厚煤层大断面巷道支护技术研究

为了研究厚顶煤大断面巷道掘进过程中的巷道围岩破坏情况及合理支护方式,采用数值模拟和井下试验方法分析了不同巷道宽度下巷道围岩的变形破坏情况及不同支护方式对巷道围岩稳定性的影响,研究结果表明:巷道宽度变化对厚煤层顶板稳定性影响较大,巷道宽度由4 m增加到6 m时,顶板沉降量增加了55 mm,最大变形出现在厚煤层顶板中部,采取高预应力锚杆索支护方式并适当提高顶板支护密度,可以对浅部围岩施加更大压应力,进而更好地控制顶板沉降,井下工程实践表明:合理的锚杆索预紧力及支护参数可保持巷道围岩结构稳定性,矿压监测数据显示,两帮变形最大均未超过40 mm,顶板最大离层值未超过100 mm,锚杆、锚索受力始终保持稳定,支护效果良好。     

斜顶软煤回采巷道围岩再造承载层控制机理研究

基于对倾斜煤层回采巷道断面形状、布置方式及失稳机制分析,进行了斜顶巷道基本支护力学计算,建立了斜顶巷道围岩再造承载层力学模型,确定了斜顶巷道再造承载层围岩稳定性影响因素,提出了斜顶巷道围岩再造承载层控制原则与控制技术,最后进行了数值模拟与现场试验。结果表明:倾斜煤层沿顶回采巷道顶煤体积减小,岩层顶板裸露,表层压力减小,但拱脚局部压力增大与松软煤体承载力降低易导致围岩失稳;斜顶巷道失稳分为两帮挤压流动失稳和顶板压缩错动失稳2种形式,两帮再造承载层位置越高、深度越长及顶板倾角越大,巷道围岩越稳定;斜顶巷道围岩再造承载层控制原则为基本支护控制浅部围岩、特殊锚杆锚固软弱煤体与再造承载层体强化的三体协同,采用设计三体协同支护方案后,顶板及两帮变形量受控,支护效果显著。     

薛虎沟煤业2-106A运巷厚层坚硬顶板应力弱化技术研究

为解决薛虎沟煤业2-106A工作面运输巷围岩变形量大的问题,通过对巷道围岩的变形特征及变形原因进行分析,得出巷道变形量大的两个主要原因为坚硬顶板动压破坏及巷道埋深大;提出采用水力致裂技术对巷道坚硬顶板进行弱化处理,在不增加支护强度的前提下减小围岩压力。结果表明:水力压裂技术对巷道坚硬顶板进行水力压裂处理后,回采巷道的围岩变形量明显减小,提高了回采巷道的稳定性。     

大倾角中厚煤层采区巷道围岩稳定性分析

在高地应力和采动影响下,大倾角煤层采区巷道矿压显现突出,存在顶板垮落、片帮、底鼓、支架弯曲大变形、锚杆拉断等现象。以石洞沟煤矿31321、31325工作面运输巷为研究对象,现场监测了巷道围岩完整性、塑性区、松动圈、变形量,理论估算了巷道的变形量,研究得出：采区巷道松动区、塑性区范围为2.5 m;巷道在采动影响下侧帮及顶板均属于Ⅲ类中松动圈一般围岩,未受采动影响下巷道侧帮及顶板均属于Ⅱ类中松动圈较稳定围岩,采动形成的煤壁前方支承压力降低了围岩的等级;巷道开挖后改变了原岩应力场,围岩产生变形,变形可分为3个阶段,2个月左右逐渐趋于稳定,且可理论计算巷道的变形量。     

渗水厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验

以新疆伊犁一矿为工程背景,设计了物理模型试验,建立了渗水条件下厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验方法.实现了渐进加载作用下渗流状态时井筒围岩塌方破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对渗流状态下井筒围岩破坏过程及破坏过程中围岩应力和围岩位移变化规律进行了分析.研究结果表明,渗流条件下,非耦合支护厚砾石层巷道顶板离层现象明显,围岩顶板下沉量大于两帮围岩位移量,支架上承受的荷载明显增加;同时由于围岩的自承力明显减少,强度明显较低,支架受力就会变得很大,支架容易失稳;不同级渗流条件下,渐进加载时顶板土压力变化最为明显也最大,两帮的土压力次之.     

多层坚硬顶板综放开采矿压规律及控制技术研究

针对特厚煤层和多层坚硬顶板赋存条件下,工作面易出现液压支架压死、煤壁片帮和沿空巷道围岩变形严重、矿压显现强烈的问题,以同忻煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景,对回采巷道和工作面进行矿压显现监测,分析多层坚硬顶板作用下的围岩应力和变形规律。研究表明:工作面开采引起的采动应力影响范围较大,多层坚硬顶板作用下覆岩形成了大结构,在其作用下围岩应力和变形表现为"上升突变"和"下降突变"交替出现。研究结果说明了特厚煤层大采出空间和多层坚硬顶板的共同作用是综放工作面强烈矿压显现的主要原因,据此提出了坚硬预裂爆破切顶和沿空巷道恒阻大变形锚杆吸能支护控制技术,可对强矿压进行有效防治。     

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.     

沿墙掘进大断面强动压巷道围岩支护控制技术

针对沿墙掘进巷道因采动压力产生的墙体及围岩变形问题,通过计算巷道顶板各岩层破断形式,揭示了墙体载荷与采空区侧向顶板悬臂长度的关系。在切顶卸压基础上,采用注浆加固实现了巷道围岩重塑,使巷道因邻近采空区顶板弯曲下沉而造成破碎的围岩恢复完整性。在重塑围岩后通过强力支护手段有效控制了围岩变形。通过分析注浆前后围岩结构和矿压监测情况,此技术获得了良好的支护效果,顺利保障了工作面无煤柱开采。     

孔隙水压力对高应力软岩巷道稳定性影响的数值仿真

为了研究孔隙水压力对深部高应力软岩巷道围岩稳定性的影响规律,利用有限差分程序对不同孔隙水压力工况下深部软岩巷道围岩稳定性及孔隙水压力分布规律进行了数值仿真,结果表明:随着孔隙水压力的增加,围岩应力集中程度及其影响范围呈增加趋势,顶底板集中区到巷道中心点的距离逐渐趋于定值;随着孔隙水压力的增加,围岩位移量增加,其趋势为:两帮明显大于顶板,顶板大于底板,围岩治理的重点在于两帮收敛变形控制。     

软弱顶板煤巷围岩变形破坏特征数值分析

为了研究软弱围岩巷道变形破坏特征及其变化规律,借助FLAC^2D软件建立数值分析模型,模拟软弱顶板巷道围岩变形破坏全过程,分析得到在巷道从开挖初期到围岩失稳及后期达到新稳定过程中围岩应力场、塑性区分布情况及破坏特征的变化规律．结果表明,解决顶板问题是维护软弱顶板巷道整体稳定性的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联,并同时受到顶板下沉的影响．     

考虑渗流作用的深部巷道围岩让压——锚注耦合控制规律研究

地下水的存在给巷道围岩稳定带来了较大威胁,为了研究地下水渗流作用对深部巷道支护的影响,基于渗流对岩体体积力等效理论和让压—锚注锚杆的等效强度准则,应用弹塑性理论,推导了渗流作用下巷道围岩塑性应力场与塑性区分布的理论解,并利用等效圆方法给出了考虑现场渗流作用下的让压—锚注锚杆支护方案参数确定方法。以鲁西南地区某矿为例,给出了矿井回风大巷的锚杆长度、间排距、预紧力等参数,通过FLAC3D数值模拟对支护参数取值合理性进行了验证。研究表明:(1)考虑渗流作用后,巷道围岩塑性区增大,稳定性系数减小,通过减小间排距能够有效减少塑性区分布;(2)通过理论计算确定现场参数,利用数值模拟验证结果表明:现场支护方案能够显著提高巷道稳定性,有效减少塑性区的范围,控制围岩变形。     

应力波作用下巷道围岩层裂失稳的数值模拟

片帮型冲击矿压使煤壁局部失稳,它与煤壁层裂板结构的形成有关.为了分析巷帮层裂结构形成的影响规律,采用LS-DYNA软件,对扰动应力波作用下巷帮围岩层裂破坏结构的形成过程、顶板的岩性对层裂结构形成的影响进行了有效的数值模拟.研究得到了巷道围岩在一定应力状态下巷帮围岩层裂结构的形状、厚度等特征.顶板的性质决定了是否形成巷帮层裂结构及其层裂结构的范围大小及层裂板的稳定性.研究结果对揭示煤矿冲击矿压的诱发机理,以及采取有效的防治技术措施具有重要意义.     

受上覆采空区影响的巷道群稳定性控制研究

近距煤层下行开采中,因受上层煤采空区及煤柱的影响,下层煤巷道的应力环境及围岩破坏机理均发生复杂变化。采用理论分析、数值模拟与工程应用的综合方法,研究下层煤应力分布规律、巷道群的变形破坏机制及稳定性控制对策。研究表明:受上覆采空区释压作用影响,其下方巷道围岩应力集中较小、巷道较为稳定;受煤柱压力传递影响,煤柱下巷道围岩垂直应力急剧升高,应力集中系数达3.84,巷道两帮及肩部大范围压剪破坏,最终导致巷道整体失稳;煤柱下高应力区巷道宜采用拱形断面,增加支护强度与锚固预应力,顶板锚索(杆)向巷道两肩角倾斜布置,使支护体系与围岩塑性破坏区相互耦合并得到共同强化。在支护优化后巷道顶板下沉量减小42.8%,锚杆、锚索实测工作载荷分布合理,实现了对煤柱下近距煤层巷道的安全有效控制。     

复合顶板沿空掘巷围岩控制研究

为研究复合顶板沿空巷道围岩变形破坏机理及控制技术,基于该类巷道变形破坏特征的分析,得到巷道变形破坏的主要原因是没有考虑复合顶板沿空巷道围岩特性、支护强度低、变形不协调和没有发挥围岩的承载能力,揭示了复合顶板沿空巷道围岩变形破坏机理,研究了合理的围岩控制技术:1)优化临时支护工艺,减少复合顶板空顶时间,2)喷浆封闭围岩,防止复合顶板风化,3)高强度高预应力锚杆支护、底角锚杆、二次支护增加复合顶板层间结合力,提高两帮承载能力并控制底鼓,4)向采空区倾斜锚索增强基本顶关键块稳定性,保护内承载结构.工业性试验结果表明,围岩表面位移和复合顶板离层得到有效控制,基本顶很快稳定.     

动力扰动下不同硬度煤层巷道围岩响应特征研究

为了探讨动力扰动对不同硬度煤层巷道围岩稳定性的影响规律,对动力扰动下不同硬度煤层巷道围岩力学响应进行了数值分析。结果表明：动力扰动对软硬煤煤层巷道围岩稳定性显著影响时间为0.4 s;在巷道顶板水平应力波动幅值、顶板及帮部围岩变形程度方面,软煤大于硬煤,而在帮部垂直应力波动幅值、底板水平应力波动幅值、底板变形程度及帮部和底板的塑性区面积方面,硬煤大于软煤;软硬煤煤层巷道顶板变形程度均大于底板和帮部,软煤帮部变形程度明显大于底板;在巷道变形位移显著上升时间段内,软硬煤煤层巷道帮部和底板位移变化速率不一致,而顶板位移变化速率一致。     

宽巷掘进沿空留巷矿压规律数值模拟研究

采空区顶板岩层分层垮落、岩层的旋转下沉和平移下沉造成巷道围岩次生应力场重新分布,围岩变形严重,因此,掌握沿空留巷采动支承压力影响下顶板岩层运动规律非常必要。针对某矿浅埋煤层、宽巷掘进、预掘留巷位置混凝土砌块沿空留巷的实际情况,通过三维数值模型对留巷围岩应力场、位移场、破坏场进行反演,揭示了留巷围岩矿压活动规律,对巷旁支护墙体受力变形特点、与顶板运动协调变形关系进行了分析,得出工作面轨顺留巷前后巷道围岩变形规律,为沿空保留巷道围岩控制提供了理论依据和技术支持。     

基于塑性区扩展的煤层巷道变形破坏影响因素分析

为了分析煤层巷道赋存条件对巷道围岩变形破坏的影响,选取煤层厚度、顶底板厚度、顶底板岩性、煤层瓦斯压力作为分析因素,利用FLAC^3D数值模拟软件进行正交试验,得到不同赋存条件下煤层巷道围岩塑性区情况,分析了各因素对塑性区扩展的影响程度。研究表明：影响煤层巷道围岩变形破坏程度的因素从高到低依次为煤层厚度、煤层瓦斯压力、底板厚度、底板岩性、顶板厚度、顶板岩性,其中煤层厚度和煤层瓦斯压力对围岩变形破坏有显著影响并呈正相关;当顶板厚度30 m、煤层厚度15 m、底板厚度15 m、顶板岩性为泥岩、底板岩性为粉砂岩、煤层瓦斯压力为0.7 MPa时,煤层巷道围岩塑性区最大半径最大,巷道最易发生变形破坏。     

红山煤矿急倾斜煤层巷道稳定性控制技术研究

为研究红山煤矿急倾斜煤层的巷道破坏机理及其围岩稳定性控制,本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,针对急倾斜煤层水平分段放顶煤开采过程中顶板产生的跨层拱现象,揭示了位于前拱脚的巷道因受到不均衡的支承压力,巷道围岩的变形和破坏会表现出明显的非对称性特征,并提出针对性的支护方案,确保了巷道的变形量满足生产要求。     

砌块充填沿空留巷底鼓大变形控制技术研究

针对传统砌墙沿空留巷矿压显现剧烈，巷道出现明显顶板下沉、底鼓、两帮挤出、墙体破损，巷道返修率高严重影响巷道的正常使用的问题，通过理论分析、数值模拟及矿压监测等研究方法对砌块充填沿空留巷条件下底鼓大变形控制技术进行了研究。提出了“顶板预裂爆破卸压技术+ 顶板关键部位加强支护技术+砌块上方柔性让压支护技术+砌块墙体双控锚杆支护技术”底鼓大变形综合控制技术体系。通过上述技术实施，切断了顶板的应力传递降低了顶板的压力，改善了围岩应力条件，提高了巷道顶板及墙体的稳定性，实现了让压支护。通过现场监测表明，底鼓大变形综合控制技术巷道锚索应力值降低34%，底鼓变形量降低77%，巷道高度和宽度满足安全生产需求。研究成果对其他类似地质条件下砌块充填留巷底鼓大变形控制具有一定的参考意义。     

掘进工作面巷道围岩压力及变形规律数值模拟研究

山西省常村矿二盘区巷道围岩为第Ⅳ类不稳定围岩,围岩压力大,矿压显现剧烈,评价巷道支护效果,在实验室取得的3号煤煤岩物理力学参数及巷道支护参数基础之上对巷道支付方式进行数值模拟分析,通过分析巷道开挖后的围岩应力、变形及破坏深度得出:巷道变形量左帮65 mm、右帮66 mm、顶板32 mm,围岩破坏深度顶板1.5 m、底板1.5 m、两帮1.5 m。在现有巷道围岩支护情况下,围岩得到了有效地控制。