深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验研究

为研究深井沿空留巷底鼓特征及其演化机理,以淮南顾桥煤矿深井沿空留巷为工程背景,利用自行研制的双向四面可调加载多功能相似模拟试验装置,开展典型条件深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验。结果表明:1)从开掘到报废整个期间留巷底鼓严重,掘巷期间就已产生底鼓,但底鼓主要发生在一次采动至二次采动期间;2)巷道底板深部岩体主要为压应变,浅部岩体呈现"拉-压"应变转变现象,且"拉-压"应变交界面随着沿空留巷时期的推移不断向深部移动;3)该地质条件下沿空留巷底鼓主要由压曲型底鼓、剪切错动型底鼓和挤压流动型底鼓复合而成,其破坏形态多以剪切破坏或拉剪破坏为主,又呈现出大变形和偏态特征;4)根据底鼓产生和发展情况,将底鼓演化过程分为滑移-弯曲线形成期、剪切错动破坏期、剪切破断期、挤压流动期、离层期5个阶段。基于底鼓变形特征及演化机理分析,提出应将深井沿空留巷底鼓防控纳入整个巷道围岩控制体系之中,并针对留巷不同阶段给出相应的防控对策,为深井沿空留巷提供指导。     

中兴矿沿空留巷无煤柱开采条件下底鼓规律研究

针对中兴矿多条沿空留巷开展了变形监测工作,结合一次回采、二次回采过程中巷道与工作面距离的空间关系,通过分析两次回采过程中巷道底鼓变形量的变化,研究了中兴矿沿空留巷无煤柱开采条件下的底鼓规律。研究表明:沿空留巷的底鼓变形主要由以下阶段产生:开挖及开挖稳定阶段、一次采动超前阶段、一次采动后阶段、二次采动超前阶段,其中一次采动后阶段与二次采动超前阶段是巷道底鼓产生的主要时期,产生的底鼓量占巷道使用过程中底鼓量的90%以上;沿空留巷在二次采动期间产生的底鼓变形远大于一次采动时期。建议在设计沿空留巷支护结构时,不仅要考虑一次采动的影响,更应充分考虑二次采动对沿空留巷围岩的影响。     

中厚煤层沿空留巷底鼓规律研究

以中兴矿3217材料巷和1205材料巷沿空留巷为工程背景,进行底鼓变形监测及规律分析,以得出中厚煤层条件下沿空留巷的底鼓变形规律。研究表明:中厚煤层沿空留巷底鼓变形可分为四个阶段:掘进及掘进影响稳定阶段、一次回采超前动压影响阶段、一次回采滞后影响阶段、二次回采超前动压影响阶段,后两个阶段是巷道发生底鼓变形的主要时期,在进行沿空留巷支护设计及底鼓控制时,需同时考虑一次回采和二次回采动压影响,综合来进行方案优化设计。     

深部沿空切顶巷道底鼓破坏机制及强化控制技术研究

为解决深部沿空切顶巷道的底鼓大变形破坏及频繁翻修维护问题,分析了深部沿空切顶巷道围岩应力环境的转变特征,基于滑移线场理论建立了不同应力扰动阶段下沿空切顶巷道的底鼓破坏力学模型,研究了不同应力扰动阶段巷道底鼓破坏机制,并开展了底板强化控制试验。结果表明：深部沿空切顶巷道的围岩应力环境转变可分为掘进后切顶前、切顶后一次采动及沿空留巷三阶段;在巷道两侧滑移线场的对称及非对称作用下,三阶段巷道底板分别呈小变形对称底鼓、采场侧高于实体煤侧的非对称底鼓变形及实体煤侧高于采空区侧的非对称大变形底鼓破坏;随采深增加,沿空切顶巷道底板支护荷载增加;底板限制性强化支护底鼓速率下降约33.3%,底鼓量可降低804mm,最适于控制深部沿空切顶巷道底鼓破坏。     

沿空留巷底鼓滞后规律的分析与研究

以乌兰木伦煤矿12407工作面主运顺槽沿空留巷为研究对象,通过理论分析、数值模拟及现场矿压监测,揭示了在回采过程中,沿空留巷底鼓滞后过程的一般规律。研究表明：沿空留巷两侧载荷的分布不均是导致底鼓的直接原因,工作面后方的沿空留巷底板承载载荷,存在着不断积累和转移的过程,这为底鼓出现滞后过程创造了条件。再者通过对综采面进行数值模拟以及12407工作面现场的矿压监测,发现沿空留巷底鼓滞后过程主要包括2个阶段：滞后凸显阶段和滞后稳定阶段。并得到了各阶段的力学特征,可以确定顶板变化及垂向压力的关注范围一般为初始滞后工作面后方10～25 m的一段较短距离;滞后采空区关注底板变化范围为实际工作面后方的中部;日常巷道的监测维护及矿压监测范围一般为底鼓滞后最大距离之后。该研究规律,可为相似工程的综采面沿空留巷支护设计以及巷道的加强支护区域提供参考。     

沿空留巷底鼓机理及钢排桩法防治技术研究

针对中兴矿1204工作面轨道巷沿空留巷在工作面2次回采动压影响下巷道底鼓变形严重问题,分析可知底鼓主要由一次回采期间基本顶大结构断裂载荷影响及留巷期间和二次回采期间岩石发生峰后蠕变而形成。针对性地提出了钢排桩治理方案,钢排桩通过自身的抗弯及抗剪性能来减弱桩后岩体对巷内岩体挤压,提高了巷道底板整体稳定性,较锚杆支护,可有效减小巷道底鼓变形量,技术和经济价值显著。     

基于围压增量的岩石峰后蠕变试验研究

为研究围压增量对岩石峰后蠕变过程的影响,使用MTS815岩石力学试验系统,对加工成型的岩石试件进行三轴等应力蠕变实验,在峰后恒载蠕变之前对试件施加围压增量,得出增加围压后的岩石峰后蠕变曲线并分析研究.结果表明:主动增加围压改变了试件蠕变变形特性,其蠕变曲线出现了明显的减速蠕变阶段,岩石变形速率显著降低,失稳破坏时间大大延长.这一蠕变规律为矿井巷道支护参数的确定提供了新的理论参考,巷道围岩破裂失稳时间对围压增量的敏感性值得更深入的研究.     

松软煤层留底煤巷道沿空留巷底板加固技术研究

针对松软煤层沿顶掘进留底煤巷道条件下的沿空留巷巷道底鼓,提出了一种钢筋混凝土灌注桩加固底板方案。在超前回采工作面巷旁支护体下方钻孔,钻孔穿过底煤至基岩以下约500 mm,钻孔内放入钢筋笼并且浇筑混凝土形成钢筋混凝土灌注桩,待工作面回采后使得巷旁支护体处于灌注桩上方。文章主要依托霍尔辛赫煤矿3605综放工作面柔模混凝土沿空留巷进行工业性实践,通过对沿空巷道围岩的收敛变形量进行观测,没采用底板加固段巷道底鼓量约稳定在350 mm,采用钢筋混凝土灌注桩加固底板后巷道底鼓量约稳定在100 mm。结果表明:钢筋混凝土灌注桩加固底板方案能够有效控制沿顶巷道条件下沿空留巷的底鼓。     

三轴循环加卸载条件下热损伤石灰岩力学特性演化规律

为了研究循环加卸载条件下岩石力学特性的温度-围压效应,设计了5个温度梯度石灰岩三轴循环加卸载试验,分析了循环加卸载条件下,不同温度、围压对岩石特征力学参数的影响,建立了岩石破坏形式和损伤的评价指标。结果表明：(1)岩石力学特性表现为围压强化和温度恶化效应,温度和围压越大,岩石峰后应力衰减越迟缓,其所能承受的循环加卸载次数越多,同时塑性变形量越大;(2)脆度系数越小,岩石延性越强,反之脆性越强,当围压和温度都增加时,岩石破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化;(3)随着循环加卸载次数的增加,岩石损伤变量呈非线性增加,且峰后阶段增加迅速。研究成果可为分析高温条件下岩石稳定性提供参考。     

沿空回采巷道蝶叶型非对称底鼓机理

针对保德矿81306二号回风巷底板产生非对称破坏,造成巷道非对称大变形底鼓问题,引入蝶形塑性区理论,结合理论分析和数值模拟分析研究了沿空回采巷道蝶叶型非对称底鼓机理。研究表明了沿空回采巷道受采动应力影响,围压比成倍增加,产生蝶形破坏,最大主应力方向向采空区一侧倾斜,导致产生的蝶形塑性区蝶叶旋转到巷道底板一侧,底板蝶叶内岩石遭到严重破坏,从而产生剧烈的非对称性底鼓,这种底鼓定义为蝶叶型非对称底鼓。针对保德矿沿空回采巷道蝶叶型非对称底鼓,结合数值模拟方法,提出通过适当增加煤柱宽度的控制思路来确定沿空巷道煤柱尺寸,从而调整蝶形塑性区蝶叶旋转角度,降低回采巷道围压比。