潞宁煤矿24102运输巷围岩控制技术优化及应用研究

为解决潞安集团潞宁煤业有限公司24102运输巷掘进初期围岩位移过大的问题,通过理论分析及钻孔窥视等方法研究表明,围岩位移过大的原因主要为围岩应力过大、软弱煤层坚硬顶板结构、回采动压影响及支护方案不合理。结合"携顶底,控两帮"的支护思想,提高锚杆锚索的预紧力,两帮增加锚索加强支护,现场围岩位移监测表明,采用优化后的支护方案,两帮移近量最大为360 mm,相对于原支护方案减小了约80%,顶底板移近量最大分别为261 mm、265 mm,相对于原支护方案减小约65%,围岩的位移量显著的减小,取得了良好的应用效果。     

浅埋煤层大断面巷道支护技术优化

鑫基煤业2号煤层回风大巷采用锚杆、锚索、钢筋网、钢筋托梁联合支护,巷道掘巷期间围岩出现明显的失稳破坏现象,通过分析,发现原有支护方案支护强度不足,将顶板和两帮锚杆改为规格为D22 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆,适当增加锚杆锚索的支护密度,现场应用后进行围岩位移监测,采用优化支护方案后的回风大巷两帮最大移近量为43 mm,顶底板下沉量最大为67 mm,回风大巷围岩变形得到了有效控制。     

云南疆锋铁矿Ⅱ~#矿段巷道联合支护方案设计

云南疆锋铁矿Ⅱ#矿段采用阶段空场嗣后充填采矿法进行矿体开采,矿体围岩虽为较坚硬岩组,但受构造影响,岩石较破碎,围岩稳固性较差。采用声波法对巷道开挖后的围岩松动圈进行了测试,得出该矿巷道围岩松动圈深度为1.8 m。在此基础上,采用FLAC3D数值模拟方法对该矿巷道在遇到不稳固围岩采用喷锚支护时,锚杆长度、间距、排距对巷道支护稳定性的影响进行了分析,对巷道通过断层破碎带时的支护方案进行了设计,并确定出了合理的支护参数。研究表明:(1)对巷道进行喷锚网支护后,巷道围岩塑性区明显减少,最大位移量仅为4.91 cm,远小于不支护情形下巷道围岩的最大位移量(16.5 cm),不支护时巷道位移最大值区域较大且连成片,支护后巷道位移最大值区域仅零星散布于巷道两帮及顶板,并未成片出现;(2)锚杆参数中,对巷道支护稳定性影响最大的为间距,其次为排距,再次为长度,该矿巷道在通过不稳固围岩时,宜采用喷锚支护,喷射混凝土厚度为10 cm,锚杆参数最优取值为长度1.8 m、间距0.6 m、排距0.8 m;(3)该矿巷道在通过断层破碎带时,宜采用超前锚杆+钢拱架的超前支护方案,管棚长5.59 m、直径30 mm、间距0.3 m、仰角4.3°、钢拱架间距0.6 m。     

基于3DEC的千米深井筒关键区域稳定性与支护研究

针对姚家山矿千米深井筒易变形和支护困难的现状,利用理论计算和3DEC数值模拟的手段,分析了深井各区段的应力应变分布规律,研究了千米深井筒开挖与支护的稳定性,并对比分析了不同支护方案对井筒稳定性的影响,验证了理论计算得到的井筒围岩位移与数值模拟结果相吻合;得到了井筒支护的4个关键区域:井深30~50 m、55~100 m、630~635 m、1 080~1 090 m区段。确定了井筒最优支护方案:在表土段及基岩风化带喷混凝土强度等级C50,厚度500 mm,井壁环向钢筋配筋率为0.4%;基岩段支护参数混凝土强度等级C50,井壁厚度700 mm,井壁环向配筋率0.15%。研究成果对深部矿井建设中的支护方案选择与围岩控制有参考价值。     

深厚冲积层薄基岩条件下沿空留巷支护技术研究

为解决某矿16041工作面原支护方案沿空留巷变形大、破坏严重难题,提出了顶板采用“16#槽钢梁+注浆锚索”、采空区侧采用“36U型钢+注浆锚杆”不对称耦合支护优化方案,基于理论分析研究围岩结构破坏形式,通过单元荷载法计算了留巷顶板与采空区侧围岩应力,最后开展工业性应用,验证优化后方案的合理性。研究表明：优化后支护方案顶板和采空区侧计算单元面荷载分别为351.85 k Pa和206.53 kPa;注浆锚索和注浆锚杆承载力分别为263.89 kN和199.08 kN,均小于注浆锚索（锚杆）极限承载力。根据对留巷数据监测,最大顶板下沉量为35.6 mm,较原支护方案减小了1.40倍;采空区侧最大移近量为29.6 mm,与较原支护方案减小了4.13倍;最大注浆锚索承载力为253 kN,与理论计算值误差为4.1%;最大注浆锚杆承载力为174 kN,与理论计算值误差为12.6%。位移量与支护承载力均在工程允许范围内,优化后方案支护效果良好。     

软岩巷道锁拱锚杆精细化数值模拟研究

锁拱锚杆是软岩巷道支护中拱架失效的常用防控措施,但是其参数设计缺少依据。为研究锁拱锚杆位置、长度参数对巷道支护效果的影响规律,以典型软岩巷道为工程案例,采用自主开发的锚杆-拱架联合支护精细化模拟技术开展了数值模拟试验。结果表明:无锁拱方案围岩变形量大,拱腿率先变形,随后与围岩分离,最终导致支护体系失效;而锁拱锚杆控制了拱腿内弯变形且防止了拱架与围岩分离,保证了支护体系的完整性,支护效果明显改善;巷帮内移量和塑性区体积随锁拱点高度H的增加呈现先减小后增大的规律且影响显著,支护效果随锁拱锚杆长度L的增大趋好但并不明显。基于研究结论确定了锁拱锚杆优化参数(H=1.0 m,L=3.0 m),现场实践表明效果良好。     

红柳林煤矿大断面切眼支护参数优化分析

针对红柳林煤矿煤大断面切眼支护设计,采用数值模拟和理论分析的方法,通过正交试验对锚杆(索)等支护参数进行了优化选取。结果表明,随着锚杆间排距的减小单根锚杆间形成的压应力区进一步叠加;随着锚杆长度的增加单体锚杆的有效压应力范围先增大后减小。通过分析锚杆支护形成的围岩位移场和压应力区,确定锚杆支护承载结构的结构薄弱处,并对其进行锚索补强支护,获得了优化后的支护方案。现场围岩变形的监测结果表明,巷道围岩变形得到了较好的控制,达到了预期效果。     

斜沟煤矿运输平巷锚杆支护效果数值模拟研究

为了研究巷道在不同支护形式下的受力状态和变形情况,分别对巷道在不同支护条件下的围岩应力和位移进行模拟研究。研究得出了不同支护时巷道围岩的应力和位移分布规律。巷道应用锚杆进行支护可以改变巷道围岩的应力分布状态,对顶板进行支护可以减小巷道顶板下沉量及底鼓量;对巷道两帮进行锚杆支护以后,巷道顶底板移近量稍有增加,两帮移近量大幅度减小。     

甘庄煤矿高应力巷道锚杆支护参数优化与应用

针对甘庄煤矿高应力巷道原锚杆支护效果不理想的情况,采用煤岩物理力学实验和数值模拟计算等方法,开展锚杆支护参数的优化。通过对不同锚杆间排距、锚杆直径、锚杆长度、锚索间排距的模拟支护效果分析,得出支护方案优化参数:锚杆间排距为900 mm×900 mm、直径为22 mm、长度为2.2 m,锚索间排距为2 000 mm×900 mm。将优化的支护方案进行现场试验,实测表明,巷道顶底板位移量下降了44.1%,两帮位移量下降了41.9%,优化后的锚杆支护系统可以更有效地控制巷道围岩变形,改善了支护效果。     

特厚煤层综放工作面回采巷道支护技术研究

为解决神新公司宽沟煤矿巷道支护问题,综合利用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对巷道锚杆支护方案进行优化。工作面开采过程中,运输巷受到超前垂直应力升高影响的范围约为55m,回风巷受到超前垂直应力升高影响的范围约为70 m,邻近工作面回采造成运输巷应力升高明显,回风巷围岩应力较低;针对2条巷道的应力状态及塑性区分布,分别设计了支护方案;优化支护方案较原支护方案,回风巷与运输巷顶板下沉量减小了20%和27%,工作面帮位移减小了44%和37%,煤柱侧位移减小了3%和15%。优化方案提高了巷道支护效果,且支护材料总成本降低10.1%,为神新能源公司宽沟煤矿的安全高效生产提供技术支撑和安全保障。