利用率,根据黄家沟煤矿21801工作面地质情况与围岩特征,利用切顶卸压和恒阻大变形锚索等技术,设计了黄家沟煤矿沿空留巷方案,通过打设密集恒阻锚索,完成了对巷道的加固和补强支护,确定了切缝孔直径为45 mm,深度为10 m,在开切眼非采侧进行了顶板精准定向预裂切缝,利用挡矸金属网和伸缩式护帮挡矸架对巷帮进行了防护,实现了21801工作面切顶卸压沿空留巷。     

华烨煤业沿空留巷矿压监测系统的应用与研究

华烨煤业在4号煤复合顶板条件下开展无煤柱自成巷关键技术研究,并在4105工作面回风顺槽进行了工程应用,利用切顶卸压定向预裂切缝技术,增加恒阻锚索补强支护和滞后临时支护措施,实现了无煤柱自成巷沿空留巷。针对留巷过程中工作面及留巷内矿压监测系统进行了针对性设计,通过在线矿压监测配合人工监测方法,分析工作面及留巷矿压变化,掌握留巷巷道顶板变化情况,留巷侧周期性来压步距为12.4 m,最大工作阻力减小4%,同时根据矿压数据精准分析出工作面来压步距及来压强度的变化规律,为工作面超前支护,留巷巷道临时支护提供了理论基础,得出了切顶卸压后在滞后工作面200 m时留巷处于稳定状态,可以进行临时支护的回撤,确保了无煤柱自成巷110工法在华烨煤矿的推广应用。     

恒阻大变形锚索支护技术在无煤柱开采中的应用

为了解决切顶卸压沿空留巷无煤柱开采时,巷道变形严重、支护效果差等问题,以店坪煤矿62711工作面为研究背景,利用恒阻大变形锚索进行补强加固,控制顶板下沉,使所留巷道围岩能够最大限度地发挥自身承载作用,减少巷道变形,保证留巷效果。     

负泊松比效应锚索的力学特性及其在冲击地压防治中的应用研究

冲击地压发生强度、危害程度及频次呈急剧增加趋势,现有支护材料无法满足冲击力作用下巷道防护的要求,基于负泊松比材料的特殊力学特性,结合井下巷道冲击大变形控制的需求,研发了具有负泊松比效应新型高恒阻大变形锚索。采用室内力学实验和现场爆破模拟冲击试验相结合的方法,对新型锚索的防冲力学特性进行了研究,结果表明恒阻锚索能够在静力拉伸作用下产生滑移拉伸变形的同时保持350 kN左右的恒定阻力,多次落锤冲击动力作用下,能够通过保持恒定阻力并产生拉伸变形来吸收冲击能量。以沈阳红阳三矿1213回风联络巷为工程背景,提出了现场采用爆破形式模拟冲击地压的现场防冲方案,试验表明高恒阻大变形锚索在爆炸冲击力作用下可以产生瞬间滑移变形,从而吸收爆炸产生的冲击能量,并具有保持恒定阻力的特殊力学性能;通过现场对比试验可知,在相同当量爆破冲击能量作用下,普通锚索试验段完全崩垮,恒阻锚索试验段整体稳定,验证了恒阻大变形锚索比普通锚索具有更好的抗冲击力学性能。     

坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术研究

通过对坚硬复合顶板切顶卸压沿空留巷顶板运动特征 的研究,明确了留巷顶板运动及应力演化规律,得到了顶板 覆岩荷载的传递机制.基于围岩结构演化特征,建立了留巷 顶板下沉量计算模型,确定顶板下沉量由坚硬顶板关键块旋 转下沉和顶板离层共同控制,给出了顶板最终下沉量的计算 公式,并提出了非对称支护的控制对策和锚索支护强度计算 公式.以邱集煤矿１１０２工作面坚硬复合顶板沿空留巷为研 究背景,借助 UDEC数值模拟软件,对巷道顶板位移与应力 变化进行计算.结果表明:切顶后的顶板悬臂梁具有越靠近 切缝竖向位移越大的特征,且顶板应力向深部转移,巷道顶 板无应力集中现象.据此设计恒阻大变形锚索＋锚杆＋单 体支柱的非对称支护结构,现场应用效果良好.     

恒阻让限巷旁支护结构参数确定及稳定性分析

坚硬顶板条件下,沿空留巷存在巷旁支护体承受压力大、易损坏和破裂等问题,基于中厚煤层坚硬顶板的巷旁控制机理,提出了恒阻让限支护结构。通过建立坚硬顶板条件下不同阶段的巷旁支护体力学模型,分析了支护体的受力情况,解出了初期恒阻让压结构的额定让压强度、高度后期下部限定变形体的支护强度、宽度等参数。工程试验和可靠度理论分析表明,设计的限定变形体处于稳定状态,整个支护结构能够保证巷道围岩的稳定性,留巷效果较好。