煤层巷道顶板岩层锚固机理模拟试验

以剪胀锚固理论为指导,视矩形巷道顶板岩层为层状块体结构,根据锚固岩层结构面的剪胀力学特性,选用层状块体材料构建相似模拟试验模型。通过物理模拟实验,分析研究煤层巷道顶板岩层预应力锚固系统中锚杆的受力状态及其加固机理,得到预应力锚固系统中相关参数间的力学关系。     

回采煤巷大厚度泥质层状顶板失稳机理及控制对策

针对具有强度低、层间作用弱、分层厚度小而累计厚度大等属性特征的大厚度泥质层状顶板易变形、难支护特点，以赵庄矿33053回采煤巷为工程背景，根据煤巷工程地质环境、支护方式及顶板失稳特征，构建煤巷顶板岩梁文克尔地基模型并求解出挠度表达式，分析了煤巷顶板岩梁挠曲下沉特征及其关键影响因素，揭示了煤巷大厚度泥质层状顶板的失稳机理。基于锚杆(索)的组合和压缩效应提出了结构与预应力均连续的顶板梁-拱耦合承载结构，阐明了浅部岩层组合压缩承载梁结构与深部岩层压缩承载拱结构的形成机制及二者间的耦合作用机理。现场工程应用结果表明：大厚度泥质层状顶板煤巷采用不同长度预应力锚索配合锚杆支护，在整个使用周期内围岩变形量明显减小、锚杆(索)破断率显著降低，有效确保了煤巷围岩的稳定性。     

多软弱夹层的巷道顶板稳定特性及支护设计

建立了多层软弱夹层条件下巷道坚硬层状复合顶板的力学模型,分析了其结构特征、离层破坏机理及判据,基于关键层理论、组合梁理论和悬吊理论的基本原理提出了巷道顶板锚固支护参数的计算方法。研究表明:含多个软弱夹层的坚硬复合顶板由于顶板岩层的离层导致顶板刚度降低从而致使顶板下沉、破裂、冒落;顶板岩层的离层状况主要由各层的弯曲挠度的差异性所决定;通过锚杆形成的顶板组合梁需要具备足够的组合强度,否则很容易和老顶发生离层并造成岩梁两端发生弯曲断裂或剪切破坏而形成简支梁结构,最终使岩梁失稳冒落;合理的顶板锚固参数尤其是预紧力设计对于控制巷道顶板岩层的失稳作用明显。     

煤巷层状顶板锚杆组合铰接拱支护机理数值模拟研究

离散元模拟表明锚杆支护回采巷道层状结构顶板形成组合铰接拱结构，锚杆支护机理相应称为组合铰接拱作用。竖直方向地应力使顶板岩层形成铰接拱结构，水平地应力是拱铰压碎的主要力源。分析了侧压力系数、锚杆长度、岩层厚度等因素对顶板稳定性的影响规律，表明当最大水平地应力可造成顶板破坏而最小水平地应力不能造成顶板破坏时，调整巷道走向与最大主应力平行有利于顶板稳定；锚杆长度为巷道跨度的1／2是合适的。     

基于有效锚固层厚度的煤系巷道顶板叠加梁支护理论及应用

通过对巷道顶板岩梁的变形及破坏特征分析,确定了顶板岩层失稳的宏观过程;针对煤系巷道顶板沉积岩层的分层特征,建立了煤系巷道顶板叠加梁力学模型,基于其协调变形及共同承载特性,求解出了叠加梁中各分层岩梁等效承载应力、层间作用力以及锚杆(索)支护强化参数,揭示了锚杆(索)对叠加梁结构的支护作用机理,即优化不同抗弯刚度的各层顶板...     

复合顶板巷道组合三铰拱断裂形成的力学机理

为了揭示软弱夹层引起顶板分阶段破坏的力学机理,采用数值模拟的方法揭示含软弱夹层(煤线)的复合顶板巷道变形和破断规律,通过建立巷道复合顶板破断结构模型,确定复合顶板断裂的力学条件,并通过现场探测进行验证。研究表明:复合顶板中软弱夹层的破坏是致使顶板变形和破断的主要因素,复合顶板变形破坏过程大致可分为"嵌固梁形成→叠加组合梁形成→组合三铰拱形成"3个阶段;当复合顶板各岩层的屈服跨距小于等于巷道实际跨度时,复合顶板将破断形成组合三铰拱结构。     

45°倾斜岩层巷道围岩变形破坏的FLAC3D数值模拟研究

深部倾斜岩层巷道大变形事故频发，为研究45°倾斜岩层巷道围岩变形破坏特征和作用机理，采用FLAC3D数值模拟方法研究45°倾斜岩层巷道围岩变形和破坏过程，得到该类型巷道围岩位移场、应力场和塑性区分布特征云图，数值模拟分析得到的巷道变形趋势与工程现场结果一致。研究得出：巷道变形过程中会引起一定范围的岩层滑动；巷道附近岩层法向变形不协调导致巷道周围岩层弯剪破坏，破坏后形成的机动结构体系是巷道变形和失稳的直接原因。根据围岩的变形和应力分布特征对巷道进行合理开挖和有效支护，可为类似工程的巷道支护提供可靠参考依据。     

薄层状煤岩体中巷道的不均匀破坏及封闭支护

煤矿巷道常布置于薄层状煤岩互层中,围岩表现出非对称和不均匀性的破坏特征,采用常规的开放式对称支护技术方案效果较差,不利于此类巷道的长期维护.结合淮北矿区孙疃煤矿频繁穿越煤岩层区的巷道工程,总结了包括肩角失稳破坏、一帮内挤、底板(梁)凸起及全断面失稳等多种不均匀破坏特征,并分析其主要影响因素;提出以锚杆、锚索、注浆等主动支护为主体构建整体封闭式支护,辅以结构补强的技术原理,通过锚杆与锚索预应力的协同作用、锚固体与围岩注浆的相互强化作用、锁腿与U型钢拱形支架的结构补强作用等形成协同支护效应,以有效控制穿煤岩层区层状围岩巷道的不均匀破坏.采用顶帮锚架注、拱脚连续锁腿约束及底板钻锚注等方法合理实施巷道全断面加固,并在孙疃煤矿埋深570 m穿煤岩层区域巷道应用,巷道稳定后围岩收敛变形控制在180～220 mm范围,保障了施工安全和长期稳定.     

煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级

针对同一巷道不同区域复合顶板垮落问题,建立了巷道复合顶板岩层过梁结构力学模型,获取巷道顶板岩梁破断失稳形态和极限条件,提出了巷道复合顶板岩层失稳判别方法,探讨了巷道复合顶板破坏失稳与岩层定量关系影响因素,建立了巷道复合顶板冒顶隐患级别划分指标体系,给出了隐患分级方法,将巷道冒顶高度作为冒顶隐患的分级指标,开发了巷道复合顶板稳定性判别软件,掌握了石圪台矿2-2煤顶板冒顶隐患级别区划特征,给出了基于巷道冒顶隐患分级的回采巷道顶板支护参数设计方案,实现差异化支护设计的同时,减少支护材料浪费,降低高冒风险巷道的事故发生概率。     

深井复合顶板半煤岩巷稳定性控制研究

针对淮南矿务集团谢一矿5132工作面运输顺槽的地质条件,分析深部复合顶板巷道围岩破坏特点,考虑岩层中软弱层,分析有倾角复合顶板巷道受力特征,认为倾角较大时顶板在巷道中部运动剧烈导致巷道失稳,提出用非对称支护设计,对围岩采用高强锚网索支护,充分利用围岩自身承载能力,控制巷道变形破坏。     

深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术

针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷易冒顶、大变形、难支护等特点,基于锚杆和锚索支护理论,提出了兼具组合梁和组合拱承载效应的梁-拱锚固承载结构,分析了梁-拱锚固结构的几何特征,揭示了不同锚固参数条件下梁-拱锚固结构的形成过程及演化规律,反映了不同支护形式下煤巷顶板的锚固结构效应。采用FLAC~(3D)模拟研究了4种支护技术方案条件下深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩位移与塑性区损伤扩展演化规律,揭示了不同支护技术方案对矩形断面煤巷围岩的控制效果,验证了采用基于梁-拱锚固结构的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护技术方案的合理性,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"梁-拱锚固结构"支护技术方案有效地控制了深部软弱破碎复合顶板煤巷离层与大变形,维持了深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

Study of dynamic pressure roadway supporting scheme under condition of thick composite roof

This paper analyzed the strata behaviors of solid-coal roadway, gob-side entry driving and deformation law of surrounding rock in depth under high stress and thick composite roof based on the dynamic pressure roadway as engineering background in Fengcheng mining area, Jiangxi province. The results, both field measurement and numerical simulation show that gob-side entry driving results the deformation of coal roadway main wall, however, entity-coal roadway driving results deformation of main roof and floor. The maintenance state of gob-side entry driving is better than entity-coal roadway, this situation is relevant to thick composite roof layered and easy collapse characteristics. At the same time, this paper put forward and proved proper dynamic pressure roadway supporting scheme under the surrounding rock condition and stress environment.     

回采巷道顶锚杆支护设计中三个不容忽视的重要参数

首先介绍了按组合梁理论进行回采巷道顶锚杆支护设计中存在的问题,对回采巷道顶板进行受力分析,在考虑煤岩层倾角的情况下推导出组合梁厚度新的理论计算公式。其次,对巷道跨度进行了详细的分析,并给予明确的界定。最后,对锚杆的锚固长度进行分析,严格区分了锚杆的理论锚固长度和实际锚固长度,并给出了各自的理论计算公式,明确指出在锚杆长度设计中所指的锚杆锚固长度其实应该是锚杆的实际锚固长度。以上问题是煤矿企业在回采巷道顶锚杆支护设计中长期存在的现象,文章对其进行明确界定及补充完善,对现场锚杆支护设计具有十分重要的意义和理论参考价值。     

两煤层坚硬顶板联动冲击致灾机制

针对宽沟煤矿"3·7"、"3·8"震动事件呈现短时间隔"连锁"效应的现象,采用现场实测方法研究两煤层开采后的岩层结构特征,采用理论分析、微震监测的方法分析了两煤层开采形成的结构形态与失稳演化过程,基于数值模拟方法揭示了两煤层开采坚硬顶板联动效应引起的煤体应力演化过程,提出了两煤层联动冲击致灾机制.研究表明:I01020...     

极近距离煤层下位巷道变形机理及控制

为了解决极近距离煤层下位巷道围岩维护的难题,以山西蒲县北峪煤矿工程地质条件为背景,通过数值计算研究了极近距离上位煤层采空区下底板岩层的应力分布规律及下位煤层巷道变形破坏特征,确定了下位巷道顶板控制原则,并对不同顶板控制方式进行了现场测试;在此基础上,提出了基于水力膨胀锚杆全长锚固和顶板超前插管法的三维联合控顶技术,并依据力学计算和现场测试结果确定了关键参数。工业性试验表明,研究开发的控制技术对极近距离煤层下位巷道围岩的控制作用显著,巷道整体维护状况良好,给类似条件下的巷道围岩控制提供了有益的参考。     

巷道顶板岩层冒顶隐患分级技术研究

为了对巷道层状顶板岩层失稳破坏机理进行深入分析,确定巷道顶板岩层冒顶隐患分级,分析了冒顶机理,主要包括稳定岩层厚度变化、锚杆锚索的锚固段位于软弱夹层内、顶板存在小断层、岩层内生节理发育、构造引起巷道应力集中等因素,然后确定了破裂高度分级指标,研究了冒顶隐患分级方法,并以某煤矿为例,分析了该煤矿顶板冒顶隐患分级。研究对发现巷道内高冒顶风险区域以及控制和预防巷道冒顶事故的发生具有重要的意义。     

巷道复合顶板变形破坏特征与冒顶隐患分级

煤层顶板岩性复合及分层厚度变化大,稳定性差异显著。针对巷道层状复合顶板条件,采用现场探测、数值模拟、理论分析等方法,研究了顶板岩层结构分类、顶板变形破坏特征与平衡结构及冒顶隐患评价。研究表明:巷道复合顶板岩层结构可分为坚硬岩层、软弱岩层、下软上硬、下硬上软、软硬渐进、硬软相间及软硬相间等7个类型。对于较差的顶板岩层结构,在层面和节理影响下,巷道顶板下位分层形成离层、随动稳定状态的铰接岩块结构及亚稳定状态的裂隙弯曲结构,其范围和承载能力与顶板岩层结构类型有关,顶板变形和锚索延伸量呈现不协调性。采用锚索是否破断失效作为分级指标,建立了冒顶隐患的分级方案,划分了典型顶板岩层结构的隐患等级,对3个级别的冒顶隐患进行了安全评估。     

采空区下煤巷锚网索支护技术研究及应用

为了解决古汉山煤矿采空区下煤巷支护困难问题,系统分析了以往被动支护情况下巷道变形破坏的原因,基于覆岩破坏规律和胶结再生顶板特征,结合锚杆支护的组合梁理论和悬吊理论,提出了有针对性的锚网索主动支护方案,设计了顶板“双工钢锚索梁+短梁”支护结构,并进行现场应用实践。结果表明：采空区下煤巷锚网索支护技术的应用,实现了矿井下分层巷道支护形式由被动支护向主动支护的转变,提高了巷道支护强度,实现了大断面下分层煤巷一次支护成巷,且支护效果良好,能有效控制巷道围岩变形,可为类似条件下的巷道围岩控制提供参考。