不同煤层倾角锚杆支护巷道围岩受力特征物理模拟研究

为了研究煤层倾角变化对锚杆支护回采巷道围岩力学特征的影响,结合淮南矿区大倾角煤层开采地质和技术条件,应用自制相似材料模拟旋转试验架,建立了煤层倾角为0°,30°和45°的锚杆支护回采巷道的相似材料模拟模型,系统分析了不同煤层倾角锚杆支护回采巷道围岩应力、变形和破坏特征。随煤层倾角增大,巷道围岩应力分布和变形的非对称性特征更加明显;倾角越大,巷道围岩的整体稳定性越差。研究得出顶板、高帮和底板是大倾角煤层实体煤回采巷道围岩稳定性控制的关键部位,揭示了煤层倾角变化对锚杆支护巷道围岩力学特征影响的作用机理。工程应用表明,大倾角煤层回采巷道围岩稳定性控制的关键是根据巷道围岩非对称结构特点和围岩力学特征的非对称性,采用非对称锚网索组合支护,并不断改进支护材料、优化支护参数、加强施工工艺和质量管理。     

急倾斜煤层巷道围岩变形破坏特征及支护技术研究

 摘要：针对急倾斜煤层巷道围岩在开挖支护后所表现的非对称变形破坏现象,采用工程地质调查,数值模拟、理论分析等手段,分析了急倾斜煤层巷道的变形破坏具有非对称性,呈现“顶板下滑,底板臌起”的相互错动变形特征,导致支护结构承受围岩的载荷也具有明显的非对称性。基于上述研究,提出了“锚网索非对称耦合支护技术”,通过非对称布置且相互间工作性能耦合的锚网索支护方式来控制巷道的稳定性,达到对围岩变形破坏有效控制的目的。工程应用的结果表明,采用锚网索非对称耦合支护形式,可以有效控制围岩的剧烈变形,巷道的安全性大幅度提高。     

石炭井二矿倾斜煤层巷道支护技术研究

针对倾斜煤层巷道围岩应力分布复杂多变、常规支护方案效果欠佳的问题,结合石炭井二矿具体工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场监测的手段,对倾斜煤层直角梯形巷道支护技术进行了系统研究。研究结果表明:倾斜煤层直角梯形巷道顶底板竖向应力向低帮侧偏斜,水平应力在巷道尖角处集中,在顶板两侧尖角处表现得尤为突出。根据这种特征提出了具有针对性的非对称支护方案,并进行了数值模拟分析,支护后围岩应力非对称分布特征得到明显改善,变形量大大减小。现场实施监测表明该方案能有效控制倾斜煤层直角梯形巷道的非对称变形破坏,根据巷道围岩应力非对称分布规律提出针对性的支护方案对倾斜煤层巷道围岩稳定性控制具有重要作用。     

香山矿倾斜煤层动压巷道支护方法

针对平煤集团香山矿22140工作面倾斜煤层动压巷道合理支护方案设计,首先进行了围岩松动圈测试,得知上帮围岩松动圈范围普遍比下帮大;之后进行了采动作用下围岩应力变化的数值模拟分析,计算结果显示动压作用下上帮中部的应力增大值最大。综合分析结果,得知对于倾斜煤层动压巷道变形控制的关键在于针对围岩应力分布的非对称性进行设计,并给出了22140工作面巷道的合理支护方案,现场监测结果表明支护方案能够维护巷道在采动过程中的安全使用。     

大倾角煤巷非对称变形特征与锚网索支护技术

根据淮南矿区6煤大倾角煤层地质和开采技术条件,基于大倾角煤层回采巷道围岩变形特征的相似模拟试验分析,获得了大倾角煤层实体煤巷道非对称变形特征,应用系统动态监测设计法进行了6煤实体煤回采巷道锚网索支护参数设计,并进行了现场支护试验。结果表明,设计支护参数适应大倾角煤巷围岩非对称变形特征,有效控制了巷道围岩变形,保障了工作面安全高效开采。     

近距离煤层下煤层回采巷道支护设计

贵州某矿6#煤层和5#煤层为近距离煤层,下煤层回采巷道的支护问题一直是影响整个回采工作的重要因素,针对该矿下煤层回采巷道的支护问题,采用钻孔窥视仪对下煤层回采巷道的围岩结构进行了全断面探测,分析了巷道围岩破坏特征;在此基础上,结合FLAC3D数值模拟软件,研究了上煤层残留煤柱底板应力分布特征,分析了上煤层遗留煤柱集中应力对下煤层回采巷道围岩稳定性的影响,并根据下煤层回采巷道围岩受力和变形特征,提出了非对称支护设计方案,现场监测数据表明该非对称支护方案能够较好的控制巷道围岩变形。     

近距离煤层回采巷道非对称破坏机理及其控制

近距离煤层开采时,上位煤层的遗留煤柱集中应力会对下位煤层邻近采空区的巷道掘进产生扰动影响。针对下峪口煤矿3#_下煤层回采巷道掘进时产生的非对称变形破坏及支护困难等问题,结合现场地质条件,采用力学分析、数值模拟和现场试验的方法,探究23306_下进风巷掘进期间产生的非对称变形机理,并提出合理的巷道支护参数及工艺,改善了巷道围岩条件。研究结果表明：上位煤层遗留煤柱及本煤层邻近采空区的存在导致巷道围岩主应力方向及大小发生变化,而非均匀的应力分布致使巷道围岩塑性区呈现蝶形破坏,巷道顶板水平应力变化幅度大、剪切应力大,造成巷道顶板极度破碎,顶板至上覆采空区间全为塑性区分布,顶板两侧应力及塑性区的差异性分布是造成巷道非对称变形的主要原因;数值模拟得到煤柱内X-Y,X-Z,Z-Z方向的应力受本煤层邻近采空区的影响较大,巷道两侧应力大小不等,致使巷道产生非对称变形;根据巷道围岩的受力状态、工作面地质条件及支护成本,优化了巷道支护参数,现场应用效果良好。     

大倾角煤巷非对称变形特征与锚网索支护技术

根据淮南矿区6煤大倾角煤层地质和开采技术条件,基于大倾角煤层回采巷道围岩变形特征的相似模拟试验分析,获得了大倾角煤层实体煤巷道非对称变形特征,应用系统动态监测设计法进行了6煤实体煤回采巷道锚网索支护参数设计,并进行了现场支护试验。结果表明,设计支护参数适应大倾角煤巷围岩非对称变形特征,有效控制了巷道围岩变形,保障了工作面安全高效开采。     

倾斜大断面煤层巷道耦合控制对策研究

以倾斜大断面煤层巷道围岩破坏特征现场观测信息为基础,对其变形破坏关键部位进行研究,得出巷道变形破坏的关键部位为巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位和巷道的底角。在此基础上,提出了倾斜大断面煤层巷道围岩关键部位非对称耦合控制对策,并对巷道非对称耦合支护效果进行了数值模拟研究。结果表明:采用该控制对策可以有效实现支护体与围岩之间的协调变形,保证巷道围岩的稳定。     

深井厚煤层巷道掘进支护工艺优化

针对某矿2750工作面回风大巷掘巷变形大,结合矿井地质条件提出了对支护参数进行优化,通过数值模拟,确定优化支护方案较原始支护方案能更加有效地控制浅部围岩变形,并经现场工业性试验和监测,得出掘巷20 d内巷道围岩变形较快,在20 d后围岩变形趋于稳定,其中巷道两帮最大变形量为60 mm,顶板离层变形量为6.2 mm,巷道变形量均处于矿井生产允许变形范围。     

深井倾斜煤层穿层巷道应力分布及非对称变形规律

随着开采深度增加,受高地应力影响,倾斜煤层穿层巷道非对称变形问题更加显著。为解决非对称变形巷道的支护难题,针对典型巷道,采用理论计算、现场观测和数值模拟等方法对该类巷道的应力分布和非对称变形规律进行研究,得出以下结论:倾斜煤层穿层巷道应力集中具有沿层分布的特点;非对称变形规律受煤层倾角的全局影响作用和围岩岩性差异的局部影响作用;巷道支护应该以"4个关键"为基础,采用非等强支护方案。通过现场实践过程中巷道围岩位移量的观测,证明了理论的适用性,为相似巷道支护提供依据。     

巷道快速掘进支护方案优化分析

文章针对S1301工作面回风巷原有支护无法有效控制巷道围岩变形的问题,基于原方案进行优化设计,并进行优化支护设计数值模拟和现场试验,模拟确定优化支护方案顶板和两帮平均支护应力较原始支护方案分别提升0.07 MPa和0.22 MPa,监测结果确定优化支护方案能有效控制巷道围岩变形量,顶底板移近量和两帮变形量由原来的358.6 mm和465.7 mm分别减小到33.6 mm和11.6 mm,围岩变形控制效果明显。     

大倾角煤层巷道变形破坏机理与支护对策研究

基于大倾角煤层巷道围岩破坏特征现场探测信息,建立了不同岩层倾角下巷道围岩变形破坏的数值计算模型,研究了大倾角煤层巷道围岩非对称变形破坏机制,得出围岩变形破坏的关键部位.在此基础上,提出大倾角煤层巷道围岩关键部位非对称耦合支护对策.结果表明:随着岩层倾角增加,巷道围岩变形破坏表现出明显的非对称性,通过对围岩变形破坏的关键...     

沿空掘巷非对称性差异化支护技术研究

针对2103工作面沿空掘巷巷道围岩变形量大,矿压显现明显,煤柱侧与实煤体侧巷道围岩呈非对称变形问题,采用数值模拟分析确定工作面留设煤柱的合理宽度为5 m,同时利用钻孔成像技术对巷道围岩裂隙变化情况进行分析,得出实煤体侧和煤柱侧巷道围岩松动圈范围分别为1.8～2.2 m、1.5～2.4 m,据此提出非对称性差异化支护方案。支护方案优化后,通过对巷道围岩顶底板及帮部位移量变化情况和岩层裂隙发育情况进行监测,监测结果巷道在采用优化后支护方式后,80%锚杆受力在20～60 kN;巷道两帮位移变化量在75～95 mm,巷道顶底板移近量在43～95 mm,巷道围岩裂隙发育大部分集中在距围岩表面深度1.1 m以内。应用结果表明:该支护方案能够有效控制沿空掘巷巷道围岩变形,为类似条件下巷道支护提供了较大的参考价值。     

旗山矿倾斜煤夹层巷道破坏机理及支护设计研究

为了实现旗山矿区埋深1 032 m的北翼联络大巷变形破坏巷道的稳定性控制,采用现场地质调查、物理力学实验、物化微观结构分析、地应力测量、数值模拟、现场试验应用等手段,分析了围岩的软岩特性、煤夹层结构、高地应力水平、支护设计不合理等因素是造成巷道失稳的主要因素,分析了该类型巷道的变形破坏机理,并揭示了该类型巷道由于巷道围岩体结构中存在煤夹层引起岩层中存在薄弱面,造成了巷道的非对称性变形破坏现象.针对该类型巷道变形破坏特点,提出了非对称耦合补强支护下的控制对策及支护设计方,并在现场进行了工业应用.研究结果表明:采用非对称耦合补强控制对策下的设计方案,可以充分利用锚索、注浆锚杆、底角锚杆等对引起非对称变形破坏的关键部位进行加强支护,有效地消除巷道围岩关键部位产生的差异性变形,使得巷道围岩稳定性大大提高.     

深部穿层巷道非对称变形机理及控制对策研究

针对深部穿层巷道围岩非对称变形破坏特征,对其破坏机理及控制对策进行了数值分析和工程试验研究。结果表明,受埋深大、高地应力,特别是水平构造应力的影响,原支护下巷道围岩出现了非对称大变形破坏,穿层巷道断面与岩层倾向成钝角部位表现出最先破坏的关键部位特点;非对称破坏主要表现为围岩结构的非对称性影响下产生的不同岩层间的剪切滑移变形及高应力作用下的软弱岩层挤出变形等错位变形。结合现场工程地质条件,提出了锚网索+底角锚杆的非对称耦合支护对策,对关键部位进行了加强支护,有效地遏制了围岩的非对称变形,消除了巷道围岩的错位变形,提高了巷道围岩整体稳定性,现场应用效果良好。     

单侧受采动影响的软岩巷道破坏规律及支护对策

针对单侧采动造成软岩巷道变形控制的难题,以象山南一石门为工程背景,采用XRD-衍射分析、物理力学参数测定和FLAC~(3D)数值模拟,测定了巷道围岩矿物成分,分析了膨胀性矿物和两煤层回采对巷道围岩稳定性的影响,研究了非均称变形巷道围岩应力场、塑性区和位移场演化特征。研究表明,3号煤层21306工作面开采结束后,巷道周围应力分布不均匀,但未导致巷道围岩产生明显的非对称变形;随着5号煤层21507工作面开采,两层煤采动应力在巷道周边应力形成叠加应力场,使靠采空区巷帮强度弱化,围岩变形以两帮不对称变形、底鼓和顶板非匀称下沉为主。据此,提出了单侧受采动影响下非均称变形软岩巷道"U型钢+反底拱+全断面注浆+锚网索喷"联合支护技术,根据物理相似模拟结果,有效控制了巷道围岩非匀称变形。     

构造复杂区巷道让均压锚网索非均称支护技术试验

针对宝积山煤矿707工作面构造复杂区巷道非对称变形破坏与支护结构失效严重的现象,对其破坏机理进行理论分析与数值模拟。结果表明:非对称应力场、关键部位的拉剪混合破坏、应力集中是巷道变形破坏的主要原因,并提出让均压锚网索非均称支护技术。现场实践表明,采用高强高预应力锚杆、非均称支护、让均压支护方案后,巷道变形量与非对称性得到有效控制,120 d内巷道顶底板移近量138 mm,两帮移近量98 mm,巷道围岩稳定性大幅提高。     

东曲矿综采工作面小煤柱留巷支护技术研究

东曲矿4号煤层28203工作面为复合顶板,以往巷道支护设计不科学,导致4号煤层留巷巷道受矿压影响严重变形。根据小煤柱沿空掘巷的围岩控制原理和4号煤层顶底板条件,选定巷道支护设计方案。经过围岩强度测试和数值模拟小煤柱留巷围岩应力分布情况,现场试验结果表明,基于高预应力强力支护原理的巷道支护方案,有效控制巷道顶底板围岩变形。     

岳南煤业15号煤层回风巷支护参数优化设计

针对岳南煤矿15号煤层回风巷围岩出现的变形严重、支护方式效果差的问题,通过现场调研以及与工程技术人员沟通,分析巷道所处不利条件,确立了合理有效的支护优化方案及参数。通过现场矿压监测结果分析,支护优化方案有效控制了巷道围岩变形,支护效果较好。