缓倾斜煤层迎采巷道围岩控制技术研究

为有效解决缓倾斜煤层迎采动掘进巷道围岩控制难题,以某矿缓倾斜煤矿开采为工程背景,分析了巷道顶板岩层破断特征及其围岩应力分布特征。结果表明,巷道顶板岩层浅部主要为水平裂隙,深部主要为垂直裂隙,距孔口10～14 m内,超前工作面受采动影响更为剧烈;当3205回风顺槽超前工作面10 m至滞后工作面15 m时,巷道所受应力最高可达19.8 MPa,是最主要的应力影响区,应对迎采巷道加强支护。据此提出了适应现场巷道围岩条件、安全可靠的“锚杆+锚索+钢筋梯子梁”联合支护方法。通过现场实践,3205回风顺槽加强支护后,锚杆受力最大值为设计锚固力的70%,顶板垂直位移减小了67.6%,巷道围岩控制效果显著。     

迎采动工作面沿空掘巷动态分段围岩控制技术

为解决神华蒙西矿区单翼开采矿井采掘接替紧张的难题,采用现场观测和数值计算的方法对迎采动工作面沿空掘巷上覆岩层运动和围岩变形的时空效应进行研究,得出迎采动阶段巷道围岩变形量与采掘工作面之间的距离呈逻辑斯蒂函数关系,沿空掘巷阶段巷道围岩变形量与巷道掘进距离呈指数函数关系.在此基础上,确定并调整了各段巷道的掘进时机和支护参数,提出了“高阻支护、动态监测、分段控制、固结煤帮、稳控顶板”的动态分段控制原理和“分段锚网索梁联合强力支护,重点时段窄煤柱注浆加固、单体支柱π钢梁加强支护顶板”的动态分段控制技术.现场实践表明,巷道顶底板和两帮变形量均小于900 mm,有效控制了迎采动工作面沿空掘巷的变形破坏.     

对采对掘巷道围岩变形特征及围岩控制研究

针对井下对采对掘过程中巷道不同阶段围岩塑性区扩张引起的变形与支护问题,以斜沟煤矿23108材料巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段,研究该巷道全生命周期内塑性区的变形特征及变形原因。结果表明：巷道掘进接近、进入叠加动压掘巷阶段(掘至60 m左右),巷道两帮由对称变形转向非对称变形,且顶板、两帮塑性区域面积显著超过底板,巷道掘进至70 m、80 m时出现扩容现象;巷道掘进至沿稳定采空区掘巷阶段,两帮变形逐渐向顶板边角移动;巷道掘进与工作面回采过程中,23108材料巷围岩非均匀劣化,巷道偏应力导致应力分布局部集中。基于巷道出现的扩容变形问题,在原支护方案基础上加强支护,现场试验结果表明加强支护方案满足矿井生产要求。     

厚煤层迎采巷道围岩稳定性控制方法研究

针对厚煤层迎采巷道稳定性控制问题,文章采用现场监测、数值模拟与工业试验相结合的方法进行了研究。结果表明：随着迎采巷道与工作面距离的减小,巷道变形表现为缓慢—剧烈—平稳的发展特征,迎采巷道所受应力表现为先增加后降低的变化特征,在滞后工作面15 m范围内,迎采巷道应力最高可达19.8 MPa,需要加强支护。据此,研究提出了锚杆(索)+金属网+钢筋梯子梁联合支护的迎采巷道稳定性控制方法。通过现场实践,锚杆受力最大值为其锚固力的66.1%,顶板垂直位移降低60.2%,迎采巷道稳定性控制效果良好,可为类似工程条件矿山迎采巷道稳定性控制提供借鉴。     

厚硬顶板巷道稳定性影响因素及强帮支护研究

为提高掘进效率需合理设计厚硬顶板巷道支护方式,以晋城矿区厚硬K2灰岩顶板下方15号煤层工作面回风巷道为例,采用数值计算的方法对影响坚硬顶板巷道稳定性的主要因素及支护技术进行了研究。结果表明:随着坚硬顶板强度及厚度的增大,巷道顶板变形及塑性分布范围逐渐减小;随着两帮支护强度的增大,两帮变形及塑性分布范围明显减小,并可在一定程度上减小顶板变形;在采动影响围岩应力二次重新分布作用下,特厚坚硬顶板始终处于弹性状态,即无卸压区,支护对于顶板围岩变形量影响极小;顶板无支护、同时采用强帮支护方案能够有效控制厚硬顶板巷道稳定性。     

孤岛工作面迎采巷道掘进支护优化与实践

针对孤岛工作面迎采巷道围岩压力大的问题，以山西铺龙湾煤业有限公司5110工作面地质条件为背景，采用理论分析、现场实践方法，对巷道围岩变形机理进行了分析，确定了巷道正常掘进与过构造期间围岩的变形破坏形式，优化了巷道两帮锚杆支护强度及锚杆（索）预应力。根据巷道掘进过程中的矿压监测结果，锚杆受力较优化前相当，围岩位移量较优化前明显减小，巷道稳定性明显提升。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

双巷布置留巷围岩塑性区演化规律及补强支护技术

为解决红庆梁矿双巷留巷在一次采动后围岩失稳的问题,通过数值模拟对2次采动影响下的主应力差值分布特征及留巷在不同应力阶段下的塑性区特征进行研究。结果表明:留巷围岩主应力差值在一次采动和二次采动影响下经历了5个阶段,且呈现出阶段性增加的特征;留巷围岩在一次采动期间顶板塑性区由1.2 m增大到2.1 m,煤壁帮和煤柱帮塑性区由0.5 m分别增大到2.0 m和1.5m,在受二次采动应力影响后塑性区的扩展呈非对称的特点,顶板塑性区在煤柱帮侧塑性破坏较多,破坏深度可达3.0 m,两帮塑性破坏较对称,塑性破坏范围可达2.5 m。最终提出针对性的补强支护措施,现场应用后围岩顶底板移近量减小了38%,两帮移近量减小了36%,维护了巷道围岩的稳定。     

强动压巷道围岩变形规律及分段控制技术研究

为解决某矿单翼开采工作面采掘接替紧张的难题,提出迎采动面掘巷技术。采用数值模拟的方法,分析了某矿4102回风平巷掘进过程中的应力分布和位移场分布规律,得出巷道掘进端头受到的强动压影响范围为距4101工作面-30～+80 m。采用分段控制技术,对巷道强动压影响段采取高强大延伸率锚杆和锚索网联合支护、高水材料加固窄煤柱帮、单体支柱和铰接顶梁加强支护顶板,有效控制了迎采巷道围岩变形,确保了工作面的正常接替和安全生产。     

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有：通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20～30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。     

松软厚煤层煤巷锚杆索支护作用研究

巷道支护问题是煤矿地下开采的主要问题之一。在掘进工作面中，由于煤巷的围岩性质软弱、巷道变形量大，巷道支护也更为困难。以高河矿井E2303工作面胶带巷为研究对象，结合矿井生产地质条件，采用理论分析与数值模拟相结合的方式，分析并计算了巷道开挖后的顶板塑性区范围为2.47 m,巷道两帮塑性区范围为1.72 m;利用FLAC^3D软件模拟巷道在无支护与高预紧力锚杆索支护下的变形破坏情况。结果表明，巷道顶板及两帮变形远大于底板变形量，采用锚杆索支护后，巷道顶板及两帮塑性区范围及形变量明显减小：巷道顶板下沉量减少了49%,两帮移近量减少了44%。结合现场情况及数值模拟结果，设计了E2303工作面胶带巷支护方案并进行现场应用。应用结果表明，巷道在变形稳定后顶板下沉量为36 mm,两帮移近量接近，平均为28 mm,支护效果显著。     

娘姆特煤矿首采工作面运输平巷支护方案数值模拟

娘姆特煤矿首采综放工作面布置在一水平二采区第二区段煤20中,为检验运输平巷支护设计方案的合理性和支护效果,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道开挖后未及时支护和采用支护方案支护、巷道围岩的塑性破坏特征、应力分布变化特征及顶板和两帮位移变形特征进行了数值模拟对比分析。结果显示采用支护方案支护后巷道围岩的塑性破坏区域明显减小。     

重复采动软岩巷道非对称变形机理与控制技术

为研究厚煤层综放面软岩巷道受重复采动影响下非对称变形机理，以布尔台煤矿42203综放工作面为工程背景，采用了现场监测、理论分析及数值模拟等方法对42203辅运巷道受重复采动影响时巷道非对称变形破坏特征及破坏机理进行研究，提出了重复采动软岩巷道高强锚索补强支护技术。研究结果表明：42203辅运巷道受重复采动影响导致两帮变形大于顶底变形，正帮上部及副帮下部帮鼓破碎，矿压显现剧烈，采动超前影响范围可达110 m,重复采动产生的高偏应力，改变了侧压系数及应力方向，致使塑性区由近似对称破坏转变为非对称破坏，揭示了重复采动巷道破坏机理，提出了采用高强锚索对42203辅运巷道进行补强支护方案，经现场实测，该方案有效减缓了围岩的变形速度和变形总量，满足巷道稳定要求，效果良好。     

非均称变形巷道变形破坏规律及支护对策

针对回采等造成的非均称变形巷道支护难题,采用实验室实验、数值模拟、理论分析和现场工业试验的综合方法,研究了非均称变形巷道围岩位移、应力和塑性区等围岩稳定性指标变化规律,以及高强度分区锚网索支护作用,提出了非均称变形巷道高强度分区锚网索支护技术。研究结果表明:煤层回采等造成巷道周围应力非均称分布,导致围岩变形以顶板非均称下沉和两帮不对称位移为主;靠近采空区侧煤帮强度弱化,促使巷帮及顶板深部岩体向塑性破坏状态转变,围岩稳定性急剧劣化;同时,巷道帮部稳定性与顶板稳定性呈非线性正比关系,随着帮部变形量增加,顶板下沉量急剧增加,而顶板急剧下沉加速帮部煤体破坏。对顶板和两帮分区设计支护参数,增大采空区侧煤帮承载能力,减小顶板及实体煤帮围岩破坏范围,提高顶板以及作为顶板基础的两帮强度和抗变形能力,有效控制巷道非均称变形。     

迎采动工作面沿空掘巷锚杆支护工程试验

山西某矿3号煤层迎回采面留煤柱掘巷受邻近工作面侧向顶板破断、转动及稳定的全过程动压影响后,沿巷道轴向出现明显的分区大变形特征,结合地质力学评估、工程类比、数值模拟及现场监测等方法,提出迎回采面掘巷分区方法及分区支护技术。工程实践表明,巷道顶底累计变形为130 mm,两帮累计变形为70 mm,分区支护技术可有效控制迎采动面掘巷围岩大变形,为类似条件下迎采动工作面掘巷支护提供了一定借鉴。     

大采高含黄泥层顶板巷道支护设计及应用

针对仙泉煤矿15103运输顺槽掘进期间顶板出现黄泥层造成在工作面掘进施工过程注锚困难,顶板不易控制,给巷道顶板安全管理和快速掘进带来较大困难问题,通过对巷道矿压特征进行分析,并对巷道支护方案进行数值模拟分析,在此基础上提出了巷道顶板含黄泥层时采用顶部全锚索+帮部锚杆联合支护方案,通过现场观测结果表明,采用该支护方案后,巷道顶底板移近变形量基本稳定在88 mm左右,两帮位移量稳定在48 mm左右,变形量均在可控范围支护,该联合支护方案满足巷道支护要求。     

裂隙带顶板巷道围岩破坏机理及稳定性控制

针对上行开采过程中顶板巷道支护困难的问题,采用UDEC离散元数值模拟软件对上行开采过程中采场采动裂隙、塑性区以及巷道围岩裂隙、塑性区发育进行了系统的研究和分析,研究结果表明:采动作用下顶板巷道围岩破坏以巷道顶、底板破坏最为明显,靠工作面侧的巷帮破坏次之。采场采动裂隙、塑性区发育与巷道围岩裂隙、塑性区发育在工作面的推进过程中不断相互吸引和促进,最终贯通。同时,当采动作用达到一定程度时,采动裂隙会以顶板巷道顶板为起点向上发育,而巷道肩角处塑性区向上产生畸形发展,其发育方向与采场覆岩断裂角一致,其发育高度远远大于未受采动影响的巷道塑性区发育高度。基于分析结果,提出了上行开采裂隙带顶板巷道支护策略,并以山脚树矿上行开采为工程背景对其顶板巷道原有的支护形式进行了改进,改进后的支护能够有效保证巷道围岩稳定。以上研究成果可为上行开采工程中顶板巷道的支护提供设计参考,丰富采动巷道围岩稳定性控制理论成果。     

锦界矿回采巷道围岩破坏特征与支护参数优化

针对巷道围岩破坏特征及稳定性控制问题,基于该类围岩的变形特点,对锦界矿某工作面平巷进行了锚固支护参数优化。通过钻孔窥视、岩心试验、松动圈测试等现场试验及数值模拟分析,分析了回采巷道受采动影响时围岩应力分布规律及围岩破坏特征,优化了巷道支护参数。结果表明:受工作面采动影响后,巷道两帮围岩破坏不大而顶底板完整;优化后顶板和两帮支护参数减少了支护强度。工程实践表明:优化后支护参数有效控制了巷道围岩变形,节约了支护成本,提高了掘进效率。     

叠加采动影响下保留巷道围岩破坏机理及其控制技术

以布尔台煤矿上下煤层叠加采动影响下保留巷道严重变形破坏为工程背景,采用理论分析、现场监测、实验室试验、数值模拟和工业性试验等综合研究方法,从巷道围岩塑性区形成和发展的角度,对巷道围岩破坏特征、采动应力时空演化规律、保留巷道塑性区恶性扩展破坏机理、应力调控围岩控制技术方面进行系统研究。结果表明:上下煤层叠加采动后,保留巷道处于高应力比值带,主应力比值为1.84～2.22,最大主应力与竖直方向夹角为39.7°～41.9°,导致巷道围岩塑性区恶性扩展,顶板破坏深度7.5 m,底板破坏深度4.5 m,煤柱帮破坏深度3 m,煤壁帮破坏深度2.25 m。基于塑性区破坏机理提出应力调控技术,通过改变煤柱尺寸或上下工作面开采布局等手段调控围岩应力,减小围岩塑性破坏范围,并进行工业性试验,取得良好的应用效果。     

多次采动巷道围岩变形演化规律及支护技术研究

为探究多次采动下巷道围岩的变形演化规律,解决巷道围岩大变形问题,以山西襄垣七一新发煤业5101工作面回风巷为工程背景,采用现场调研、数值模拟和工业性试验相结合的方法,对多次采动期间巷道围岩变形及塑性区演化规律进行研究,结果表明：随着采动影响的加剧,巷道围岩变形量增加且所占总变形量比重增加,并呈现明显的非对称变形;巷道围岩塑性区破坏深度延伸,破坏面积加大且巷道右帮塑性破坏区扩展最为明显,其塑性破坏规律大致呈：“巷道右肩角处→巷道右底角处→巷道右帮中部”的动态扩展过程。基于巷道围岩变形特征及规律提出支护方案,现场工业性试验结果表明,支护方案合理,巷道变形满足工作面开采需要,研究结果可为类似地质条件下巷道围岩控制提供借鉴。