深部软岩大断面巷道大变形控制技术研究

深部软岩大断面巷道的变形控制一直是煤矿开采中的一个难题。为解决深部软岩大断面巷道大变形的问题,以神木大柳塔东川矿业南一石门为工程实例,通过现场监测及声波试验研究了巷道的变形破坏特点和破坏范围。基于原支护方案及分析成果,提出了“锚杆+注浆锚索+钢筋网+喷射混凝土+注浆管”的优化支护方案,数值模拟得出,采用优化支护方案相比原支护方案围岩塑性区破坏范围减小了约65%,验证了该方案的可行性。同时在新掘巷道进行了现场试验,巷道顶底板最大移近量为122 mm,两帮最大收敛量为115 mm,双孔声波法测试结果可得注浆浆液有效填充了巷道围岩裂缝,提高巷道围岩强度,实现了对巷道的稳定性控制,取得了良好的支护效果。     

深井软岩巷道二次锚网索支护技术

为解决超化煤矿深部软岩巷道支护难度大的问题,采用数值模拟、理论分析和现场观测相结合的方法分析了巷道原支护失稳的主要原因,被动支护不能适应深部高应力软岩巷道围岩的变形。在此基础上提出了控制深部软岩巷道围岩变形的高强稳定型二次锚网索支护技术,其中第一次高强预应力锚网支护及时加固巷道围岩,并与围岩共同形成有效承载结构,第二次锚索补强支护提高支护承载结构的稳定性和承载能力。结果表明:采用二次锚网索支护技术巷道顶底板最大移近量为73mm,两帮最大移近量仅为51 mm,顶底板平均移近速率约1.62 mm/d,两帮平均移近速率约1.13mm/d,有效控制了深井软岩巷道变形。     

弱胶结软岩巷道锚网索耦合支护技术研究

为解决弱胶结软岩巷道支护困难的问题,以伊犁一矿弱胶结软岩巷道为研究对象,结合煤岩物理力学性质及原岩应力测试结果,在分析巷道围岩变形破坏原因的基础上,通过优化支护参数提出了锚网索耦合支护方案。在利用数值模拟验证新支护方案可靠性的基础上,通过现场观测分析总结了采用新支护方案后巷道围岩变形有巷道开挖影响、变形限制、稳定变形3个阶段。结果表明:顶底板移近量平均为50 mm,两帮移近量平均为23 mm,变形稳定时间缩短为15 d;锚网索耦合支护能有效控制巷道围岩变形,改善围岩应力状态,充分利用深部围岩的自承载力。     

深部软岩巷道围岩变形破坏的相似模拟试验

为模拟深部强度低,变形大的软岩巷道,运用地质力学模拟原理和以往相似模拟材料特点,针对曲江矿-850 m东大巷巷道围岩表现出来的两帮和顶底板实测不对称大变形特征,研制一种水泥为胶结材料,土和河砂为骨料的深部软岩相似材料.采用该相似材料进行大型深部软岩巷道模拟试验.结果表明:模拟的深部软岩巷道在开挖后因原岩应力解除具有一定的变形,而模型巷道底鼓和顶板下沉现象除受预加高应力和连续载荷影响外,巷道的左右边墙破坏对巷道顶底板结构稳定性也有影响;且巷道四周围岩变形破坏呈现非对称性特征.此研究成果可为进一步分析巷道围岩损伤及破裂演化规律奠定基础,也可为巷道支护设计,围岩控制等工程实践提供依据.     

深部暗斜井大变形破坏机理及其控制技术研究

深部软岩巷道常处于“三高一扰动”复杂环境中，其大变形一直是支护难题。针对新元煤矿轨道暗斜井掘进期间大变形问题，实测分析巷道变形破坏特征，建立UDEC数值模型，利用实验室测试结果和GSI法校正模型参数，基于“应力弱化系数”指标，反演巷道围岩变形及裂隙分布特征，揭示巷道变形破坏机理。研究结果表明：剪切裂隙首先出现在巷道围岩表面，而后向深部发育，拉伸裂隙滞后剪切裂隙出现，且分布围岩浅部区域，底板裂隙发育程度高，变形严重。提出“全锚索+反底拱+网喷混凝土”联合支护方案，工程应用结果表明，优化后的支护方案使围岩整体承载能力显著提高，顶底板及两帮最大移近量分别为126 mm、116 mm,有效地控制围岩变形，为类似深部软岩巷道支护设计提供有益参考。     

基于FLAC~(3D)的深部软岩巷道加强支护研究

为了对深部软岩巷道进行有效的加强支护,以淮南某矿2S101工作面的巷道为研究背景,理论分析了围岩破坏特征并提出了加强支护方案,利用FLAC3D模拟了加强支护后巷道围岩变形特征,对比加强支护前,巷道的顶底板及两帮的移近量均有显著减少,表明加强支护方案取得了良好的效果。在地下深部软岩巷道中,采取全面加强支护,可使巷道有效的维持稳定。     

兴安矿深部软岩巷道大变形控制对策

为了更好地控制深部软岩巷道围岩大变形破坏问题,通过现场调查和理论分析,得出了兴安矿深部软岩巷道围岩大变形破坏的主要影响因素包括工程地质条件差、地应力水平高、水解作用和原支护不合理.基于这些影响因素,建立了包括围岩结构优化技术、耦合支护技术、底板控制技术、冒落控制技术为核心的深部工程稳定性一体化耦合控制技术.工程实践表明,在深部复杂的软岩巷道支护中,采用一体化耦合控制技术,能有效控制深部软岩巷道大变形破坏.     

深部软岩巷道底臌蠕变控制数值模拟研究

深部软岩巷道底板具有强流变特征,引起深部软岩巷道底臌变形破坏的原因是多方面的.本文借助FLAC软件建立不同支护方案的计算模型,对深部软岩巷道底臌蠕变特征进行数值模拟研究,结果表明,全断面锚注支护在降低围岩快速蠕变的时间和速度,控制巷道变形、减小围岩塑性区范围等方面具有最佳的效果.     

深井高应力破碎软岩巷道过断层支护技术研究

针对深部软岩破碎巷道遇断层后,巷道围岩变形量增大、易造成顶板垮落、底鼓变形破坏剧烈等问题,对高应力软岩巷道过断层支护机理进行了研究。通过采用数值模拟与现场实践相结合的方法,确定“金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的综合支护方式。应用结果表明,巷道顶底板和两帮的变形量大大减小,有效控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形和底鼓,保证了巷道围岩稳定。     

棚锚注联合支护技术在软岩巷道中的应用

结合青东矿工程实例,分析了青东矿104回风大巷的围岩地质特性、变形状态和破坏原因,确立了棚锚注联合支护方案,采用该方案后围岩应力分布范围和塑性区都显著缩小;围岩变形量明显降低,巷道围岩两帮及顶底板塑性破坏范围显著减少,顶底板出现屈服后很快趋于稳定。该支护方案在解决软岩巷道变形和位移量大等问题上,取得了良好的效果。     

极破碎软岩巷道失稳机理与动态迭加耦合支护技术研究

基于赵庄矿极破碎软岩巷道长期矿压监测、围岩力学参数测试与矿物成分分析及松动圈测试等成果,分析了巷道围岩变形破坏的特点,揭示了极破碎软岩巷道变形失稳机理;针对该矿极破碎软岩巷道提出了由预留变形量、锚网索喷耦合支护、二次锚注加固组成的动态迭加耦合支护技术方案,并通过相似模型试验和井下工程实践对该技术方案的支护效果进行了验证。研究表明：通过预留变形量释放围岩中的变形能和高应力,顶板高预应力锚索、帮部高预应力锚杆和低预应力锚索实现“控顶卸压”,低压浅孔充填和高压深孔渗透注浆相结合形成积极有效的锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,底角和底板锚注有效控制巷道底鼓,从而实现对极破碎软岩巷道围岩变形的有效控制。     

非软顶底板煤巷锚杆支护及围岩松动规律

分析巷道围岩松动规律是优化锚杆支护的基础.通过对非软顶底板煤巷围岩松动特征与锚杆支护关系的分析,理论计算了非软顶底板煤巷围岩的松动范围,提出了非软顶底板煤巷锚网索耦合支护方案,运用数值计算分析了非软顶底板煤巷锚杆支护前后围岩松动规律,并对试验巷道围岩松动范围进行了钻孔窥视和超声波探测.结果表明:非软顶底板煤巷围岩松动范围在顶板两角及两帮中部,两帮呈半圆形破坏,顶板呈马鞍形破坏.锚杆支护后,围岩松动范围减小,围岩应力由顶板两角沿两帮向底板两角深部转移,顶底角锚杆(索)耦合支护利于巷道围岩的稳定.     

煤矿软岩巷道掘进支护技术研究

分析了软岩巷道围岩变形破坏特征及原因,根据软岩巷道破坏机理,对刘庄矿-560 m开拓大巷采用加大锚杆长度、加强锚索支护和优化支护密度等方式进行支护。对优化后的巷道支护方式进行表面和深部位移观测。数据处理和分析结果表明,优化后的支护能有效减少巷道变形及破坏。     

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。     

不同支护结构对深部巷道围岩变形的时效分析

为合理选择深部软岩巷道的支护形式和支护时机,采用有限差分软件FLAC3D,考虑围岩强度的时效性,分别研究了锚杆锚索主动支护结构、U型钢和壳体被动支护结构及反拱加底板锚杆支护结构对深部软岩巷道围岩变形的控制作用。结果表明:因围岩强度的时效性,岩体之间作用减弱,锚杆、锚索等柔性支护结构调动岩体发挥承载作用的能力降低,围岩变形明显;巷道前期剧烈变形后,因锚杆锚索具有一定围岩自身承载能力,施加刚性支护可有效控制巷道变形;底拱和底板锚杆有利于改善底板围岩受力环境以及控制巷道围岩变形整体协调性;注浆是改善围岩变形时效性的有效手段。提出初期以高预应力、高强度锚杆等进行支抗与卸压,后期以刚性支护及注浆进行加固的巷道支护对策。     

深部软岩巷道围岩变形规律及稳定性控制技术

以某矿IV621风巷为研究对象,采用现场调研、数值模拟和工程实践相结合的研究手段,对深部软岩巷道的变形机理及控制方案进行了分析,确定了该风巷的最佳支护方案,并应用于现场。结果揭示了破碎软岩巷道掘进期间巷道表面及巷道深部围岩移近量的时间效应;分析了锚杆支护、锚索支护和联合支护在控制围岩变形量的情况;现场实践中,巷道顶底板移近量缩小至95 mm以内,两帮移近量缩小至100 mm,符合煤矿安全生产的需要。     

深井软岩大变形巷道全断面卸压支护技术

针对深井软岩巷道长期大变形的特点,提出以"顶帮高预紧力让压锚索+底板卸压槽"为基础的深部软岩巷道全断面卸压支护技术,保证支护结构在提供高强度支护阻力的同时,能够适应围岩变形,避免被过早破坏。以车集矿28采区轨道巷支护工程为例,采用全断面卸压支护技术最终控制了围岩变形,维护了巷道稳定性。     

不同侧压系数下深部软岩巷道稳定性分析及控制

针对深部软岩巷道围岩大变形、岩体破碎及支护体损坏等控制难题,研究了不同侧压系数下深部岩巷围岩响应特征及支护技术。以邢东矿1126工作面运料车场为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法分析不同侧压系数下深部直墙拱形岩巷围岩应力、偏应力第二不变量和塑性区的分布特征,得出深部软岩巷道失稳机制为:开挖引起浅部围岩应力集中、较深部围岩高畸变能积聚→岩层剪切错动→高畸变能释放→扩容大变形。基于提高浅部围岩承载强度,并适度释放围岩高畸变能原则,提出密集长锚杆索+强金属网+二次喷浆的支护技术。井下试验结果表明,该技术能够有效控制深部软岩巷道的变形破坏,保证巷道稳定。     

动静载荷下深部开挖巷道围岩变形破坏特征及支护优化

为了研究动静载荷对深部开挖巷道围岩变形破坏的影响规律,以马家田煤矿深部回采巷道为研究对象,运用FLAC^3D数值软件对动静载荷下深部开挖巷道围岩力学响应进行了分析,并结合现场巷道实际提出支护优化方案。结果表明：动载荷作用下巷道围岩变形破坏范围较为充分,硬岩中主要发生拉伸破坏,软岩中主要发生剪切破坏。巷道围岩最大垂直位移与破坏深度随巷道开挖距离的增加而增加。新的支护措施较好地控制了围岩变形,保证了矿井的安全生产。研究成果可为相同或相似条件下深部巷道围岩稳定性控制及支护设计提供参考和借鉴。     

预应力注浆锚索技术在软岩巷道底臌治理中的应用

底臌是巷道破坏的主要形式,复杂软岩巷道支护的重点在于巷道的底板。针对平庄煤业集团公司六家煤矿北翼运输大巷松软、破碎、复杂围岩条件的巷道底臌难以控制的问题,提出了化学注浆与底板全长预应力锚索联合支护的方案,研发全长预应力锚索、双液风动注浆泵、底板锚索专用钻机等软岩巷道全长预应力底板锚索与注浆加固的成套支护技术,充分发挥了锚索支护的主动性及整体效能,取代传统的金属底梁和砼反拱治理底臌方法,实现一次支护就能有效控制围岩变形与破坏,避免巷道的二次支护和返修。该项技术是软岩困难巷道防治底臌技术的突破,为矿井高效安全生产提供了可靠的技术手段。