大断面软弱围岩卸载硐室支护技术研究

针对煤仓上部卸载硐室断面大、围岩软弱的特点,模拟分析了断面尺寸、软弱围岩对围岩稳定性的影响,提出了大断面卸载硐室主动强力支护围岩稳定控制对策:分区耦合支护+关键部位强力支护+窄岩柱对穿锚索支护。实践表明,所采用支护技术有效控制了大断面卸载硐室围岩变形,实现了围岩稳定。     

井底大断面关键永久硐室围岩变形机理及其控制技术

为解决井底大断面换装硐室一次支护围岩大变形问题,基于成庄煤矿大断面硐室围岩地质力学条件和变形特征,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法从大断面硐室围岩应力分布特点和支护承载结构稳定性两方面分析了大断面硐室围岩变形破坏的原因,并针对硐室围岩变形破坏的特征及其控制要求,研究提出在注浆原位加固提高原有锚网支护与围岩共同形成的支护承载结构完整性和强度的基础上,进一步采用全长预应力锚固强力锚索增强支护承载结构的稳定性的技术方案,对成庄矿井底大断面关键永久硐室进行二次加固。试验结果表明,巷道围岩变形量为8mm,底鼓为13mm,有效控制了硐室围岩的大变形。     

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。     

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。     

超大断面硐室围岩变形破坏机理及控制

针对断面面积近100 m2的大采高支架换装硐室,采用现场观测、数值模拟等方法分析其变形破坏机理:硐室断面增大致使围岩破碎区、塑性区增大,超大断面硐室塑性区半径达到普通断面硐室的2.2倍;断面增大引起掘进扰动应力增高,而锚杆加固厚度小、初期支护阻力小致使软弱围岩严重变形破坏。针对支架换装硐室0~2.5 m的破碎区、2.5~8.0 m的塑性区,提出了分区耦合支护围岩稳定控制原理:硐室围岩由浅至深破坏程度逐渐减小,达到稳定所需支护强度逐渐减小,采用高强高预紧力"锚杆、注浆锚索、锚索"支护及"分区注浆加固"技术,可形成针对破碎区、塑性区和弹性区的3个相互联系的承载圈,从而满足各个分区支护强度需要,实现支护结构和围岩共同承载,保证围岩稳定。     

复杂条件下大断面硐室围岩稳定性控制研究

针对陈四楼煤矿九采区复杂地质条件下大断面硐室围岩经常大面积严重破坏且围岩稳定性控制难度不断增大的问题,采用现场调查、试验研究和数值模拟的方法,分析了硐室围岩变形破坏特征,提出了锚杆锚索协同支护控制技术。采用数值模拟软件FLAC^3D对锚杆锚索支护后硐室围岩的水平应力场、垂直应力场及破坏场分布进行模拟,结果表明:硐室围岩支护效果良好,硐室能保持长期稳定。对类似条件下大断面硐室支护具有一定的指导意义。     

大断面硐室围岩塑性区变形及稳定性控制

针对蓄水电站排水大断面硐室围岩塑性变形失稳问题,采用现场调研与弹塑性理论及损伤理论相结合的方法,建立了支护作用下硐室围岩变形力学模型,推导出了围岩塑性区半径及其变形解析解,并运用算例分析了围岩塑性区半径及变形演化规律。同时,采用钻孔窥视仪探测了大断面硐室围岩破坏特征,提出了采用浅部锚固-深部悬吊与注浆相结合的支护方法对大断面硐室围岩的稳定性进行控制。经现场实践表明,该方法能够使大断面硐室围岩变形及整体性得到有效控制,围岩的稳定性得到保障。     

深部大断面硐室动静载作用下锚固承载结构稳定机理研究

针对动载扰动条件下深部大断面硐室围岩锚固支护结构稳定性差、支护设计不合理等问题,以新巨龙煤矿井下煤矸分离大断面硐室为例,采用现场调研、理论分析和室内试验等手段,研究在深部冲击应力与高围岩应力叠加构成的复杂应力环境下大断面硐室围岩锚固支护结构损伤演化特征,构建动静载荷作用下深部大断面硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,获得深部大断面硐室围岩锚固支护结构破坏机理并对深部大断面硐室的围岩锚固支护设计提出合理建议。结果表明:1)深部冲击应力与高围岩应力叠加是大断面硐室围岩变形破坏的主要原因,在受到强动载冲击时,深部大断面硐室顶板、两帮锚杆(索)受损严重,很容易造成顶板大面积垮塌及帮部煤体突出;2)通过室内SHPB动态冲击试验获得了动静载组合作用下,加锚试件的强度和峰后回弹斜率均随着动态应变率的增大而升高,加锚试件对动载冲击能量的耗散能占比与动态应变率呈现出正相关的特性,锚固界面(锚固剂/锚杆、锚固剂/岩体)的黏结程度在锚固体对应力波能量耗散过程中起到了关键作用;3)深部大断面硐室锚固承载结构的失稳破坏是由于动载作用下硐室围岩、锚固剂和锚杆三者之间不协同变形造成的剪切滑移及锚固体受动载压缩变形导致的。提高硐室围岩、锚固剂和锚杆的抗滑移特性,增加锚固密度提高抗压缩变形能力可有效降低动载应力波对深部大断面硐室围岩支护结构的影响。研究成果对井下永久硐室及巷道的加固工程具有一定的理论指导和借鉴意义。     

松软破碎大断面硐室综合加固技术研究与应用

 摘要：针对内蒙乌海老石旦煤矿松软破碎大断面硐室围岩应力复杂、变形破坏严重的特点,采用现场试验与测试、理论分析相结合的研究方法,提出高预应力、强力锚杆与锚索支护配合高压注浆的全断面综合加固方式。井下试验表明：综合加固技术有效控制了松软破碎大断面硐室围岩变形,保持了其长期稳定。     

非均称变形巷道变形破坏规律及支护对策

针对回采等造成的非均称变形巷道支护难题,采用实验室实验、数值模拟、理论分析和现场工业试验的综合方法,研究了非均称变形巷道围岩位移、应力和塑性区等围岩稳定性指标变化规律,以及高强度分区锚网索支护作用,提出了非均称变形巷道高强度分区锚网索支护技术。研究结果表明:煤层回采等造成巷道周围应力非均称分布,导致围岩变形以顶板非均称下沉和两帮不对称位移为主;靠近采空区侧煤帮强度弱化,促使巷帮及顶板深部岩体向塑性破坏状态转变,围岩稳定性急剧劣化;同时,巷道帮部稳定性与顶板稳定性呈非线性正比关系,随着帮部变形量增加,顶板下沉量急剧增加,而顶板急剧下沉加速帮部煤体破坏。对顶板和两帮分区设计支护参数,增大采空区侧煤帮承载能力,减小顶板及实体煤帮围岩破坏范围,提高顶板以及作为顶板基础的两帮强度和抗变形能力,有效控制巷道非均称变形。     

深部岩巷变形破坏特征及稳定性控制

针对深部巷道大变形、分区破裂化破坏变形特征,提出了协调让压支护稳定性控制思路.确保支护体系、支护结构和支护参数与巷道围岩变形的力学特性相协调,以期达到最大限度地发挥围岩自承能力和支护体系支护阻力,从而有效地控制围岩变形;加强对巷道顶、帮、底等应力集中的关键部位实行全断面加固支护,不留空余不留死角不留自由面,以确保全断面变形协调,避免支护体系因局部关键部位的大变形而遭到破坏;同时针对分区破裂现象,利用长短结合的锚杆、索,充分发挥锚杆、索的悬吊及改善围岩力学状态的作用,通过以上控制思路,对深部巷道进行全断面协调支护、锚杆、索的长短组合支护技术,实现对深部巷道的稳定性控制.     

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.     

易燃厚煤层大断面硐室强力复合支护技术研究

在易燃煤层大断面硐室,采用强力复合支护技术,通过锚喷和注胶充填改变了围岩的松、软、散、弱等特性,充分发挥围岩的自承能力,形成了围岩与支护结构共同作用的支护体,解决了易燃煤层大断面硐室变形破坏和自燃问题,取得了良好的使用效果.     

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。     

大断面硐室围岩变形机理及合理支护技术研究

针对陈四楼煤矿复杂条件下大断面硐室围岩变形难以有效控制情况,采用现场调查、理论分析、数值模拟等方法进行了研究,推导出围岩变形的计算公式,分析了硐室围岩变形的影响因素,以及采用正交试验法并结合数值模拟软件FLAC得出最佳支护参数,提出了大断面硐室围岩控制技术。现场实践表明,硐室围岩变形量在控制范围之内,硐室支护稳定。     

深部构造复杂区大断面硐室群围岩稳定性模拟分析

以某煤矿-770 m扩容泵房为研究背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的综合研究方法,研究得到深部构造复杂区内大断面硐室围岩的变形破坏原因和稳定性控制对策,运用数值分析软件FLAC 3D 分析了耦合支护后泵房立体交叉硐室群应力场、位移场和破坏区特征,并对硐室稳定性和支护参数的合理性做出了评价。现场工业试验表明：硐室围岩变形量较小,30 d内顶底板移近量仅为12.5 mm,两帮移近量为7.5 mm,硐室围岩的稳定性较好,达到了理想的支护效果。     

倾斜大断面煤层巷道耦合控制对策研究

以倾斜大断面煤层巷道围岩破坏特征现场观测信息为基础,对其变形破坏关键部位进行研究,得出巷道变形破坏的关键部位为巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位和巷道的底角。在此基础上,提出了倾斜大断面煤层巷道围岩关键部位非对称耦合控制对策,并对巷道非对称耦合支护效果进行了数值模拟研究。结果表明:采用该控制对策可以有效实现支护体与围岩之间的协调变形,保证巷道围岩的稳定。     

深井综放沿空掘巷围岩变形破坏机制及控制对策

通过对赵楼煤矿综放沿空掘巷现场调查和变形监测,分析了巷道围岩变形破坏特征,深入揭示了围岩变形破坏机制,认为围岩强度低,地应力高,围岩松动破坏范围大,支护结构及参数不合理,巷道围岩应力环境复杂和断面尺寸大是围岩变形破坏的主要原因。基于强力让压耦合支护和关键部位加强支护的围岩控制原理,提出了顶板锚网带索、纵向钢带+两帮锚网梯索、纵向钢筋梯+窄煤柱帮部锚索加强和喷浆+实体煤帮钻孔卸压的支护对策并进行现场试验。结果表明:掘巷稳定后,巷道围岩控制效果良好;锚杆、锚索受力最大值均在其屈服范围内,并为回采期间留够了充足的余量。研究结果为类似复杂难支护巷道提供了借鉴。