综采工作面软岩煤巷围岩变形原理及控制技术

为解决察哈素煤矿软岩煤巷受采动影响产生的围岩变形和支护困难问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析多次采动影响下巷道片帮和底鼓机理,得出护巷煤柱合理留设宽度,并在原支护方案的基础上设计31采区巷道改进支护方案。研究结果表明:该矿巷道底板为膨胀-挠曲复合型底鼓,煤柱片帮主要受煤柱尺寸影响。加大煤柱留设宽度至25 m可有效降低煤柱内侧向应力峰值和底板底鼓变形,减轻煤巷片帮;采用"补打底角锚杆+增加两帮支护密度+增加锚杆(索)长度"综合补强措施,可增强煤柱自承力和控制底鼓变形,有效控制现场围岩变形和破坏。     

深井高应力软岩巷道底鼓力学机理及控制技术研究

为解决林西矿深井高应力软岩巷道底鼓问题,论文通过理论分析和现场实测相结合方法,研究分析出了深井高应力软岩巷道底鼓力学机理及控制技术,得出了如下结论：(1)推导出了巷道两侧底板极限破坏深度、极限破坏宽度以及沿滑移面有效滑动力的计算公式;(2)判断出了林西矿1791-2工作面回风巷底板破坏为挤压流动性底鼓,全断面破坏鼓起形式;(3)分析出了巷道底鼓机理、底鼓原因以及控制途径;(4)提出了“顶、帮、底同治”控制巷道底鼓技术,顶帮采用高强预应力锚杆网+锚索支护,底板采用预应力锚索锚注加固+混凝土铺底技术;(5)现场工业试验表明巷道底鼓得到了有效遏止,能够满足正常使用要求。     

王洼煤矿软岩巷道变形破坏及支护对策

为了有效控制软岩回采巷道的变形破坏,对王洼1522-1工作面回采巷道进行了围岩结构、力学参数、岩石成分和现场监测分析。研究表明,巷道顶底板属遇水膨胀软岩,全煤巷道煤层内裂隙发育,端头锚固的长度对锚固支护的有效性差,难以形成有效的承载结构。现有支护条件下围岩应力不能保持平衡,巷道顶底板和两帮变形大,底鼓严重,满足不了软岩回采巷道围岩变形要求。在实验和实测的基础上,得到了软岩回采巷道的变形破坏原因,提出了全长锚固支护方式及合理参数,取得了良好的应用效果。     

超千米深井高地应力软岩巷道底鼓机理及支护技术研究

针对磁西超千米深井高地应力软岩巷道底鼓量大、难支护的问题,采用理论分析、数值模拟以及现场观测的方法分析了巷道围岩力学特征及形成底鼓的主要影响原因,提出了巷道围岩全断面U型钢支护和底板深浅部围岩锚杆(索)联合支护技术。现场实施效果表明总回风巷整体断面顶底板移近平均值为144 mm,移近平均速度为3.5 mm/d,两帮的移近平均值为124 mm,移近平均速度为3.1 mm/d,高地应力软岩巷道底鼓得到了有效控制。     

复杂围岩大断面回采巷道底鼓控制研究

 底鼓是复杂围岩环境下巷道破坏的主要特征之一。采用有限差分软件FLAC3D对清水营煤矿110202工作面辅助运输巷道底鼓进行模拟,分析其位移、应力分布特征,得出其底鼓力学机理：巷道开挖后,在巷道顶板中形成拱形承载结构,上覆岩层重量通过拱形承载结构传递到巷道两帮,在两帮产生应力集中,在两帮垂直集中应力的约束下,底板受水平挤压作用形成主被动塑性区,当底板塑性区围岩压力大于围岩强度时,巷道底板发生应力失稳,产生底鼓。提出复杂围岩环境下巷道底鼓控制的“顶板—两帮—底板”系统结构支护方式,试验结果表明该支护方式取得了良好的底鼓控制效果,取得了显著的经济和社会效益。     

深部高应力回采巷道变形破坏机理与控制技术

针对深部高应力回采巷道变形破坏严重与难控制的问题,以任家庄煤矿210504工作面回风巷为工程背景,研究了其变形机理和稳定性控制技术。对该工作面运输巷的变形破坏代表性地段进行了现场调查,发现该巷为典型的深部高应力回采巷道,变形破坏特征为强烈底鼓、两帮严重内挤、顶板整体下沉;采用数值模拟的方法研究了巷道围岩的变形破坏机理,认为该巷的变形破坏是由低预紧力锚杆支护体系不能控制深部高应力巷道围岩所导致;对210504工作面回风巷提出了“锚杆+锚索+W钢带+锚网”的综合支护方式。工程实践表明,巷道底鼓量为220 mm左右,两帮移近量262 mm左右,分别比原支护方案降低59.1%和40.2%左右,巷道围岩保持稳定。该研究成果可为该矿或同类矿井的稳定性控制提供借鉴。     

回坡底煤矿工作面运输巷复合型底鼓机理研究

以回坡底煤矿11-1021工作面运输巷为研究对象。利用半平面无限体理论对11-1021巷上方10号煤层孤岛煤柱对底板岩层的应力集中进行了研究。根据11-1021巷底板岩层的实际情况,发现11-1021巷的底鼓类型为挠曲褶皱性+挤压流动性的复合性底鼓,其底鼓机理较为复杂,对11-1021巷的复合型底鼓进行了具体分析。研究结果表明:孤岛煤柱造成的应力集中使得11-1021巷的水平应力达到19.6 MPa,较大的水平应力作用是巷道发生底鼓现象的原因之一。对于11-1021巷直接底的0.8 m铝质泥岩底板,根据压杆稳定理论得到失稳的临界应力为17 MPa,因此直接底会发生失稳鼓起。而对于11-1021巷厚度较大的基本底,利用滑移线理论计算得两帮处的支承压力峰值超过了底板岩层的极限承载力,会产生挤压流动性底鼓。同时,靠近孤岛煤柱一侧的支承压力峰值更大,在底板会形成较大区域的滑移线场,从而使巷道底鼓出现非对称性,并在远离孤岛煤柱一侧的底鼓量更大。     

开采扰动下底板巷道应力演化规律及围岩稳定性研究

为了研究开采扰动诱发底板瓦斯抽采巷围岩失稳问题,以龙凤煤矿5921底板瓦斯抽采巷为研究对象,采用数值模拟的方法分析了5921工作面开采过程中底板瓦斯抽采巷围岩应力演化过程及围岩变形破坏特征。研究结果表明：垂直应力在巷道跨度范围内随深度增加而增大,巷道位于工作面前方的位置,围岩应力分布特征大致相同,巷道位于采空区的部位,左帮岩体处于卸荷状态,而右帮岩体出现明显的应力集中现象;围岩变形在时空上相较工作面开采有一定的滞后,底板瓦斯抽采巷最大变形位置滞后于回采工作面10～30 m,工作面前方10 m范围内围岩变形呈增加趋势;底板瓦斯抽采巷位于采空区范围内的部位破坏以拉伸破坏为主,位于煤壁前方支承压力区的部位破坏则以拉伸-剪切组合破坏模式为主,巷道顶板垮落、底鼓的风险较大。     

内错尾巷围岩变形控制技术

针对阳煤二矿综放工作面内错尾巷受到强烈采动影响发生严重变形,分析了尾巷围岩变形破坏的原因,研究了尾巷围岩控制原理,提出了"采用分节组装式混凝土支柱将顶板压力传递到底板中央控制底鼓,同时减轻两帮受力,进而控制两帮的相对移近量"的高应力内错尾巷围岩控制技术,并应用于80704内错尾巷。试验表明,工作面回采过程中,在混凝土支柱加强支护段内未出现明显底鼓现象,支柱底端未插入底板,巷道断面积普遍保持在6.2 m2以上,顶底板相对移近量最大510 mm,两帮相对移近量最大130 mm。     

基于底鼓控制的软岩回采巷道合理护巷煤柱宽度研究

针对敏东一矿I0116306工作面回风顺槽在留设30 m保护煤柱宽度下,巷道底鼓剧烈的问题,采用现场监测、理论分析、数值模拟等研究方法,建立了朗肯土压力理论巷道底鼓力学模型,研究了巷道底板破坏深度的影响因素及不同煤柱宽度影响下煤柱的垂直应力分布和巷道底板塑性区分布形态。结果表明：煤柱内垂直应力集中系数是导致巷道底鼓的主要因素。当煤柱宽度较小时,煤柱发生失稳破坏,巷道底板发生大面积塑性破坏,最大破坏深度出现在靠近煤柱侧;煤柱宽度过大时,煤柱内垂直应力集中系数降低,煤柱内塑性区基本不再变化,巷道底板塑性区靠近煤柱侧有增大趋势。综合考虑资源回采率及巷道底板变形破坏规律,最终确定敏东一矿软岩巷道保护煤柱合理宽度为20 m。     

亭南煤矿东翼轨道大巷底鼓力学机制及控制技术

为解决亭南煤矿东翼轨道大巷底鼓问题,采用现场调查、围岩物化成分分析、吸水软化试验和数值分析等方法,研究了亭南煤矿软岩巷道底鼓特征、影响因素和变形力学机制。结果表明:底鼓主要是由于巷道底板岩层岩性软弱膨胀性强,底板在无支护状态下成为巷道变形和应力释放的主要空间,巷道底角软岩在两帮应力传递作用下产生剪切塑性大变形,向底板中部挤压形成底鼓。提出了底板隔水、加固、控制变形的治理原则,采用混凝土反底拱+金属焊接网+底角管缝式锚杆的支护形式,对底板进行加固。通过现场监测和数值分析,表明新支护能够改善底板围岩受力状态,切断底角剪切滑移变形,有效控制巷道底鼓变形。     

深部软岩巷道巷帮长锚杆支护技术

为了解决深部软岩巷道巷帮变形大、扩帮后需补打锚杆的问题,在赵固二矿1105工作面回风巷两帮进行了围岩破坏规律研究,结果表明,煤壁、煤柱帮的深部裂隙扩展区范围可达3.3 m,巷帮破坏深度较大,常规锚杆长度小,锚固段不能锚固到深部稳定的区域,难以有效支护巷帮。通过对长锚杆结构、力学性能及优越性分析,认为长锚杆更能有效控制深部软岩巷帮变形,据此,提出了巷帮长锚杆支护技术。在赵固二矿1105工作面回风巷的现场应用也表明,巷帮采用长锚杆支护技术后,两帮移近量较小,达到40~70 mm后即趋于稳定,长锚杆锚固力最终稳定在140~150 k N,支护效果良好。     

裕兴煤矿15109工作面回风巷支护技术研究

针对裕兴煤矿15108工作面回风巷顶板离层、两帮围岩变形破坏严重、巷道支护困难的问题,通过对15108工作面现场监测数据进行分析,研究15108工作面回采巷道围岩应力分布规律及变形破坏特征,在15108工作面回风巷支护方式基础上对相邻工作面15109回风巷锚杆支护参数进行设计、优化;通过FLAC~(3D)数值模拟软件模拟不同支护参数下巷道应力分布特征与巷道变形量,对比分析不同方案模拟结果确定合理的支护参数。结果表明:当锚杆预紧力不变,采用方案一、二、三时回风巷围岩都得到有效控制,支护效果比较明显;当锚杆间排距不变,锚杆预紧力越大巷道顶底板变化越小,支护效果越好。考虑工程需要及支护成本确定方案三中锚杆间距为800 mm、预紧力为80 k N为最优方案。     

基于爆破卸压的深部构造应力富水软岩巷道底鼓控制技术研究

底鼓是深部高应力软岩巷道常见的底板破坏形式,也是影响矿井安全高效生产的制约因素,更是目前千米深井亟待解决的关键问题。为解决深部高应力软岩巷道底鼓制约煤矿安全高效开采的现场问题,以平煤某矿-950水平回风大巷为工程背景,采用井下试验、物化分析、室内试验相结合的方法,从岩石强度和应力特征视角分析了围岩结构、矿物成分、水理作用、支护强度、原岩应力对巷道底鼓的影响机制,发现了高构造应力和水理作用是影响巷道严重底鼓的主要因素,揭示了该巷道的挤压流动性底鼓和遇水膨胀性底鼓机理。根据深部高应力软岩巷道底鼓机理分析,提出了基于底板爆破卸压的注浆加固底鼓联合控制技术,利用松动爆破技术阻断底板高应力传播路径,改善巷道围岩应力环境,释放底板压力;同时,利用注浆加固技术强化巷道底板围岩的承载力,提高底板抗变形能力。基于上述研究成果,提出爆破卸压+注浆加固的布置方案与参数,并进行了工业试验和底鼓变形监测。现场工业应用监测结果表明：采用底板松动爆破+注浆加固的联合支护方案后,巷道底板围岩处于稳定状态,底板在300 d内最大位移不超过310 mm,巷道底鼓变形量较无支护状态下减少了36.7%～49.0%,巷道底板未...     

深部软岩巷道底鼓治理实践

荣华立井-650m水平巷道围岩属于典型的高应力节理化膨胀性复合型软岩,变形量大,支护困难,维修量大;特别是底鼓较为严重,带动两帮变形量增大,常常造成巷道整体失稳.根据对巷道底鼓原因的分析,有针对性地采用了TRZ自进式中空注浆锚杆来治理底鼓,收到了较好的效果.这种锚杆集钻孔、注浆及锚固等功能干一身,施工方法简单,加固效果好,在矿井软岩巷道支护中具有极大的推广应用价值.     

高应力松软底板巷道底鼓机理及锚+桩控制研究

软岩底板巷道常表现出底鼓变形破坏,尤其是受采动和构造应力影响时底鼓尤为严重。以双柳矿3313抽采巷道为工程背景,采用解析分析、数值模拟的方法对巷道底鼓机理及稳定控制对策进行了研究。分析表明：构造应力使巷道围岩的水平应力增大2.1倍,采动影响使巷道围岩垂直应力增大2.1～3.5倍,由此导致巷道底鼓滑移破坏力增大2.45～2.91倍。提出通过增打两帮斜拉锚索以降低帮部垂直应力、增加底部钢板桩以降低底板水平应力的底鼓控制优化方案,研究表明：增加巷帮斜拉锚索可使两帮垂直应力降低15.1%,增加底部钢板桩使底板水平应力降低18.3%。采用优化的支护方案后,巷道稳定性的改善效果明显,巷道两帮收敛量减少73.6%,巷道底鼓量减少73.1%,塑性破坏区减少61.5%,实现了巷道整体稳定。优化的支护方案在双柳矿新掘抽采巷的应用取得了良好的效果,从而为高应力区松软底板巷道支护提供了借鉴。     

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。     

煤矿深部高地应力巷道软岩底板大变形的控制

基于深部高地应力巷道软岩底板底鼓大变形力学机理的分析,对某煤矿-800 m水平轨道巷底板失稳的力学机理进行初步探讨,提出轨道巷底板变形的力学模型。针对轨道巷底板两底角剪切滑移变形、中部拉裂变形的特征,拟采用分步联合的支护策略,重点控制变形失稳的关键部位(底角、帮角)。现场监测结果表明:按照所提方案进行支护后,有效降低了角部应力集中的程度,充分调动了深部岩体的承载能力,底板的非线性大变形得到了有效地控制,使整个巷道断面形成完整、封闭的支护系统。进而保证巷道围岩的长期稳定及矿井的安全生产。     

卸压巷道位置和尺寸对下部巷道底鼓影响规律研究

底鼓是一种在软岩巷道或深部煤炭开采各种巷道中经常遇到的现象。对于高应力下开采环境,巷道围岩受到高应力作用,顶底板及两帮均向巷道内侧移动,对巷道稳定性和安全造成巨大影响。开挖卸压巷可以有效减小巷道围岩的移近量,研究卸压巷布置方位和尺寸对其下部巷道变形情况的影响规律具有重要的工程指导意义。基于ANSYS数值模拟软件,针对这一问题进行了细致深入的研究,得到了卸压巷位置和卸压巷的几何尺寸对下部巷道两帮移近量和底鼓量的影响规律,从而为软岩巷道和高应力巷道的底鼓控制提供一定的工程参考。     

动压巷道围岩失稳机理及控制技术研究

针对太原东山煤矿目前巷道围岩控制存在的问题,对动压巷道围岩失稳机理及控制技术进行了研究,对其软岩及高应力软岩巷道变形破坏的机理及巷道围岩变形规律进行了分析。提出了设置底角锚杆、帮部锚索以及施加高预紧力锚杆等巷道围岩控制技术,并对帮部锚索控制进行了方案设计及分析。该围岩控制技术避免了底鼓现象,控制了两帮变形,提升了围岩物理力学性能。