深部大断面软岩硐室支护技术优化及应用

为解决深部大断面软岩硐室急剧变形失稳问题,以朱集西煤矿西翼11煤运输大巷机头硐室为研究对象,采用理论分析与数值模拟的方法,对4种不同支护方案及不同支护结构(锚杆支护、锚杆+喷层支护、锚杆+锚索支护、锚杆+锚索+喷层支护)的围岩塑性区破坏深度与位移进行分析,得出方案三锚网喷初次支护+预应力锚索二次支护为最优方案。工程实践表明,采用耦合支护方案三后,支护结构的整体性承载能力和围岩的自承能力提高,机头硐室两帮移近量为25.98 mm,顶底板移近量为43.45 mm,有效控制了深部复合围岩的大变形失稳问题,保证了巷道围岩的长期稳定。     

大断面软岩硐室稳定性控制技术

为解决大断面软岩巷道控制难度大的问题,基于弹塑性理论,分析了硐室断面尺寸和支护阻力对大断面软岩硐室围岩变形破坏的影响特征。以新上海一号煤矿主井箕斗装载硐室为工程背景,在岩石抗压强度、围岩松动圈厚度和围岩强度测试的基础上,采用FLAC3D有限差分软件对3种不同支护方式下硐室围岩的变形破坏规律和塑性区发育情况进行模拟计算和分析。结果表明:与传统的锚杆索支护相比,锚索+格栅钢筋混凝土联合支护结构具有更好的整体性能,支护后的硐室围岩塑性区和表面变形明显减小。现场工业性试验表明:中室围岩最大内挤变形量仅为5.5 cm,且支护稳定后,围岩应力较小,硐室围岩稳定性得到充分保证。     

特大断面硐室软岩变形机理及控制

为了有效控制王庄煤矿支架换装硐室围岩的变形破坏,分析了特大断面硐室围岩变形破坏机理.认为断面大、岩性差、二次应力高及支护参数不合理是围岩变形破坏的主要原因,并提出了“及时支护,高强、高预紧力长锚杆、注浆锚索、长锚索分层协调支护”的特大断面硐室支护技术.在王庄煤矿断面96 m2的特大断面支架换装硐室成功应用.     

极软岩巷恒阻大变形锚杆耦合支护技术研究

 针对新安矿区深部极软岩巷经常发生严重底臌、两帮收缩且折帮、顶板非对称下沉、巷道全断面内缩、锚杆（索）拉断、反复修护的现象,分析巷道破坏特征及原因。提出恒阻大变形控制机理,设计了恒阻大变形锚杆+金属网+底角锚管+反底拱+钢纤维混凝土耦合支护方式,即采用具有恒定支护阻力、适应围岩变形量500mm的恒阻大变形锚杆,随围岩变形吸收膨胀变形能和高应力变形能,避免围岩的强度衰减,保证岩体强度,控制巷道变形。在该矿535回风石门使用后,从根本上控制了回风石门的非线性大变形,保证了巷道全断面的稳定,有效解决了中生代极软岩巷道支护难题。     

深部硐室围岩破坏原因与稳定性控制技术

煤矿开采逐渐转向深部,深部硐室围岩大变形特征给硐室群稳定性控制带来很大难度。根据深部大断面硐室围岩力学特征及变形特性,通过地质条件分析、原岩应力测试、岩石微观组分分析,对深部硐室围岩破坏的影响因素进行了总结,以抗让结合的原则,提出深部构造复杂区域大断面硐室围岩稳定性控制对策。采用关键部位耦合支护控制技术+底脚锚杆+全断面锚索加强支护对深部大断面硐室进行强抗微让的强力支护方式,在葛亭煤矿230扩容泵房硐室成功应用,并对泵房硐室围岩收敛变形、锚杆索工况、离层进行了长期监测,围岩顶底板移近量仅12.5 mm,两帮内移量7.5 mm,锚杆索受力均匀,内外离层较小,完全满足矿井安全生产需要。     

软岩大断面硐室动态施工与耦合支护技术研究

基于软岩大断面硐室的地质条件和破坏特征, 采用FLAC^3D软件分析了硐室围岩力学形态变化特征与破坏机理, 结合软岩大断面硐室稳定性控制理论, 提出了由初次高性能锚网喷支护、二次注浆及底板锚注支护形成的耦合支护方案, 并给出了详细的技术参数。通过耦合支护技术, 实现了硐室围岩的共同承载, 提高了支护结构的整体性和承载能力。工程试验结果表明: 该耦合支护技术有效地控制了硐室变形, 满足了软岩地层条件下大断面硐室的支护要求, 取得了较好的技术与经济效果。     

锚网喷注联合支护技术在硐室修复加固中的应用

随着国家对矿产资源的开采逐渐向深地延伸,如何控制硐室大变形,确保支护结构的有效性成为深部软岩硐室支护的首要问题。本文以广西某复杂地质条件地下锰矿大断面硐室为工程背景,基于现场监测硐室大变形破坏及支护失效,运用FLAC3D精细化模拟了硐室围岩破坏变形的演化规律,讨论了地层侧压力、岩体软化系数、不同支护形式3个因素对硐室围岩变形、塑性区范围等的影响规律,基于此,论证了锚网喷支护对深部硐室支护具有明显的局限性,而锚网喷+锚注联合迭加支护技术是一种行之有效的围岩控制方式。监测结果表明：采用锚网喷+锚注联合迭加支护技术能够有效地控制深部硐室大变形,能保持硐室的长期稳定与安全。     

矿井深部软岩大断面硐室二次支护技术的研究与应用

本文根据软岩工程支护的岩石力学原理,正确分析了曹庄煤矿深部软岩大断面硐室的围岩变形机理,根据支架与围岩共同作用原理以及硐室围岩变形与时间的关系,合理进行支护设计,提出了适时锚喷二次支护作为控制硐室围岩变形的方法,合理确定硐室二次支护时间,取得了良好的控制效果和经济效益。     

大断面软岩硐室锚网支护技术研究

以桃园煤矿二水平泵房地质条件为基础,通过对大断面硐室现场调查分析,总结泵房变形破坏特征,采用理论分析研究方法,分析大断面软岩硐室巷道变形破坏原因,提出高强度稳定型锚网支护技术方案。现场工业试验和试验效果表明该项支护技术能够有效控制大断面软岩硐室围岩变形,对此类条件下的硐室具有推广意义。     

深部大断面软岩硐室加固技术研究

深部大断面软岩硐室具有围岩破碎、断面大、应力大等特点,其支护维护困难.以某矿变电所为研究对象,通过理论分析和数值模拟研究了深部大断面软岩硐室的破坏特征,分析了“喷 锚 注”加固技术的机理,并提出了“三喷＋锚固＋注浆”的 支 护 方 案.监 测 结 果 表 明,大 断 面 软 岩 硐 室 经 过“喷 锚 注”支护后,两帮最大移近量为１０８．９mm,顶、底板最大移近量为１０９．５ mm,软岩硐室变形较小.实践表明,“喷 锚 注”加固技术可以有效地维护深部大断面软岩硐室的稳定,对解决相似地质条件下的深部大断面软岩硐室及巷道支护提供了借鉴,为深部大断面软岩硐室及巷道支护稳定性控制难题有重要的实践意义.     

沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道大变形控制对策

针对沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道开挖后出现冒顶、溃帮和底鼓等严重大变形现象,巷道难以维护的问题,采用X-ray衍射、SEM扫描、物理力学试验和吸水软化试验等方法,研究了弱胶结膨胀性软岩特性;结合现场实际对巷道变形破坏机理进行研究。结果表明:围岩的胶结程度差、膨胀性强、支护强度低,在剧烈开挖扰动作用下传统锚杆索支护与围岩变形不协调,不能充分发挥围岩自身承载能力,是弱胶结膨胀性软岩巷道破坏的主要原因。基于此,采用提高围岩自身承载能力、让压吸能、及时封闭、隔水加固的理念和以恒阻大变形为核心的让压吸能支护原理,提出恒阻大变形锚杆+钢筋网+混凝土喷层+恒阻大变形锚索+底角注浆锚管的支护方案,现场监测表明新支护较好地控制了弱胶结膨胀性围岩变形,应用效果良好。     

深井软岩巷道内锚外架支护技术体系研究及在实践中的应用

 摘要：针对刘庄煤矿西区等候硐室复杂的围岩条件,对深井软岩巷道围岩塑性区半径进行了计算,并对巷道围岩的松动圈进行了测试,提出了内锚外架中间注混凝土支护技术体系。使用内锚外架中间注混凝土支护技术体系,可使巷道围岩形成有机的整体,明显改善了支护体系与巷道围岩的关系,可使支护体系有效、均匀承载。内锚外架中间注混凝土支护技术体系在工程实践中也得到了较好的应用,有效地防止了深部极软岩巷道的围岩变形,解决了刘庄煤矿西区等候硐室围岩的稳定性问题,取得了良好的技术经济效果。     

深部软岩巷道高预应力增阻大变形锚杆研究及工程应用

为解决深部软岩巷道大变形、返修率高等问题,在前人研究基础上研发了一种新型高预应力增阻大变形锚杆,该新型锚杆主要由托盘、夹片、杆体1、杆体2、连接套、锥形套、滑移套管等组成,可以施加不低于120 kN的高预应力,让压点可控为180~240 kN,变形量可在150~1 000 mm内灵活调节,锚杆的破断力可达到350 kN左右,且在变形的过程当中能保持较高的渐增支护阻力;室内静力拉伸特性试验结果表明,该新型锚杆与传统锚杆相比,具有“先抗后让再抗,防断增阻”的优良特性;为进一步研究新型锚杆的力学支护机理,在建立该锚杆杆体轴向力学特性曲线的基础上,采用Fish 语言编程对FLAC3D数值模拟软件CABLE单元进行了相应二次开发,数值试验获得的试验结果与室内试验结果基本完全一致,高精度模拟了大变形锚杆的轴向拉伸力学行为;典型深部大变形软岩巷道-金阳煤矿-500 m疏水巷变形机制研究表明,围岩强度低、地应力高以及锚杆初始预应力低是导致其变形的主要因素,采用传统等强螺纹钢锚杆支护已经无法解决三者之间的突出矛盾,必须设法加强支护强度降低围岩的变形速率,同时提高支护构件适应围岩大变形的能力,才能保持巷道围岩的稳定;为验证该新型锚杆的支护效果,提出了以该新型高预应力增阻大变形锚杆为核心的新“锚网喷”支护技术,数值模拟及现场监测结果表明,该支护方案可有效提高锚杆受力状态,降低围岩变形量,与原支护方案相比,围岩最终变形量减少了近60%,取得了良好的支护效果,具有重要的推广应用价值。     

深井软岩巷道穿厚煤层碎裂顶板区围岩控制技术

针对深井软岩巷道穿厚煤层碎裂顶板区围岩控制技术难题,通过现场调查,分析工程破坏特点,结合钻孔窥视分析结果,得出巷道围岩变形失稳原因为破碎岩体降低了内层锚网的支护性能,未能与围岩形成统一承载体,围岩松动圈扩大及变形不均匀致使U型棚支护性能降低,支护阻力不足,围岩扩容膨胀,发生破坏。提出通过超前预注浆和组合金属骨架实现破碎围岩改性、围岩应力优化,形成稳定的承载结构,进而实现破碎岩体的二次承载,强化内层锚网支护效果,做到内锚有效、外架可靠。以此提出“超前预支护+内锚外架联合控顶+锁腿控帮+喷注补强+底板控水卸压”联合的组合控制技术,形成了锚固体与注浆围岩互相强化,强控顶、辅以控帮治底的联合支护体系;现场开展了工程实践,并取得了较好的支护效果。     

大断面注浆硐室围岩稳定性分析及控制技术

为解决大断面注浆硐室围岩稳定性控制难题,采用FLAC3D软件对硐室围岩变形破坏特征进行了模拟分析。数值模拟结果表明硐室围岩变形控制的关键部位为硐室顶底板的边角部位和硐壁中部。硐室开挖采用"溜井出渣、分层开挖、及时支护"的思路,尽量减小开挖扰动对围岩的破坏。硐顶与硐壁支护方法为"锚网索喷"联合支护,临时"初喷"支护及时封闭围岩,二次"锚网索喷"支护充分调动了围岩的自承载能力。硐底部分采用锚索和钢筋混凝土衬砌支护,避免硐底边角部位产生剪切破坏。监测结果表明支护结构能够较好地满足了硐室长期稳定性和防渗要求。     

中厚煤层综采面切顶沿空留巷围岩控制技术研究

为解决煤矿采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题,以鹿台山矿为研究背景,综合理论分析、现场试验等手段,对沿空留巷上覆岩层运动规律开展研究,提出沿空留巷围岩控制的关键技术。研究结果表明:根据沿空留巷上覆岩层运动结构及其运动特征,提出沿空巷道围岩稳定性控制基本原理,并确定沿空留巷围岩控制应在采空区侧强制切顶卸压、巷道顶板加强、挡矸防护和滞后支护组成的沿空留巷围岩控制技术;留巷巷道顶底板下沉量98 mm,底板底鼓量最大约102 mm,实体煤帮最大变形量约134 mm,采空区帮最大变形量约108 mm,锚索最大受力322 kN,留巷变形在合理范围内,留巷效果良好,可为类似条件下的切顶沿空留巷工程提供借鉴。     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。     

深井大断面软岩巷道围岩破坏机理与支护研究

根据滕东煤矿深部开采的地质条件,针对深部大断面巷道围岩变形破坏特征,通过现场观测和理论分析,深入研究了软岩巷道变形破坏机理;高地应力、低强度岩体、复杂的地质构造、支护体力学特性与围岩力学特性不耦合,支护时机不合理,是造成巷道持续性大变形与失稳的主要原因。为此,提出了深部软岩巷道支护原则和超前卸压与支护+锚网喷+高强鸟巢锚索+注浆加固联合支护方案。现场巷道位移监测结果表明,该方案可有效控制深部大断面巷道大变形。     

大断面软岩斜井高强度钢管混凝土支架支护技术

查干淖尔矿主斜井泥岩段围岩变形量大,速度快,巷道支护困难,结合主斜井泥岩段膨胀性软岩的工程地质条件和围岩变形特征,并结合主斜井泥岩段的巷道围岩变形特点,设计了高强度钢管混凝土支架支护方案,其中,巷道断面采用马蹄形,钢管混凝土支架主体钢管选用194 mm×10 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助金属网支护和混凝土喷层支护。通过数值分析可知,主斜井泥岩段开挖后及时施加钢管混凝土支架支护方案,钢管混凝土支架承载能力大,能够提供强大的支护反力,限制巷道围岩向巷道空间的移动,保证巷道围岩稳定和支护结构可靠。通过巷道施工和现场监测分析可知,大断面软岩巷道高强度快速支护方案易于施工,能够维持主斜井泥岩段软岩巷道围岩的稳定。