深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析

通过对深井巷道两帮锚固体破坏特征及作用机理分析,锚固体最大破坏部位在两帮偏中上部,两帮锚杆支护的作用就是使锚杆与锚固范围内岩体相互作用形成锚固承载结构体.把深井巷道两帮锚固体失稳分为压裂失稳和剪切失稳,两帮锚固体首先失稳形态为压裂失稳,建立了巷道两帮锚固体2种失稳条件下的稳定性力学模型,提出了锚杆、锚索耦合支护方案,并对试验巷道两帮稳定性进行了力学计算、数值分析及现场观测,回采巷道两帮采用支护设计方案后,两帮收敛量减小,最大移近量124 mm,控制在合理范围内,两帮围岩稳定,支护效果显著.     

复合顶板煤巷围岩稳定性分析与支护技术

针对西南某煤矿采区巷道顶板为复合顶板,两帮强度低,传统架棚支护难以控制围岩变形量大这一问题,采用数值模拟的方法,系统分析研究了复合顶板巷道围岩稳定机理,得出复合顶板煤巷两帮及顶板浅部以及围岩深部破坏形式为拉剪混合破坏,巷道顶板浅部破坏形式主要为拉破坏,而锚杆的作用可明显减少巷道围岩深部以及两帮浅部的拉剪破坏,增强了巷道稳定性。结合工作面的实际地质概况,确定了巷道的支护参数,并进行了工业性试验,证明了所提出的支护参数有效约束了围岩变形,验证了研究成果的合理性和可靠性。     

回采巷道锚杆支护顶板稳定性分析

在分析巷道围岩应力分布特征和锚杆支护巷道顶板破坏形式的基础上, 指出巷道锚杆支护顶板严重破坏的类型可分为两类： （１） 顶板锚固岩体沿巷道两帮上方的滑落, 即出现剪切破坏; （２） 顶板锚固岩体发生压缩破坏． 据此建立了巷道顶板稳定性分析模型, 提出了顶板稳定的判别准则．     

深井高应力巷道围岩变形及控制技术研究

为了解决赵固一矿2号煤层11271胶带巷围岩变形破坏严重的问题,通过现场监测数据分析地质力学参数和原支护方案围岩变形破坏规律,指出围岩强度低、赋存水文地质环境复杂、应力集中系数高、支护强度无法达到要求是巷道围岩变形破坏的主要原因。提出了强力一次支护理论,采用全长预应力锚固强力锚杆锚索控制技术提高顶板初期支护预应力和支护强度,加强两帮支护的支护方案。现场试验效果表明:无论是从锚杆索受力还是从巷道顶底板和两帮变形量来看,采用全长预应力锚固强帮控顶技术后,巷道变形得到有了效控制,而且保证了正常回采。     

断层附近厚顶煤巷道围岩破碎机理研究

通过分析工作面回采巷道在断层构造应力作用下围岩破坏变形机理,提出了"高强高预紧力锚杆支护及顶板斜拉锚索梁"主动支护技术,增强厚顶煤锚固体的抗剪能力、提高两帮的承载能力,保证巷道围岩的稳定性。     

高预应力锚杆在软岩地层斜井巷道的应用

在分析软岩巷道围岩变形与破坏特征的基础上,采用有限差分数值计算软件FLAC3D模拟分析了北京木城涧煤矿穿越软岩地层斜井巷道在高预应力强力锚杆端部锚固与全长锚固支护下预应力在巷道围岩中的分布特征.结果表明:不同类型岩层对巷道围岩受力与变形影响明显;相对于端部锚固,全长锚固能使锚杆的锥形压应力区相互叠加,锚杆预紧力扩散到大部分锚固区域,更能充分发挥锚杆整体支护的效果.现场试验表明,高预应力锚杆全长锚固支护方式能够有效控制软岩巷道顶部和两帮煤岩体的大变形.     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。     

浅谈动压影响巷道的围岩变形机理与支护分析

为了减少动压留巷巷道在掘进期间受高地应力发生的巷道变形、顶板受到基本顶回转引起的不均匀沉降而发生的层间错动,采用高预应力强力一次支护理论进行巷内锚杆支护。对巷道浅部围岩必须大幅提高锚杆支护的初期强度和刚度,通过施加足够预紧力并通过组合构件实现预应力扩散,将围岩锚固成一整体,提高锚固体的强度,阻止围岩的裂隙扩展,防止围岩变形进一步恶化;对于较深部的围岩,其变形具有一定的延性,应采用高预紧力锚杆锚索协调支护,补偿围岩侧向应力损失,抑制新裂纹的产生和扩展。特别是对于松软煤帮围岩的控制,对两帮采用分部强化支护,抑制围岩变形尤为重要。     

上行开采顶板煤巷围岩稳定性控制技术研究

针对淮南矿区煤层群上行卸压开采被保护层回采巷道围岩控制的技术难题,采用数值模拟和物理模拟方法研究了下部煤层卸压开采后项板巷道应力场和裂隙场时空演化规律,以及卸压开采动压影响条件下,复合顶厚度小于锚杆锚固范围、复合顶厚度与锚杆锚固范围相当、复合顶厚度大于锚杆锚固范围时巷道变形破坏规律,结果表明:下伏采动和巷道掘进形成的叠加应力决定巷道围岩应力分布和裂隙演化特征,锚杆支护能够优化围岩的应力场和裂隙场,保证围岩整体结构稳定;复合顶厚度大于锚杆锚固范围的巷道安全状况最差,巷道变形破坏最严重.在此基础上提出了保障顶板安全、加固两帮、强化关键区域、增大锚固范围的控制原则,给出了以新型“三高”锚杆为基础的立体式锚索梁承载结构组合支护技术,并成功应用于工程实践,取得了良好的支护效果.     

预应力锚杆支护技术对两帮的效用分析

综合运用相似材料模拟试验和数值模拟结果,分析了预应力锚杆支护技术对两帮的控制效用,指出锚杆支护中合理的预紧力可以改善锚固岩体力学性能,降低两帮变形量,从而有利于保持巷道围岩稳定。     

丁集矿1262(1)运输顺槽锚杆支护数值模拟分析

本文以丁集煤矿1262(1)工作面运输顺槽为研究对象,为确定合理的锚杆支护参数,采用FLAC2D4.0模拟分析了不同锚杆长度、不同顶板锚索个数以及帮部支护是否采用锚索梁对巷道稳定变形的影响。研究结果表明,对于类似深部巷道只有通过加长锚杆长度、增加顶板锚索数量和强化帮部控制,继而达到加大锚杆锚固区范围,提高巷道顶板承载能力和围岩完整性的目的,才能实现深部巷道的长期稳定。     

多裂隙围岩中锚固结构形成的力学机理

把顶板锚固结构简化为均布荷载作用下两端固定支撑的梁,通过分析该固定支撑梁的力学平衡条件,确定了形成锚固结构所需锚杆预紧力与巷道顶压集度、顶板岩石物理力学参数、锚杆有效长度、布置间距之间的定量关系;把两帮锚固结构看作顶板锚固结构的支撑体,通过分析锚固结构的支撑能力与侧向压力的关系,建立了巷道两帮形成锚固结构所需锚杆预紧力与巷道顶压集度、两帮岩石的力学参数、锚杆有效长度、安装根数之间的定量关系。研究结论在大同矿区15号煤层巷道支护中得到应用,效果良好。     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究

随着煤矿向深部发展,矿井动力灾害既表现出冲击地压的部分特征,又表现出冒顶的部分特征。2种典型的灾害打破以往冒顶与冲击地压的发生具有一种互为逆向性的认知规律,在深部高应力煤巷,特别是留顶煤巷道中出现了相互诱导、复合发生的新灾害类型。在总结山东、山西和新疆矿区典型巷道冲击致顶板(顶煤)动力灾害特征的基础上,提出了深部巷道冲击地压与冒顶复合灾害的概念、机理与分类,指出复合灾害机理关键点在于揭示巷道整体系统和破碎区子系统的稳定原理及其2者间的相互影响。建立了巷道发生复合灾害的力学模型,根据扰动响应失稳判据,提出并得到了巷道发生复合灾害的临界应力Pcr、临界软化区半径ρ_cr和最大容许采扰应力增量σ_max,厘清了灾害发生的主控因素,分析了煤岩冲击倾向指数K、支护强度ps、巷道半径ρ₀、煤岩强度σ_c等对灾害发生的影响规律,同时阐明了围岩塑性软化、破碎深度随地应力增加的发育规律。研究结果表明,破碎发育巷道的动力失稳主体为弹性区、软化区与破碎区构成的不稳定系统,垮落主体为破碎区;稳定的破碎区提升了巷道冲击启动临界值,使其启动难度增大,但破碎区的发育又易引起顶煤垮落;巷道稳定支护是解决复合灾害的关键,科学合理支护既能有效调控围岩破碎防冒,又能提升冲击启动临界值。通过理论研究,揭示了巷道冲击地压与冒顶复合灾害的发生机理,阐明了巷道软化与破碎区及其稳控支护对深部破碎发育巷道动力灾害防治的重要性。     

松散破碎围岩锚喷注联合加固技术

为解决九轨下山部分地段变形严重的问题,结合现场实际情况,得出该巷道持续剧烈变形的原因是断层构造多、围岩强度低和巷道施工质量差。分析认为,锚喷巷道在径向上存在分区,由外向里依次为锚喷层、散体层和深部裂隙层。散体层内围岩松散破碎,深部裂隙层内裂隙发育,贯通率高,这些是导致巷道后期失稳的主要因素。注浆加固的机理是固结浅部围岩,充填深部裂隙,为锚杆(索)提供稳定的着力基础,使得松散破碎的围岩与锚杆(索)成为整体,形成复合承载结构,从而提高巷道的稳定性。现场应用表明,九轨下山采用锚喷注加固40d后变形基本稳定,两帮移近量为67mm,顶底板移近量为45mm,满足了生产需求。     

恒定载荷作用下巷道围岩承载特性数值模拟研究

不同锚杆支护参数条件下,围岩形成的锚固承载体的承载性能不同。采用数值模拟软件,研究了围岩在支护后,锚杆支护参数与锚固复合承载体的关系。研究得出:随着支护密度的增大,围岩承载体强度逐渐增大、围岩两帮塑性区范围逐渐变小、垂直应力峰值逐渐由深部向浅部转移、围岩变形量小;随着锚杆长度的增加,应力峰值越靠近两帮、应力值也越大。但是锚杆长度达到一定值时,承载体强度的增长幅值逐渐减小;随着锚杆直径的增大,巷道的围岩变形量逐渐减小。研究为巷道围岩的控制提供了借鉴。     

特厚煤层煤巷围岩松动破坏规律

以陕西彬长矿区4#煤层巷道为研究背景,采用现场的工业实践的方法,通过回采工作面和掘进工作面进行松动圈探测,确定采动和掘进过程影响下,巷道两帮的松动圈范围。以此为基础对煤体内部结构进行分析,判断煤体内部破坏情况,同时为确定两帮锚杆支护长度的设计提供依据,也是煤层巷道围岩稳定性的评价的重要依据。     

湾图沟煤矿高强度采动巷道稳定性评价研究

针对高强度采动巷道围岩控制难题,从实验室岩样尺度和现场巷道尺度研究了湾图沟煤矿13405工作面回风平巷围岩稳定性特征。结合单轴压缩试验和声波测试分析了干燥、自然及饱和状态下3组岩样的力学行为差异特征。利用钻孔成像,分析了高强度采动影响巷道围岩裂隙发育分段特征。结果表明:干燥、自然及饱和状态下岩样的单轴抗压强度和弹性模量依次降低,水分的存在极大地降低了岩石的强度和刚度。实煤体段围岩仅在深度1 m范围内发现少量纵向裂隙。高静压段两帮维护效果较差,煤帮裂隙极为发育,存在高量值的离层。动压段巷道顶板完整性较好,两帮均发现较大离层,且超出了锚杆正常锚固范围,严重影响了巷道锚固结构的稳定性。