“三软”煤层巷道协同支护数值模拟研究

为了解决"三软"煤层巷道支护困难严重的问题,运用数值模拟方法对"三软"厚煤层沿底托顶煤支护技术进行了分析研究,结合平禹一矿"三软"煤层巷道的地质条件,分析了"三软"煤层巷道变形的破坏特征和影响因素;根据该矿二1-13110工作面地质条件,运用FLAC3D数值模拟软件分析了不同支护结构下巷道的位移量、主应力和围岩塑性区的变化规律。数值模拟结果表明:巷道在主被动协同支护的条件下,支护结构能充分发挥协同作用,支护效果改善明显。     

三软煤层沿底托顶煤巷道数值模拟研究

三软煤层巷道支护困难严重影响了矿井的安全高效生产。运用数值模拟方法对三软厚煤层沿底托顶煤支护技术进行了分析研究。根据平禹一矿三软煤层巷道的地质条件,分析了三软煤层巷道变形的破坏特征和影响因素,并根据该矿二₁-13110工作面地质条件,运用FLAC^3D数值模拟软件分析了不同支护结构下巷道的位移量、主应力和围岩塑性区的变化规律。数值模拟结果表明:巷道在主被动协同支护的条件下,支护结构能充分发挥协同作用,支护效果改善明显。     

软岩巷道围岩控制数值模拟

赵固二矿软岩巷道变形严重,采用数值模拟软件FLAC3D,对工钢棚+喷浆+注浆支护下的巷道围岩应力、位移特征和塑性区范围进行了计算分析。结果表明,随着侧压系数地增大,围岩位移、应力和塑性区范围都有增大的趋势,且塑性区由巷道两帮向顶底板转移。现场试验结果表明,采用工钢棚+喷浆+注浆支护,巷道两帮移近量和顶板下沉量分别为145和112 mm,围岩控制效果较好,为类似条件下的巷道支护提供了参考依据。     

加固底板对深部软岩巷道两帮稳定性影响的数值分析

通过数值计算，研究了底板支护和注浆加固底板后深部软岩巷道两帮围岩的稳定性.计算结果表明，加固软弱底板后巷道两帮围岩变形量减小，尤其是巷道两帮下部围岩变形量减小幅度较大，两帮围岩塑性区范围和软化区范围缩小，两帮围岩主应力升高区范围缩小，主应力峰值区域更加靠近巷道周边.从而得出：加固软弱底板有利于提高深部软岩巷道两帮围岩稳定性.     

汾源煤业"三软"巷道掘进稳定性控制技术

针对汾源煤业5-1021巷道所处的"三软"煤层的特殊地质条件,分析了巷道在"三软"环境下变形破坏的机理,确定了改善围岩整体强度和支护方式的整体思路,采用锚网索+注浆加固的方式控制巷道围岩。应用效果表明,5-1021巷道两帮移近量稳定在47 mm、顶底板移近量稳定在28 mm,变形收敛速率逐渐降低,巷道控制效果能够满足矿井生产需求。     

松软厚煤层煤巷锚杆索支护作用研究

巷道支护问题是煤矿地下开采的主要问题之一。在掘进工作面中，由于煤巷的围岩性质软弱、巷道变形量大，巷道支护也更为困难。以高河矿井E2303工作面胶带巷为研究对象，结合矿井生产地质条件，采用理论分析与数值模拟相结合的方式，分析并计算了巷道开挖后的顶板塑性区范围为2.47 m,巷道两帮塑性区范围为1.72 m;利用FLAC^3D软件模拟巷道在无支护与高预紧力锚杆索支护下的变形破坏情况。结果表明，巷道顶板及两帮变形远大于底板变形量，采用锚杆索支护后，巷道顶板及两帮塑性区范围及形变量明显减小：巷道顶板下沉量减少了49%,两帮移近量减少了44%。结合现场情况及数值模拟结果，设计了E2303工作面胶带巷支护方案并进行现场应用。应用结果表明，巷道在变形稳定后顶板下沉量为36 mm,两帮移近量接近，平均为28 mm,支护效果显著。     

贺西煤矿三采区运输巷扩刷变形分析与控制

基于扩刷施工后大断面巷道围岩控制难题,以贺西煤矿4#煤层三采区运输巷扩刷施工为研究背景,理论分析了扩刷后大断面巷道围岩控制难点,采用FLAC3D软件模拟了运输巷扩刷前后围岩铅直应力与塑性区的分布与演化特征。结果显示:扩刷后巷道围岩铅直应力集中区及塑性区分布范围明显增大,巷道浅部围岩存在3.5m厚连续均匀分布的"塑性环"。据此,提出锚杆索+注浆+U型钢棚等联合支护技术,锚杆支护后在巷道浅部围岩形成厚度为1.6m的预应力拱形承载结构。试验表明:巷道顶底板与两帮最大移近量分别为218mm和165mm,扩刷后巷道围岩变形得到了有效控制。     

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。     

大倾角软岩回采巷道围岩失稳特征及支护分析

通过对大倾角煤层软岩回采巷道失稳特征的理论分析,建立了大倾角煤层软岩回采巷道围岩失稳状态方程,结合耦合支护思路分析,提出了大倾角煤层软岩回采巷道耦合支护方案,并运用数值计算、相似模拟实验及现场支护试验监测对回采巷道耦合支护方案进行综合分析。结果表明:回采巷道顶板失稳呈弧形非对称破断,两帮失稳主要表现为三角形破断体剪切滑移,破坏严重处位于帮角上部,顶板偏中上部破断是围岩失稳诱发点,围岩稳定性与煤层倾角、剪切面长度及煤岩体物理力学参数有关。巷道支护后,沿煤层倾向围岩塑性破坏区较小,顶板离层量保持在合理范围内,提高两帮支护强度利于巷道围岩稳定。     

三软煤层多次采动下巷道支护技术

为解决急倾斜三软煤层多次采动巷道的支护技术难题,基于赵家坝煤矿工程地质条件,对该类巷道的合理支护技术进行了研究.通过现场实测和数值模拟分析了巷道变形破坏的特点,分析得出了巷道围岩岩性差、应力高以及支护结构与参数不合理是巷道变形破坏的主要原因,根据围岩松动圈支护理论提出了应采用以"锚梁网+锚索"为主体的支护形式,并对巷道关键部位加强支护实施动态叠加支护,确保巷道的稳定.结果表明:采用以"锚梁网+锚索"为主体的支护方式,多次采动巷道顶底板移近量不超过250 mm,两帮移近量不超过200 mm;巷道支护15 d内,锚杆锚应力迅速增加,以后基本稳定在2～3 MPa,表明该支护方案是合理的,可以有效控制巷道围岩的变形和改善巷道围岩的受力状态.     

下山穿煤巷道的围岩应力分布及变形破坏规律

基于新光集团淮北刘东煤矿下山穿煤层巷道的地质赋存条件,采用UDEC数值模拟方法,分析了埋深、煤层厚度、水平地应力及岩层角度对巷道围岩的应力分布及变形破坏规律。分析结果表明,顶底塑性区是沿着垂直于岩层的方向分布,两帮塑性区是沿煤层分布的方向分布;巷道围岩中的煤体最易发生破坏,且煤层越厚破坏就越严重;随着埋深增加,巷道表面位移量显著增大,塑性区范围扩大,顶底板的破坏程度尤为明显;随着侧压系数的增加,巷道围岩塑性区的分布范围由两帮向顶底板转移,造成巷道两帮塑性区范围呈缩小的趋势,而巷道顶底板、两底角、两肩的围岩塑性区范围呈扩大的趋势;随着岩层角度的增加,垂直应力分布由“椭圆形”分布向“矩形”分布转变,两帮煤体内的塑性区范围有明显的增加,底板变形破坏程度加大。     

大断面不稳定岩层巷道支护技术研究

紫晟煤业2-1012巷采用数值模拟方法分别对三种支护方案下巷道围岩塑性区及变形量进行分析,得到最优支护设计参数.模拟结果表明,巷道围岩稳定性受锚杆锚固力影响较大,增大锚固力可以控制塑性区的发育,达到控制巷道围岩稳定性的目的.工作面回采期间,对巷道顶板及两帮位移量监测结果表明,巷道顶板最大移近量为92.4 mm,两帮最大移近量为70.2 mm,巷道围岩变形量基本位于合理范围内,现有支护能够保证巷道围岩稳定性.     

弱胶结软岩巷道断面形式及支护优化研究

为研究弱胶结软岩巷道最佳断面结构形式及相应支护措施,以新疆伊犁四矿区弱胶结软岩巷道为工程背景,对巷道断面形式多样、支护措施难以确定的特殊工况进行探究。结合FLAC3D数值软件,分析复杂地质条件下不同断面形式及相应支护措施下弱胶结软岩巷道的围岩变形及塑性区发展规律。研究表明:弱胶结软岩巷道中不同断面形式的选取对巷道围岩变形及塑性区分布有较大影响,其中矩形巷道围岩变形最为严重;对比五种断面形式的围岩变形量及塑性区分布范围,选定马蹄形断面进一步分析不同支护措施下巷道围岩的变形特征及塑性区发展规律,并与现场监测结果对比分析,提出适用于弱胶结软岩巷道的支护方式,即"二次锚网喷+预应力锚索"支护。     

基于3DEC的深埋软岩煤巷U型钢支架-锚网索耦合支护

以某矿三采区运输下山为工程背景,基于原锚网索支护巷道变形破坏特点和原因,提出了深埋软岩煤巷U型钢支架-锚网索耦合支护技术,并利用3DEC数值模拟分析其围岩应力、位移、塑性区等特征。结果表明:相比于原支护,巷道两帮及顶板浅部围岩应力明显增加,变形量、塑性区深度降低显著,顶底板移近量108.56 mm、两帮变形量61.39 mm、最大塑性区深度3 m,支护效果显著;现场巷道顶底板和两帮变形量为115.95 mm和67.00 mm,顶板离层基本为0,验证了支护技术的可靠性。     

北峙峪煤业大断面巷道分步开挖及围岩控制技术研究

针对北峙峪煤业15号煤层一采区胶带巷在原有掘进工艺及支护方式下围岩变形量大的问题,通过数值模拟分析巷道采用不同掘进工艺时围岩位移及塑性区的分布状态,确定巷道采用分步开挖进行掘进作业,将模拟结果与工作面具体地质条件相结合对支护方案进行了优化设计。监测结果表明:优化后的掘进工艺及支护方案实施后,顶板下沉量为17 mm,两帮移近量为37 mm,保障了巷道围岩的稳定。     

孤岛煤柱下破碎软岩巷道支护技术研究

为解决孤岛煤柱下破碎软岩巷道支护困难的问题,针对许疃煤矿82联络巷地质条件和巷道变形破坏特征,分析巷道失稳破坏的原因,提出了棚-索协同支护+全断面注浆加固+底板高强锚网索支护的全断面联合支护技术。结果表明:该支护技术能减小巷道围岩塑性区和低应力区,并能改善U型钢支架受力状况。82联络巷围岩变形在25 d后趋于稳定,两帮移近量最大为58 mm,顶底板移近量最大为35 mm,有效控制了巷道围岩变形,保证了巷道长期正常使用。     

采动影响下煤层上山巷道支护技术

为解决采动动压影响下煤层上山巷道围岩破碎严重、变形大等支护难题,采用现场调查、理论分析及数值计算相结合的方法,分析得出了在采动支承压力作用会使煤层上山巷道围岩岩性变差,破碎区和塑性区范围增大,致使围岩发生强烈剪胀变形的矿压显现特征,从提高围岩强度、支护阻力和支护承载结构的稳定性3方面研究了此类巷道围岩控制机理,提出了U型钢支架基本支护＋锚索结构补偿的新型支护技术,应用结果表明：对前修后扩的煤层上山巷道两帮最大位移量仅160 mm,顶底板最大位移量180 mm,表明了提高围岩强度、支护阻力和支护承载结构的稳定性可以有效地控制此类巷道围岩强烈变形。     

沿空掘巷围岩支护技术在白家庄煤矿的应用

以焦煤集团白家庄煤矿为工程背景,结合其坚硬煤层等特殊地质条件,设计两种支护方案,分析不同支护参数下巷道围岩塑性区分布情况和位移分布情况,确定支护方案,通过现场实测分析沿空掘巷围岩巷道两帮和顶底板的位移情况,达到了支护要求。     

软岩巷道围岩变形与分区控制技术研究

复杂地质条件下软岩巷道围岩稳定控制是技术性难题。以现场实测为主、理论分析为辅的研究方法，构建了非等压巷道围岩弹性-损伤力学模型，对荣华矿西翼运输大巷围岩变形特征及控制方法进行了研究。研究结果表明：断层形成后，水平应力和初始水平应力比值为4.3～8.5;较小的内摩擦角、内聚力及较大的侧压系数对应较大的塑性区半径及较高的蝶形塑性区概率，塑性区半径扩展速度可间接表征蝶叶塑性区是否形成；对于易松动软岩，应在支护初期保持支护阻力及改善围岩性质；巷道前方水平裂隙较为发育，围岩整体变形量较小，两帮移近量和顶板下沉量分别在150 mm、40 mm以内，验证了分区支护策略及支护参数的合理性。     

大断面复合顶板回采巷道锚网支护技术

针对某煤矿大断面复合顶板回采巷道具体地质条件,采用理论分析和现场实践相结合的方法,对大断面复合顶板巷道支护方式进行了研究分析。理论分析得出,增大支护阻力Pb,可以控制巷道围岩塑性区的发展,而肩部和底角是巷道受力大、最容易破坏的位置。计算得出,巷道围岩最大破坏范围最大为1.39 m,结合现场实际确定顶板锚杆采用Ф20 mm的螺纹钢锚杆,长度为2.5 m,间排距为1 000 mm×900 mm。现场实测得出,工作面巷道顶底板移近量累积最大为108 mm,两帮移近量累积最大为98 mm,巷道顶板最大离层量为55 mm,支护效果良好,研究成果可为其他矿区大断面复合顶板煤层开采提供依据。