Study on mechanism of reinforcing sides to control floor heave of extraction opening

Roadway surrounding rock is a compound structure consisted of roof, floor and sides. The sides of extraction opening is the weak coal mass, which affect immediately the stability of floor. It was simulated by numerical calculation for the strength of sides coal to affect the floor heave, the higher strength of sides coal is, the lower degree of floor heave was. So it was put forward reinforcing sides to control floor heave of extraction opening,and it was proved by engineering practice that the floor heave of deep extraction opening can be controlled to a certain degree by reinforcing sides of roadway.     

Controlling floor heave of extraction opening by reinforcing sides and roof

Introduction The study of floor heave control has been focused on the floor rock for a long time, many control meas-ures are applied in the practice, for example, floor an-chor, floor grouting, concrete concave crown, floor dissection etc. These measures can control floor heave to a certain extent, but construction is complicated, and the cost is very high. On the basis of analysis of influence each other of deformation and stress of every parts of surrounding rock, the new way that roof, side…     

Study of mechanical principle of floor heave of roadway driving along next goaf in fully mechanized sub-level caving face

On the basis of analyzing floor strata mechanical circumstance of the roadway, the mechanical model was established. The relative displacement of roadway floor, narrow pillar floor coal mass and floor strata was calculated, the results showed that the high abutment pressure on coal mass beside the roadway was the main reason to lead to relative displacement of floor strata. And the roadway floor heave come mainly from three aspects. Firstly, the roadway floor strata is easily fractured by the stretch stress. Secondly, because the high abutment pressure is greater than the uniaxial compressive strength of floor strata, when the roadway floor strata are fractured, the coal mass floor strata at the same depth will be fractured, and broken rock will fluid into the open roadway. Thirdly, comparing with the coal mass floor, the roadway floor is relative ascending.     

底角锚杆在深部软岩巷道底鼓控制中的应用研究

底鼓作为深部软岩巷道围岩变形与破坏的主要形式之一,一直困扰着贵州开磷集团马路坪矿。通过对700m中段运输大巷变形状况的实地调查,以及对底鼓因素的理论分析,同时运用数值模拟方法,研究底角锚杆在控制底板变形中的受力特征,从而提出底角锚杆控制底鼓的工作机理。通过对三种底锚形式(单排底锚、双排底锚以及垂直底锚)的数值模拟对比,得出如果在高地应力情况下,安设垂直底锚能够防治由于较高的应力集中而形成的剪切破碎带随着破坏的发展、剪切带贯通而形成的楔形破坏。同时加设双排底锚,利用材料自身的抗剪强度,切断底板基角部位的塑性滑移线,使应力向岩体深部传递,最终有效地控制巷道底鼓。     

断层破碎带巷道底臌作用机理与控制技术

针对阳城煤矿-650南翼综机库(返修后为-650集中制冷硐室)底臌问题,采用现场调研和室内测试分析了底臌影响因素,包括断层破碎带影响、底板岩体质量差、底板浸水劣化和底板支护薄弱,其中前2条属于地质因素,要摸清参数分析利害,后两条属于人为因素,要优化设计设置防水。通过有限元模拟了原有支护和返修支护条件下底臌形成过程,模拟显示原支护条件下,巷道底板零位移标线距离巷道底板地坪7 m左右,零应变标线距离底板地坪10 m左右;底板有明显的3个区域:拉应变上升区、拉应变压缩区、压应变压缩区,其中拉应变上升区分布范围广且深度大(即零位移标线深度大),围岩应力作用下拉应变上升区持续位移是造成底臌的关键原因。返修方案优化了全断面支护并重点强化底板支护力,模拟显示返修后底板零位移标线距离巷道底板地坪约4 m,与原有支护条件下相比,零位移标线抬升约3 m,减小了底臌发生区深度,控底效果显著。由此,提出了以底板零位移标线深度(即底臌产生区深度)来分析底臌作用机理,在单一变量条件下,分析得出底板支护力σ、底板岩体强度σc、巷道埋深H及巷道半径R与底板零位移标线深度hs的相关函数分别符合对数方程、幂函数、线性方程和对数方程。其中底板支护力和巷道半径影响作用显著,底板岩体强度影响作用次之,巷道埋深影响作用再次之。因此,为抑制底臌,在常规支护条件下应尽可能提高底板支护力;在巷道满足使用要求条件下应尽可能减小巷道尺寸;对软岩底板应尽可能保持或优化底板岩体强度,必须进行底板防排水。最后,实施了以锚网索喷+钢管混凝土支架技术优化全断面支护并以钢筋混凝土底梁强化底板支护的综合返修支护方案,工程实践表明返修后底臌控制良好,底臌量低于20 mm,计算钢筋混凝土底梁支护力1.02 MPa,钢管混凝土支架反底拱支护0.91 MPa,返修方案的底板总支护力σ=1.93 MPa,属于高支护力方案。但是返修方案也存在施工复杂和支护成本较高问题,为此提出由预制装配式弧板+控底锚索+防水层组成的优化支护系统,施工简单,成本经济。     

高应力煤层顶板巷道底鼓治理技术研究

巷道底鼓问题一直是困扰煤矿科技人员的难题。随着采深的加大,地应力以及采动应力显现更加明显,巷道的帮顶支护技术随着材料、机具、工艺的创新已经被有效解决,矿山压力的显现只能在支护比较薄弱、或者说没有支护体的底板进行显现。这就造成很多巷道帮顶基本无变形,而底鼓十分严重。对常村矿煤层顶板运料斜巷底鼓问题进行了地质资料调查,根据底板岩层强度及破坏深度,制订了合理的加固方案及工艺,取得了良好的支护效果。     

特大断面硐室底鼓控制技术研究

为解决王庄煤矿大断面支架换装硐室底鼓量大的问题,采用理论计算和数值模拟方法对特大断面硐室底板变形破坏特征进行了分析,提出了反底拱和底板锚索群加固2种底鼓控制技术,并用FLAC3D数值模拟软件建立了2种底鼓控制方案的数值计算模型,并对其支护效果进行了对比.结果表明:硐室底板破坏深度达到2.2m,塑性区半径达12m,底鼓控制难度大,特大断面硐室底板锚索群控制底鼓效果明显优于反底拱.现场应用表明实施底板锚索群注浆加固措施后,巷道最大底鼓量为80 nmm,能较好地控制底鼓.     

彭庄煤矿软岩巷道底臌控制技术及数值模拟研究

 针对彭庄煤矿巷道围岩节理、裂隙发育,岩层浸水软化严重的复杂地质条件,以马头门大范围内的岩体为研究对象,通过对围岩物理力学性能的测试、底臌影响因素的理论分析和底臌控制技术的数值模拟,提出了采用全断面注浆、高强超长锚杆加固顶板和两帮、底角锚杆和混凝土反底拱加固底板的综合控制底臌方案。并对马头门围岩收敛变形进行了长期的监测,监测结果表明马头门围岩顶底板的总变形量仅为5mm,这说明该方案有效地控制了底臌。     

操车基础段巷道底臌综合治理技术

林南仓矿业分公司-650暗立井是矿井主要生产水平进出材料的咽喉,井底车场进车侧操车机基础段严重底臌,采用锚喷、钢筋砼、注浆、底拱联合支护新技术进行综合治理,取得良好的技术经济效果,为相似工程提供了经验。     

超挖锚注回填控制深部巷道底臌研究

以淮南矿区深部巷道条件为工程背景,采用数值模拟及现场实测的研究方法,对底板无支护巷道围岩应力分布特征、破坏场特征及岩层移动规律进行了深入研究,揭示了深部巷道底板围岩力学特征。通过分析多种措施治理深部巷道底臌效果,提出并实施了控制深部岩巷底臌的新方法--超挖锚注回填技术,即首先对底板下方一定深度的岩体超挖,然后对底板进行锚注加固,再回填强度相对较高的混凝土层,有效地改善了巷道底板围岩力学性质和力学状态。     

大断面回采巷道层状底板底臌机理及其防治对策

为研究大断面回采巷道底臌机理并寻求控制底臌的有效对策,通过对大断面回采巷道层状底板底臌机理进行理论推导,提出该类底板底臌的预测方法。结果表明:随着回采巷道底板断面的增大,岩梁的临界应力逐渐减小,更易失稳破坏;在水平力的作用下,几乎所有大断面回采巷道均受到底臌的威胁;随着巷道宽度的增加,底臌量大致呈线性增加。同时对巷道一般支护、加固巷道帮角和顶板及在加固巷道帮角和顶板的基础上安装底板锚杆的3种支护方案分别进行数值模拟,发现加固巷道帮角和顶板的同时安装底板锚杆可更好的防治底臌。     

煤矿用远控巷道修复机在底鼓治理施工中的应用

为解决煤矿井下低矮变形巷道围岩安全高效治理施工中缺乏专用可靠设备的难题,通过分析设备施工特点和功能需求,研制了可实现无线接收器与无线遥控器相互通信的WPZ-45/700LY型煤矿用远控修复机,并分析了修复机工作装置、液压系统、远控系统、履带车体的组成及工作原理。最后,在顾桥煤矿底鼓治理施工中进行应用,结果表明,远控修复机的电控系统性能稳定、可靠、响应速度快,基于此,总结出一套便于破碎锤和侧卸铲斗互换并补打锚杆(索)施工的作业工艺,为类似煤矿巷道底鼓远程治理施工技术与装备的开发提供借鉴。     

巷道底角锚杆控制底鼓机理及选型试验

煤矿开采进入深部以后,地质力学环境远比浅部复杂,各种非线性大变形力学现象越来越显著,巷道底鼓问题也更加突出。为探究控制巷道底鼓效果最好的锚杆类型,首先根据锚杆控制巷道底鼓力学分析模型,从有效切断底板塑性滑移线和有效分解力的作用两方面,对底角锚杆控制底鼓的作用机理进行力学分析;然后进行室内试验,加工6种不同材质及规格的底角锚杆,进行抗弯力学性能试验,通过对试验结果进行优化分析,最终确定控制巷道底鼓最适宜的底角锚杆类型,即I-3型底角锚杆;并将此类锚杆成功应用于大屯孔庄矿-785轨道大巷工程。监测结果表明,此类控制巷道底鼓锚杆在实际工程中取得明显的技术效果。     

亭南煤矿深部软岩巷道底鼓“四控”机理及应用

针对亭南煤矿深部软岩巷道底鼓大变形现象进行深入研究,综合采用现场工程地质调查、物化分析、数值模拟计算、现场测试等方法,分析得出西翼轨道巷道底鼓的复合型变形力学机制,提出采用"四控一措施"新技术将复合型变形力学机制转化为单一型变形力学机制,即将顶板、两帮、底角和底板四部位看作是相互联系的整体,综合控制各部位变形,并结合防治水措施,达到有效控制底鼓的目的。"四控"是指:在顶板施加锚杆并在关键部位施加锚索,有效降低来自顶板并传递至底板上的应力;通过施加底角锚杆,利用材料自身抗弯刚度,切断底板基角塑性滑移线;帮部打入锚杆,增强帮部岩体强度,减小发生底鼓底板宽度;施加反底拱对底板作用均匀一致的支护反力,形成封闭的支护体系。"一措施"是指:及时设置排水沟,避免排水不畅积水浸入底板造成膨胀性底鼓;对顶板及两帮围岩做喷浆处理切断裂隙水路径;巷道挖底后立即铺设干石灰粉垫层封闭底板围岩。工程实践表明,该项新技术在亭南矿有效地控制了软岩巷道底鼓变形。     

高应力巷道底板卸压槽防治底臌的机理研究及实践

 摘要：随着煤矿开采深度的增加,高地应力巷道的底臌问题越来越突出,针对这种现状,根据“强弱强结构”原理深入分析了底板中部卸压槽支护技术机理,在巷道围岩高强度支护的基础上,采用了底板中部卸压槽支护技术解决高地应力巷道底臌问题。由于底板中部卸压槽施工工序复杂,施工困难,在巷道卸压支护中很少应用,为了解决施工问题,底板中部卸压槽采用了“二次爆破”技术,并优化技术施工方案,平行作业,保障了施工进度,成功解决了底板中部卸压槽的施工难题。现场工业试验表明,高应力巷道周围岩体的变形得到了有效地控制,采用卸压槽支护技术有效地解决了高应力巷道底臌问题, 维护了巷道的稳定性,保证了矿井的安全生产。     

亭南煤矿强膨胀性软岩巷道底臌变形力学机制

针对亭南煤矿西翼轨道大巷的底臌防治难题,运用软岩工程力学理论,分析了底板泥岩的黏土矿物成分和结构及其遇水膨胀强度软化的特性,提出了软岩巷道的底臌变形力学机制。研究结果表明：底板泥岩的黏土矿物含量高达50.9%,主要黏土矿物成分为高岭石和伊/蒙混层矿物,具有强膨胀性;泥岩遇水后的软化特性明显,在暴露20 h后,强度衰减系数为0.72,35 h时强度衰减系数为0.61,开挖后必须及时对底板泥岩进行封闭;底臌变形破坏主要受分子吸水膨胀、胶体膨胀、构造应力、工程偏应力、软弱夹层等多种因素影响,其变形力学机制为I=1\*ROMAN ABII=2\*ROMAN ABDIII=3\*ROMAN BA型;根据该复合型变形力学机制,提出了铺设干石灰粉、开挖反底拱和安装底角锚杆的综合支护对策,经现场应用,效果良好。     

软岩巷道底鼓预测及支护对策研究

软岩特别是膨胀性软岩是巷道底鼓的重要原因之一。根据软岩巷道支护理论和BP神经网络理论,按照信息化施工方法的原理,首先进行了巷道矿压监测,通过底鼓监测数据训练神经网络模型,然后利用Matlab神经网络工具箱进行模型计算,同时预测了未来一段时间底板的高度以反映底板的变化。通过围岩现场应力测试、工程地质调查、室内构件识别试验和理论分析,研究了软岩巷道底鼓的相关特征和具体影响因素。研究提出了有效的底鼓控制对策,对类似工程具有一定的参考意义。     

高应力回采巷道底鼓机理及治理技术

赵固矿区回采巷道在高地应力和采动叠加支承压力的共同作用下,超前支承压力影响范围达到160 m,造成泥质底板和碎裂煤帮变形严重,围岩变形量大,底鼓量达到400 mm以上,导致大量巷道返修。大采高沿底掘进巷道为挠曲褶皱性底鼓;上分层沿顶板掘进巷道为挤压流动性底鼓。提出了赵固矿区回采巷道底鼓的治理策略,即“强帮、控制顶角和底脚、强化底板、适度卸压,底板采用自钻式注浆锚杆”,并给出了支护方案。自钻式注浆锚杆具有可接长、自锚固、自钻进、主动支护、可注浆和柔性支护的特点,是控制巷道底鼓的有力支护手段。矿压观测表明,采用自钻式注浆锚杆加固巷道底板,能够有效控制巷道底鼓。提出的底鼓控制方法可以为类似条件巷道围岩控制提供参考。     

深井煤巷滑移型底鼓岩体运移机理及控制对策

随着我国浅部煤炭资源的逐渐枯竭，煤矿开采深度逐渐加大，巷道底鼓现象愈趋严重。论文针对滑移型底鼓问题，利用塑性力学理论，对巷道底板滑移岩体进行了分区，推导得出了滑移型底鼓底板岩层临界破坏深度及底板最小支护荷载公式。以锚杆作用机理为依据，分析了滑移区域内微小单元体的受力特征，提出了滑移型底鼓阻滑控制措施，将成果应用于实践，为现场提供了参考。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。