深部软岩巷道深-浅耦合全断面锚注支护研究

基于对深部软岩巷道变形和破裂特征的长期监测结果,提出了以"中空注浆锚索和高强注浆锚杆"为核心的新型深-浅耦合全断面锚注支护技术体系.借助渗流力学理论建立了深-浅耦合锚注浆液的渗流基本方程,并结合COMSOL软件模拟再现了浆液在围岩内的渗透扩散过程.结果表明:注浆锚索和注浆锚杆所注浆液使巷道浅部围岩形成完整的锚注加固圈,而注浆锚索同时使巷道深部围岩形成局部锚注加固体,两者协调耦合作用,形成互为支撑的承载体,完善了深-浅耦合全断面锚注支护的理论体系和加固作用机理.现场监测证明该支护体系有效地控制了巷道围岩的变形与破坏.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

千米深井软岩巷道破坏机理及支护技术研究

基于矿井开采逐渐向深部发展,巷道围岩呈现高地压、大变形、难支护的特点,常规锚网支护已难以控制巷道围岩变形的情况.通过对华丰煤矿-1?100水平巷道破坏机理的研究,提出了采用马蹄形巷道支护断面和全封闭支护的理念,加强底板承载能力和巷道抗蠕变能力;根据千米深井巷道围岩流变特性,研究得出了围岩地压得到合理释放趋于稳定时进行永久支护的时机和距离,并在永久支护中实施锚注加固,使松散破碎岩块胶结成整体提高了围岩的内聚力和内摩擦角,使围岩由“软”变“硬”,使无支护作用的围岩体变为支护结构,同时锚注锚杆成为全长锚固锚杆,加强了围岩的加固效果,达到安全永久支护巷道的目的.     

高应力破碎顶板煤巷围岩破坏机制及复合支护设计

随着煤矿开采深度的不断增加,深部地质力学环境变得更为复杂,地应力越来越大,给煤矿巷道支护和开采带来很大困难.运用数值模拟试验和现场工业性试验,对深井复合高应力破碎顶板软岩巷道的支护问题进行了研究,提出对该类型巷道采用以锚网索槽钢为主的复合支护形式.实践证明,以锚网索槽钢为主的复合支护形式,必要时进行注浆加固,能有效控制巷道围岩变形,保证巷道的安全使用.     

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现，巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的；且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳．因此，要保证深部软岩巷道围岩的稳定性．必须实现支护体与围岩的耦合．数值模拟研究表明，当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时，能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用；当锚网与围岩在强度上实现耦合时，将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化；当锚索与围岩在结构上耦合时，可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护．实践证明，软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题。     

古汉山矿东大巷“钢棚+注浆”支护工程实践

针对焦作矿区古汉山矿东大巷围岩属高应力、节理化、强膨胀的极软岩特性,采用一次拱形钢棚支护、二次锚注支护的"钢棚+注浆"支护技术方法,有效控制了巷道的强烈变形,避免了巷道维修,取得了软岩支护的最佳效益.     

古汉山矿东大巷"钢棚+注浆"支护工程实践

针对焦作矿区古汉山矿东大巷围岩属高应力、节理化、强膨胀的极软岩特性,采用一次拱形钢棚支护、二次锚注支护的"钢棚+注浆"支护技术方法,有效控制了巷道的强烈变形,避免了巷道维修,取得了软岩支护的最佳效益.     

软岩巷道锚喷支护破坏分析与对策

软岩巷道锚喷支护破坏原因主要有:巷道底板无支护或支护的强度不够,底板流变极易发展,形成了围岩体的流变通道;大部分锚杆支护为低工作阻力值,支护作用没有得到有效发挥;混凝土喷层和围岩体变形不匹配,导致喷层体离层、剪切破坏;钢笆网抵抗破坏和变形的能力弱,降低了网喷层的强度和抗变形能力.采取的支护对策有:底板反拱加强支护,避免局部围岩体的整体移动,实现巷道周边岩体的均匀收敛变形;选用长锚杆,更好地控制巷道围岩的变形;初喷混凝土为厚度20 mm薄喷层,实现初喷层与巷道围岩体的同步变形;用直径4 mm冷拔钢丝编织金属网替代钢笆网,提高网喷层支护体的强度与抗变形能力;二次锚杆支护在复喷混凝土后进行,防止网喷层与围岩体离层现象的发生.     

软岩巷道锚喷支护破坏分析与对策

软岩巷道锚喷支护破坏原因主要有巷道底板无支护或支护的强度不够,底板流变极易发展,形成了围岩体的流变通道;大部分锚杆支护为低工作阻力值,支护作用没有得到有效发挥;混凝土喷层和围岩体变形不匹配,导致喷层体离层、剪切破坏;钢笆网抵抗破坏和变形的能力弱,降低了网喷层的强度和抗变形能力.采取的支护对策有底板反拱加强支护,避免局部围岩体的整体移动,实现巷道周边岩体的均匀收敛变形;选用长锚杆,更好地控制巷道围岩的变形;初喷混凝土为厚度20mm薄喷层,实现初喷层与巷道围岩体的同步变形;用直径4mm冷拔钢丝编织金属网替代钢笆网,提高网喷层支护体的强度与抗变形能力;二次锚杆支护在复喷混凝土后进行,防止网喷层与围岩体离层现象的发生.     

三软综放沿空锚网索支护巷道回采期间围岩变形特征

针对三软综放沿空巷道围岩大变形、难支护的特点,提出采用锚网索支护新技术,通过对试验巷道数值模拟以及表面位移、围岩深部位移和围岩应力的现场监测,分析了试验巷道矿压显现活动规律,掌握了试验巷道在锚网索支护下的围岩变形规律,这为锚网索支护在三软煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了科学依据.     

深部煤层大巷围岩破坏特征及强力锚固控制技术

河南焦煤能源有限公司赵固一矿北翼深部煤层回风大巷围岩节理化严重,在采掘支承压力作用下,矿压显现强烈,表现为两帮收缩、底鼓严重,巷道支护系统失效.针对此问题,采用数值模拟方法研究原岩应力场、采动应力场和支护应力场的"三场"应力分布特征,为巷道高强支护提供理论依据,同时应用再造承载层巷道围岩控制原理,提出北翼深部煤层回风大巷采用"锚网索+喷浆+注浆+底板鸟笼锚索+补强锚索"围岩控制方案,并用数值模拟方法对不同支承压力作用下的巷道围岩变形、塑性区演化、支护受力和主应力差等进行研究,结果表明:随着支承压力集中系数增大,巷道断面收缩率逐渐增加,围岩塑性区由拱形演变为蝶形、蟹形和龟形;锚索在高支承压力作用下将逐步失效,主应力差呈现多峰值现象.工程实践表明,提出的强力锚固支护技术能有效控制围岩的变形破坏,具有较好的技术性和经济合理性.     

深部回采巷道支护参数的正交数值模拟

平顶山矿区深部主采煤层回采巷道矿压显现强烈,普通锚网支护难以适应深部开采的要求,高强度、高刚度、高预紧力的强力支护是控制深部围岩变形的有效途径.采用正交数值方法对平顶山矿区主采煤层回采巷道的支护参数进行了模拟分析,确定了影响围岩变形主次因素.应用多元回归分析法,拟合了巷道断面收敛系数与综合岩体强度、顶板锚索根数、锚杆预紧力、垂直应力和动载系数的关系式,对平煤股份十一矿高强锚网索支护的丁5-6-26071风巷断面收敛变形进行了预测,与现场矿压测试结果基本吻合.     

深部高应力硐室围岩蠕变失稳机理及控制技术

赵固二矿-800 m水平巷道和硐室围岩属于典型的工程地质软岩,具有工程地质条件复杂、地应力高、围岩流变性强等特点,一般的锚网索喷+被动支护易被各个击破,造成巷道和硐室返修次数多、维修工程量大。在借鉴"新奥法"中二次支护思想的基础上,提出"一次锚杆+锚索+钢梁强力支护,二次围岩注浆改性,三次双层工字钢棚,四次喷射混凝土"的支护方案,实现主动支护与被动支护协调作用。蠕变数值模拟表明:锚网喷支护条件下,3 a时硐室断面收敛量达到30%,变形量大、变形速率高;主被动联合支护方案能够有效地控制围岩变形,5 a时变形速率0.05 mm/d。现场工业性试验表明,施工2 a后,硐室表面最大位移为28 mm,变形速率0.20 mm/d,锚索作用范围内岩体完整性较好,硐室围岩得到了有效控制。     

基于连续梁的薄层复合顶板锚杆受力分析

为研究煤矿薄层复合顶板锚网支护条件下锚杆受力问题,采用理论分析、数值模拟和现场观测方法,利用巷道顶板锚固岩层的三铰拱结构和锚杆连续梁力学分析模型,对锚杆受力和托顶煤回采巷道稳定性进行研究。结果表明：锚杆内的拉应力、剪应力和挠度均发生在顶板最下部的软岩段,深部挠度较小;弯曲变形引起的应力大于轴向直接拉伸引起的应力,弯曲变形量大于轴向拉伸变形量;除整体下沉外,巷道顶板锚固体内部不均匀断裂变形会给锚杆施加较大的弯曲载荷;选取刚度较大锚杆、强力护表构件和强力锚索,能够减小三铰拱结构的断裂角和下沉量。针对鹤煤公司九矿3204孤岛工作面托顶煤回采巷道,采用高强锚杆、加密锚索主动耦合支护,配合双层塑编网护表防漏冒,局部地段采用单体液压支柱加强支护方法,有效控制薄层复合锚固顶板的下沉,减轻锚杆（索）的弯曲变形和破断,围岩得到了有效控制。     

深部巷道围岩控制的有效途径

针对煤炭开采逐渐由浅部转向深部,提出在深部复杂的力学环境下,岩体力学行为和工程响应条件下深部巷道围岩控制的有效方法.文中确定了影响巷道围岩稳定性的因素,分析了各影响因素对巷道围岩稳定性的影响规律,认为改善巷道围岩应力状态及围岩力学性能、合理选择巷道支护形式和提高其支护阻力以及优化巷道断面等为深部巷道围岩控制的有效途径.现场应用结果表明:巷道首选在时空上避开高应力作用,底板掘卸压巷可使巷道变形量控制在20mm以内,上行开采改善了深部巷道应力环境,工作面推进速度由48 m/月提高到90m/月左右,巷道迎头超前钻孔卸压后巷道顶底板移近量减小了900mm;采用高强、高预紧力、高延伸率锚杆(索)支护系统配合合理的注浆加固参数,有效提高巷道围岩强度,巷道围岩变形量降低40%以上.另外,尽量选择弧形断面,壁后充填等措施,实现支护体均匀承载,提高支护阻力.     

强膨胀软岩巷道变形特性及控制对策研究

为解决强膨胀软岩巷道支护问题,以红庆梁煤矿强膨胀软岩巷道支护工程为研究对象,通过理论分析和现场调研,分析了强膨胀软岩巷道变形特性.利用MIDAS/GTS建立强膨胀软岩巷道弹塑性数值仿真模型,分析了采用锚网喷架联合支护方案时巷道塑性区范围、应力分布、表面位移以及锚杆和U型钢可缩支架的受力特征.进行现场测试,得到了锚网喷架联合支护方案条件下巷道围岩变形规律.结果表明:采用锚网喷加U型钢可缩支架组成的联合支护体系将有效地提高支护结构整体刚度,增强围岩的自稳能力和自承能力.     

超细水泥材料注浆加固深部极软厚煤层回采巷道试验研究

通过对超细水泥浆液的凝结时间、流动性、可注性、早期强度和注浆胶结破碎煤体的强度、纯浆液结实体与胶结煤体之间的黏结抗剪强度进行一系列的模拟试验,制备出既具有早强、高强特性,又具有可操作、凝结时间可调的超细水泥注浆材料。试验结果应用到安阳市主焦煤矿深部极软厚煤层回采巷道加固工程中,有效地控制了巷道变形,提高了煤巷支护稳定性,大幅度减少巷道返修率,技术经济效益显著,为深部极软厚煤层回采巷道支护技术积累了成功经验。     

软岩隧道围岩加固及支护技术模拟分析

针对软岩隧道围岩条件差、强度低、难支护的特点,结合实际工程项目,设计出锚索+深浅部锚杆交错注浆+对穿锚索围岩支护方案。利用FLAC3D数值模拟软件,建立数值模型,对锚索+深浅部锚杆交错注浆+对穿锚索围岩支护方案进行模拟分析,并与实际项目采用的支护方式的模拟结果进行对比。结果表明:采用锚索+深浅部锚杆交错注浆+对穿锚索隧道围岩支护方案,能使软岩隧道的围岩强度得到有效提高,围岩变形值同比缩小30%左右,稳定性更好,可以为同类型的软岩隧道围岩加固及支护提供借鉴。     

软岩巷道破裂特征与分阶段分区域控制研究

解决软岩巷道维护问题的关键在于准确把握该类巷道围岩内部裂隙发展演化规律和破裂特征.以某矿典型的软岩巷道为研究对象,实验研究了巷道围岩组份及微结构的特征;现场测试了巷道围岩内部破裂发展过程和规律,得到了典型软岩巷道围岩内部裂隙扩展贯通具有阶段性和非均匀性的破裂特征;根据巷道破裂发展的时间效应和区域特征,提出了分阶段、分区域控制的关键技术,包括:分阶段喷射混凝土、锚杆(索)强力支护、围岩注浆加固的过程控制和重点部位的加强支护技术.现场工程实践表明,针对软岩巷道破裂特征的分阶段控制技术可以有效控制软岩巷道的围岩变形破裂的发展,实现该类巷道的围岩稳定.     

U型钢棚加反底拱层级支护技术在某金属矿山的应用

由于"锚网喷+顶板锚索+注浆"支护方式对现有的变形巷道修复效果较差,因此需采用新的支护方法处理,此次采用U型钢棚[1]与反底拱、锚网喷层级支护技术进行修复。对穿脉进行锚网喷修复之后架设U型钢棚和施工反底拱,使得穿脉形成一个高强度、高刚度的多层锚壳组合拱结构,保证了穿脉的长期稳定与安全。后期,对施工巷道进行位移监测,观察其变化结果,并及时对局部进行调整。