基于主应力方向改变的深部沿空巷道非均匀大变形机理及稳定性控制

针对赵固二矿11030运输巷在掘进期间出现围岩非均匀大变形导致支护体支护失效的问题,采用理论分析、理论计算、数值模拟和现场试验等综合研究方法,研究了采空区侧方围岩主应力场方向的变化规律,及其对沿空巷道围岩塑性区分布形态的影响机制,揭示了深部沿空巷道非均匀大变形机理。研究结果表明:采空区侧向围岩应力场的主应力方向会发生显著变化,导致深部沿空巷道围岩形成非均匀塑性区,同时在主应力集中及支护体延伸性能弱等主要因素的共同影响下,深部沿空巷道出现非均匀大变形。在此基础之上,提出了以围岩塑性区形态为支护设计基础的、采用可接长锚杆代替普通锚索的深部沿空巷道冒顶控制技术;并在11030运输巷进行了现场试验,采用可接长锚杆支护后的顶板最大下沉量由927 mm降低为431 mm。     

基于高精度微震监测的承压水上底抽巷合理位置研究

以古汉山矿1604工作面为研究背景,采用高精度微震监测和数值模拟,研究了工作面回采过程中底抽巷围岩动态破坏特征以及底板突水危险性。结果表明:工作面两巷外侧底板岩体在沿空侧与沿实体煤侧出现不对称能量释放现象,其中沿实体煤侧运输巷外侧底板破坏尺度最大,深度约30 m;底抽巷位于底板下12 m、内错运输巷8 m位置时,巷道围岩释放能量密度值介于5～50 J/m~2,结合巷道围岩变形监测结果认为底抽巷位于该位置时受开采扰动程度较低;若底抽巷位于运输巷正下方或者外错于运输巷,围岩释放能量密度值均大于100 J/m~2,受开采扰动程度高。数值模拟结果表明底抽巷内错回采巷道8 m时处于底板卸压区,位于回采巷道正下方和外错回采巷道时处于应力集中区,受采动影响程度高,与微震监测结果较吻合。     

2-208顺槽断层区域围岩变形特征及控制技术

为保障辛置煤矿2-208运输顺槽近断层区域围岩稳定,采用FLAC3D数值模拟软件进行近断层区域围岩变形特征分析,根据数值模拟结果确定,运输顺槽在近断层区域围岩主要表现为非对称变形,其中靠近断层一帮和底板的变形量及塑性区发育范围相对较大,基于数值模拟结果,确定围岩的支护原则及措施,结合巷道特征进行具体支护方案的设计,并在巷道掘进期间进行表面位移监测。结果表明:支护方案实施后,巷道近断层区域围岩变形量较小,支护方案保障了围岩的稳定。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

回采工作面中间巷围岩稳定性研究

采用理论分析和数值模拟方法,研究了中间巷受采动影响下应力场、位移场及塑性区分布特征。分析了不同时步下中间巷及工作面塑性区分布规律、中间巷应力场分布特征及顶底板位移响应。研究结果表明:中间巷周围煤岩体支承压力与沿空巷道和中间巷所夹煤体的宽度成反比,且随着中间巷与沿空巷道的夹角的变化而变化。中间巷在45°时巷道顶底板变形量最小,135°时帮部峰值应力集中系数最小。模拟塑性区结果显示,工作面实体煤以剪切破坏为主,而煤柱则以拉伸破坏为主。2种不同状态的塑性区体积在150°时最小,但与135°相差不大。结合理论及数值模拟分析,中间巷应以135°为最优角度。     

采动影响下沿空巷道围岩稳定性分析与控制技术研究

为解决采动影响下16305工作面回风巷变形量大的问题,通过数值模拟的方法分析巷道围岩的稳定性,并根据模拟结果与现场矿压显现情况提出巷道的支护方案。结果表明:动压影响下沿空巷道左侧的塑性区发育范围大于巷道右侧,底板岩层存在着一定的拉应力破坏区域。支护方案实施后,顶底板移近量为200mm,两帮移近量为150mm,巷道围岩变形得到有效控制。     

过断层回采巷道围岩监测与治理实践

为研究某矿过断层时回采巷道围岩的变形规律,在14101工作面辅助运输巷断层前后布置3个测站监测其顶底板和两帮移近量,并与带式输送机运输巷对应位置的围岩状况对比。监测结果表明:过断层前巷道围岩变形发展趋势一致,但辅助运输巷围岩变形更大,顶底板和两帮移近量分别为63、43 mm;辅助运输巷围岩变形在过断层时和工作面推进至测点附近时分别出现峰值。加强超前巷道支护后,过断层时的围岩变形量显著减小,围岩变形得到控制。     

深部承压水上底抽巷围岩破坏特征及合理位置

针对赵固二矿区域瓦斯治理需开掘底抽巷与承压水上开掘底抽巷易引发底板突水之间的矛盾,通过承压水影响下的圆形巷道围岩塑性区边界方程,分析了底抽巷围岩塑性区的分布特征与底板突水危险性之间的关系;采用数值模拟研究了工作面开挖后的底板应力分布状态及底抽巷布置在不同位置时的围岩破坏特征及相应的突水危险性。结果表明:底抽巷围岩塑性区的非均匀分布会显著减小底板隔水层厚度,增加底板突水危险;工作面开挖后底板应力根据其双向应力比值大小及应力加卸载状态可分为4个区域且按对底板突水危险的影响程度可排序为:卸压高应力比值区卸压应力比值稳定区增压低应力比值区原岩应力比值区。据此提出了赵固二矿底抽巷的合理位置为沿待采工作面法向布置,并在规划的煤柱中部下方的L9灰岩上部砂质泥岩层中沿底掘进。     

采动影响巷道弱胶结层状底板稳定性分析与控制对策

针对弱胶结层状底板巷道在强烈采动影响下的非对称性变形失稳问题,以梅花井矿工作面辅助运输巷为工程背景,综合采用现场调研、理论计算、数值分析和工程试验的方法,对巷道围岩变形破坏机制和控制对策展开研究。结果表明:井田内含煤岩系成岩程度低,胶结程度差,顶底板岩层层理发育,巷道围岩具有产生大变形的倾向。在采动影响下,巷道呈显著的非对称性变形破坏,实体煤侧肩角、煤柱侧底角和底板是大变形频发区域,巷道收敛以底臌为主;由于工作面位置的动态性和弱胶结软岩的蠕变性,巷道底臌具有典型的时空特性。基于弹性理论,建立采动影响下横观各向同性底板力学分析模型,推导获得层状底板任一点的真实应力状态,准确反映了层状底板非对称应力分布特征。根据摩尔-库伦准则,获得层状底板破坏判据,采用Matlab计算得到底板非对称马鞍形破坏形态。上覆岩层关键岩块回转变形所产生的偏载效应使围岩主应力方向发生偏转,主应力偏角越大,塑性区非对称性扩展越显著,围岩破坏具有显著的方向性,垂直于最大主应力方向围岩破坏程度更大。针对强采动弱胶结层状底板非对称破坏特征,提出基于破碎区修复、塑性区加固、弹性区承载的底板分区差异化支护技术。工程实践表明,支护系统很好的适应了围岩非对称应力环境,围岩变形得到有效控制。     

小庄矿破碎围岩变形特征及加强支护研究

针对小庄矿辅助运输巷帮部破碎围岩较难支护的问题,分析原支护方案下巷道围岩变形特征,提出了巷帮差异性加强支护的方法来解决巷道严重失稳的问题,运用FLAC3D数值模拟对原支护与加强支护的围岩顶底板、两帮移近量进行对比。分析结果表明,采用加强支护后能够有效控制围岩变形,得出了巷道帮部围岩变形规律;通过工业性试验,对100 m范围内巷道围岩变形进行监测,发现加强支护与数值模拟结果较为吻合,显著提高了围岩强度和承载能力,有效控制了巷道帮部的破碎变形。     

动压底板巷道支护技术研究

底板岩石巷道在受采动影响时经常出现巷道变形量大、难以维护的情况。以淮北矿业集团杨柳煤矿10414运输巷底板瓦斯抽采巷为背景,研究了受采动影响底板岩巷的支护方式及其矿压显现规律。通过理论分析、数值模拟等方式得到底板巷道围岩应力分布规律,由此得出了底板巷道的变形破坏主要机理,并有针对性地提出了控制巷道变形的工程控制措施,现场实践表明,巷道变形量小,控制效果好。     

叠合采动下围岩破坏区非均匀扩展机理及巷道稳定控制

为揭示叠合采动影响下围岩的变形破坏特征,以羊场湾矿160206工作面为工程背景,通过现场监测、理论分析计算、数值模拟和现场工程试验的综合研究方法,研究叠合采动应力场下回风巷围岩的应力场演化规律和塑性区形态分布特征,揭示煤层巷道在叠合采动影响下的非均匀扩展机理。结果表明：上下区段的叠加采动影响导致160206工作面前方回风巷处于高偏应力环境,这是造成回风巷发生非对称破坏的主控因素;叠合采动巷道在高偏应力作用下塑性区呈蝶形形态,且蝶叶向采空区一侧偏转,围岩塑性区形态呈煤壁帮顶板及煤柱帮底板破坏范围大的非均匀扩展特征。据此,提出采用非对称长短锚杆索协调加强支护、超前单元支架及钻孔卸压的联合支护技术,在叠合采动影响区域进行工业性试验,取得良好的效果。     

东曲矿综采工作面小煤柱留巷支护技术研究

东曲矿4号煤层28203工作面为复合顶板,以往巷道支护设计不科学,导致4号煤层留巷巷道受矿压影响严重变形。根据小煤柱沿空掘巷的围岩控制原理和4号煤层顶底板条件,选定巷道支护设计方案。经过围岩强度测试和数值模拟小煤柱留巷围岩应力分布情况,现场试验结果表明,基于高预应力强力支护原理的巷道支护方案,有效控制巷道顶底板围岩变形。     

回坡底煤矿回采巷道底板非对称变形机理研究

为研究回坡底煤矿11~#煤层1021回采巷道的底鼓规律及机理,利用全角度钻孔稳定性动态监测装置监测巷道底板钻孔变形特征,并对监测数据进行系统分析。结果表明,随着时间增长,围岩水平变形量近似呈线性增长;在各个钻孔中,孔深越大,底板围岩的变形量越小,即巷道深部底板围岩较为稳定,浅部围岩稳定性较差,并且靠近残留煤柱侧的底板围岩累计变形量大于靠近采空区侧底板,综合确定1021巷道表现为非对称底鼓现象。采用数值模拟方法对应力演化规律进行研究表明, 1021巷道底鼓量也呈非对称分布特征,即巷道两帮围岩的垂直应力和水平应力呈非对称分布特征,并且应力值相差较大,这是导致巷道出现非对称底鼓的直接原因。结果为回采巷道底鼓防治提供一定的理论依据和技术指导。     

回坡底煤矿回采巷道底板非对称变形机理研究#br#

为研究回坡底煤矿11#煤层1021回采巷道的底鼓规律及机理,利用全角度钻孔稳定性动态监测装置监测巷道底板钻孔变形特征,并对监测数据进行系统分析。结果表明,随着时间增长,围岩水平变形量近似呈线性增长;在各个钻孔中,孔深越大,底板围岩的变形量越小,即巷道深部底板围岩较为稳定,浅部围岩稳定性较差,并且靠近残留煤柱侧的底板围岩累计变形量大于靠近采空区侧底板,综合确定1021巷道表现为非对称底鼓现象。采用数值模拟方法对应力演化规律进行研究表明, 1021巷道底鼓量也呈非对称分布特征,即巷道两帮围岩的垂直应力和水平应力呈非对称分布特征,并且应力值相差较大,这是导致巷道出现非对称底鼓的直接原因。结果为回采巷道底鼓防治提供一定的理论依据和技术指导。     

侧压系数对半圆直墙拱形巷道稳定性的影响

为探究侧压系数对巷道稳定性的影响,利用有限差分数值计算软件研究了应力场中侧压系数对围岩应力场分布、巷道变形和塑性区分布的影响。结果表明,在λ1时,围岩应力集中于巷道两帮,巷道变形不大,塑性区随着λ的增大而减小;在λ1时,围岩应力由两帮向顶底板转移,并且随着λ的增大向围岩深部扩展,顶板变形量远小于底板和侧帮变形,塑性区在顶底板扩大而两帮变化较小;将淮北矿区海孜矿地应力实测结果和巷道变形破坏情况与数值模拟得出的规律进行对比,两者基本一致。     

金庄矿特厚煤层综放沿空巷道围岩卸压控制研究

针对金庄矿8202工作面沿空巷道在整个掘进及回采期间围岩变形量大、矿压显现剧烈等问题,提出在采空区侧实体煤内布置卸压巷的方案。然后通过FLAC3D数值模拟软件分析沿空巷道围岩垂直应力分布规律、卸压巷在不同位置下对沿空掘巷围岩应力的影响。     

采空区上部掘进巷道的支护研究

为了探究采空区上部煤层稳定性及支护参数选取,以孙疃矿8221工作面为研究对象,拟从数值模拟角度出发,运用FLAC~(3D)数值模拟软件对8221工作面回采巷道进行开挖模拟计算,分析距1023停采线不同位置处的应力变化规律,回采巷道掘进过程围岩应力场特征,提出不同区域的支护方案,即以架棚支护为主,局部地质条件较好区域采用锚带网支护;结果表明:优化支护后的8221回采巷道围岩变形量小,巷道支护效果明显,架棚为主、局部锚带网的支护方案可以满足孙疃矿巷道支护的要求。     

深井厚煤层沿空巷道支护技术优化

以某煤矿31104运输巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测得到巷道原有支护条件下围岩变形大、变形非对称,窄煤柱帮与巷道底板变形剧烈。据此提出了合理的巷道控制技术,后期支护监测表明,该支护技术能够有效控制巷道围岩变形,可以在类似条件下推广应用。     

留底煤软岩巷道支护技术研究

为解决某矿7522工作面留底煤运输巷的巷道支护问题,借助数值模拟软件,对比了不同的支护条件下巷道围岩应力及位移分布变化情况,确定工作面运输巷采用锚网索联合支护方案的具体支护参数,现场巷道围岩位移量观测表明,所采用的锚网索联合支护方式及支护参数能够有效控制运输巷围岩的变形破坏,节约了支护材料,减少了巷道的维修费用,取得了良好的经济效益。