斜顶软煤回采巷道围岩再造承载层控制机理研究

基于对倾斜煤层回采巷道断面形状、布置方式及失稳机制分析,进行了斜顶巷道基本支护力学计算,建立了斜顶巷道围岩再造承载层力学模型,确定了斜顶巷道再造承载层围岩稳定性影响因素,提出了斜顶巷道围岩再造承载层控制原则与控制技术,最后进行了数值模拟与现场试验。结果表明:倾斜煤层沿顶回采巷道顶煤体积减小,岩层顶板裸露,表层压力减小,但拱脚局部压力增大与松软煤体承载力降低易导致围岩失稳;斜顶巷道失稳分为两帮挤压流动失稳和顶板压缩错动失稳2种形式,两帮再造承载层位置越高、深度越长及顶板倾角越大,巷道围岩越稳定;斜顶巷道围岩再造承载层控制原则为基本支护控制浅部围岩、特殊锚杆锚固软弱煤体与再造承载层体强化的三体协同,采用设计三体协同支护方案后,顶板及两帮变形量受控,支护效果显著。     

回采巷道离层破碎型顶板失稳机理与控制实践

回采巷道离层破碎型顶板因具有层厚小、强度低和节理裂隙发育程度高等特点,在受到外力扰动作用下易出现顶板离层和顶板冒漏。以现场观测和理论分析给出了离层破碎型顶板失稳机理,并将该类巷道冒顶形式划分为脱松型、挤压型和推垮型三种;给出了离层破碎型顶板承载结构,并进行了稳定性力学分析;根据离层破碎型顶板的失稳机理和力学结构分析给出了适应于该类顶板的高预紧力支护方式。以靖丰矿3307工作面回采巷道为研究对象,通过支护方案的确定和实施,有效地控制了该巷道离层破碎型顶板,该研究对于指导离层破碎型顶板控制具有一定的借鉴意义。     

复合顶板巷道支护技术研究

山西煤销集团同富新煤业10~#煤层顶板因存在若干层软弱夹层而形成复合顶板,首采面顺槽掘进时顶板多处冒落,巷道维护困难。以该矿顶板弱面及顶板离层稳定性控制为研究对象,利用技术勘查手段,针对原巷道支护和顶板冒落情况,分析了巷道复合顶板稳定性的影响因素、离层失稳原因、失稳破坏形态及破坏过程;研究了顶板下沉位移、岩层变形破坏临界应力及跨厚比对复合顶板煤巷稳定性的影响;根据顶板、煤帮锚杆支护作用机理,进行了复合顶板煤巷锚杆支护专项方案设计。工程实践表明,该方案支护效果和经济效益较好,顶板得到有效控制;解决了巷道顶板内软弱夹层导致巷道顶板离层失稳控制的技术难题。     

深部大断面复合顶板回采巷道围岩控制技术北大核心

针对复合顶板巷道易发生冒顶事故,巷道顶板支护困难等问题,分析了复合顶板变形失稳机理,提出采用长短锚索协同支护技术;利用数值模拟分析了原始巷道支护方式和高强预应力长短锚索协同支护方式对巷道围岩的控制效果。数值分析结果表明:采用改进的长短锚索协同支护方案能够有效控制巷道变形破坏,巷道塑性区体积减少了29.1%。现场的实际监测数据表明,采用长短锚索协同支护形式后巷道顶底板移进量、两帮移进量、顶板下沉量分别降低下降了63.6%、60.4%、60.2%,该支护方式对复合顶板巷道围岩具有较好的控制作用。     

李雅庄矿2~#煤层回采巷道顶板控制技术研究

针对李雅庄矿2#煤层回采巷道顶板控制存在的现场问题,开展了煤层顶板岩石力学性质及水化性质试验,分析了巷道顶板失稳原因和所应采取的控制措施,并选择现场巷道实施新的顶板控制措施进行工业试验,取得了回采巷道顶板控制良好效果。     

巷道顶板离层失稳机理及预警防治技术

为预防巷道顶板事故的发生,结合顶板稳定性安全潜力评价法对失稳机理进行研究,着重研究巷帮塑性区范围与顶板离层失稳的相关关系,提出了一种巷道顶板失稳综合预警体系。以31305工作面辅运顺槽为例,通过分析得出顶板存在失稳风险,及时采取补打帮锚索+顶锚索+W钢带的补强支护措施来控制围岩深度变形。从现场监测结果可知,控制围岩变形效果较好,有效降低巷道顶板事故发生的风险系数。     

基于弹性孔理论巷道围岩结构失稳数值计算

针对巷道围岩结构失稳问题,基于弹性孔理论系统总结了开挖扰动诱发片帮的4种类型,分析顶板结构、巷道围岩失稳机制;采用FLAC3D有限元数值计算软件分析巷道围岩结构失稳机理和灾变特征,巷道经过支护后顶板运移量大幅度减小,同时减缓覆岩整体性破坏程度。结果表明,受巷道掘进扰动影响下顶板更易发生结构失稳,巷道支护能够有效阻碍覆岩顶、底板运移,缓解岩体灾变概率,动力灾害得到有效控制,巷道实现安全掘进。     

淋水巷道顶板失稳原因及控制技术研究

为解决淋水巷道顶板稳定性差的问题,以潞宁矿22116运输巷为工程背景,对淋水巷道顶板失稳原因及其控制技术展开研究。结果表明:巷道顶板在水侵蚀作用下弱化,支护的承载性能衰减,进而导致巷道顶板失稳。针对顶板失稳原因,采用高预应力锚索支护和有控疏水技术控制巷道,现场位移监测结果表明,巷道顶板移近量<50 mm,两帮移近量<39 mm。     

基于“弹性孔理论”的巷道围岩结构失稳研究

开挖扰动作用下巷道围岩失稳与卸荷易诱发掘进工作面岩体大范围垮落,甚至导致围岩动力灾害,严重制约现场安全高效掘进。针对巷道围岩结构失稳问题,基于"弹性孔理论",系统总结了开挖扰动诱发片帮的4种类型,分析顶板结构、巷道围岩失稳机制;采用ABAQUS有限元数值计算软件分析巷道围岩结构失稳机理和灾变特征,巷道经过支护后,顶板运移量大幅度减小,同时减缓覆岩整体性破坏程度。结果表明,受巷道掘进扰动影响,顶板更易发生结构失稳,巷道支护能够有效阻碍覆岩顶、底板运移,缓解岩体灾变概率,动力灾害得到有效控制,巷道实现安全掘进。     

软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术

针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板"抛物线-半双曲线"扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以"抛物线"形式向上扩展,横向上以"半双曲线"形式延伸。巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。根据该模型计算发现,此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了"护底→固帮→控顶"的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了"强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制"的支护原则,具体形成了"双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器"的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用"三支一体"支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。     

煤岩倾角对回采巷道顶板稳定性影响机理研究

为了解决倾斜煤层回采巷道顶板围岩稳定性控制问题,采用摩尔-库伦岩石强度准则,建立了走向倾斜和倾向倾斜巷道顶板力学模型,对两类倾斜巷道顶板失稳机理进行深入分析,得出了倾斜巷道顶板非对称冒落分布规律,结果显示倾斜巷道上端部更容易冒落且冒落高度更大,进而计算得到了顶板上、下端部冒落角,确定了回采巷道顶板支护控制范围,为庞庞塔倾斜煤层巷道工程实践提供了有益的理论指导,根据重点部位重点控制的原则调整优化了巷道顶板及上帮支护参数,取得了较好的技术效果。     

富水顶板厚顶煤大断面巷道围岩控制技术研究

针对某矿富水顶板大断面切眼巷道顶板失稳的问题,采用现场观测和探测及室内试验的方法揭示了顶板支护失效诱发失稳的机理。数值模拟研究了开挖方案对顶板塑性区和变形的影响、主动疏水对围岩孔隙水压力的影响。基于优化开挖位置、合理开挖方案、优化支护方式和适时顶板疏放水的顶板围岩控制原理,提出了三阶段支护与顶板疏水相结合的巷道围岩控制技术,有效保证了富水顶板大断面巷道的稳定。     

复合顶板巷道控制技术研究与应用

以顶板弱面及控制顶板离层稳定为研究对象,着眼于巷道控制的实际效果,围绕巷道顶板内软弱夹层导致巷道顶板离层失稳控制技术研究等难题,进行了系统的研究和实践探索,并进行了复合顶板的支护方案设计。现场测试结果显示:新的方案实现了更为理想的支护效果,围岩形变量大幅减少。     

富水煤层巷道顶板失稳机理与围岩控制技术

为了研究煤层巷道粉砂质泥岩直接顶受基本顶裂隙水侵蚀后,巷道掘进过程中易于发生冒顶事故的原因,通过现场调研、取样、实验室试验和理论分析相结合的综合研究手段揭示出富水煤层巷道顶板失稳的机理在于：巷道开挖后产生的顶板裂隙形成了直接顶与基本顶含水层之间连通的通道,使得微结构裂隙发育和含有较高的亲水性矿物粉砂质泥岩吸水,其吸水后产生了较高的膨胀应力,并在三向受力状态下发生崩解、破坏,锚杆承载基础弱化和较高的膨胀应力引起了煤层巷道顶板失稳。同时针对富水煤层巷道顶板失稳机理,提出了通过减少顶板水运动对围岩的破坏、优化巷道断面和高预应力来实现该类巷道顶板的稳定。工程实践表明,采用半圆拱巷道、合理布置疏水孔以及高预应力锚带网索组合支护体系可确保对该类巷道顶板的有效控制。     

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。     

基于尖点突变理论的大跨度巷道顶板稳定性分析

基于尖点突变理论并结合巷顶板组合梁力学模型,建立了大跨度巷道顶板系统的失稳判据。顶板失稳判据表明:巷顶板失稳的临界状态取决巷道宽度、巷顶板垂直应力及水平应力的组合。当顶板侧压大于5MPa时,随巷宽的增大,引起顶板失稳的顶压由大变小;当侧压小于5MPa时,不论巷宽如何,顶板在失稳时所能承受的顶压基本相同。对于跨度大于5m的巷道,随着侧压的增大,能引起顶板失稳的顶压先增大后减小。在顶压一定的情况下,大跨度巷道顶板在侧压较小或较大时都可能失稳。     

大跨度巷道顶板层面剪切失稳机理及支护方法

针对煤层巷道顶板的层状特征,基于梁的受力-变形原理和岩体粗糙结构面剪胀原理,分析大跨度巷道薄层状顶板结构在整个失稳过程中的受力特征和位移特征,揭示了大跨度巷道顶板结构在失稳过程中依次存在两端固定梁结构特征和三铰拱结构特征2个阶段,以及顶板岩层层面相对滑动是导致巷道顶板结构失稳的原因之一;在建立结构平衡条件的基础上给出了顶板基本结构的失稳判别条件;根据失稳判别条件提出了巷道顶板的锚固支护方式及相应的锚固强度计算公式。研究表明:岩层沿层面的滑动是引起巷道顶板岩层结构的失稳原因之一,层面的滑动引起剪胀效应和结构受力效应共同作用引起顶板岩层变形破断以致形成三铰拱结构;当巷道顶板岩层未发生破裂时,巷道顶板支护的重点是提供锚固应力维持层面满足不滑动条件。     

煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级

针对同一巷道不同区域复合顶板垮落问题,建立了巷道复合顶板岩层过梁结构力学模型,获取巷道顶板岩梁破断失稳形态和极限条件,提出了巷道复合顶板岩层失稳判别方法,探讨了巷道复合顶板破坏失稳与岩层定量关系影响因素,建立了巷道复合顶板冒顶隐患级别划分指标体系,给出了隐患分级方法,将巷道冒顶高度作为冒顶隐患的分级指标,开发了巷道复合顶板稳定性判别软件,掌握了石圪台矿2-2煤顶板冒顶隐患级别区划特征,给出了基于巷道冒顶隐患分级的回采巷道顶板支护参数设计方案,实现差异化支护设计的同时,减少支护材料浪费,降低高冒风险巷道的事故发生概率。     

巷道顶板围岩离层机理及失稳预警技术研究

基于前人研究成果,通过对顶板离层形成机理和力学机理进行分析,结合顶板稳定性安全潜力评价法、顶板离层临界值评价法、离层速度比率评价法,提出了一种巷道顶板失稳综合预警体系。通过采取得当措施来控制顶板,有效降低巷道顶板事故发生的风险系数,为巷道顶板管理提供科学依据,同时也为工作面安全生产提供一些参考。     

对软岩矿井巷道掘进顶板支护的探索

分析了羊场煤矿杨家矿井巷道易变形、失稳等软岩特性及巷道矿压显现特点,针对软岩巷道掘进顶板控制需要,提出了软岩巷道支护的技术措施。