软弱复合顶板巷道围岩控制技术应用

针对象山煤矿21315工作面辅助进风巷软弱复合顶板条件下的巷道顶板支护困难的问题,采用理论分析、数值模拟与现场实测方法,提出了“锚网索”联合支护方案,探究了“锚网索”联合支护方案对巷道围岩稳定性的控制效果。经计算,巷道顶板的破坏范围约为2.91 m,结合巷道顶板岩层岩性与厚度确定顶板锚杆、锚索长度分别为2.4 m和6.0 m;提出了巷道软弱复合顶板“锚网索”联合支护方案,顶板锚杆与锚索数量分别为6根和3根,间距分别为800 mm和135 mm,排距分别为800 mm和1 600 mm;探究了掘进工作面不同向前方探距离条件下,巷道围岩垂直应力分布与顶板下沉特征进行了分析,指出当掘进工作面向前推进15 m时,巷道围岩的垂直应力和顶板下沉基本稳定。现场应用结果表明,掘进工作面向前推进15 m时,巷道顶板离层量几乎不发生变化,且最终稳定在70 mm左右,说明采用“锚网索”联合支护方案,巷道顶板变形得到了有效控制。     

赵楼矿深部软岩巷道变形破坏机理及控制技术

基于赵楼煤矿井底车场巷道围岩矿物成分分析、室内岩石力学试验、巷道地应力测试、围岩松动圈测试等巷道地质力学测试技术手段,深入揭示了深部巷道围岩变形破坏机理;针对赵楼煤矿深部巷道低围岩强度与高应力的支护难题,提出了以内注浆锚杆为核心的锚杆+锚索+锚注“三锚”联合支护体系;为反映深部巷道、硐室开挖后围岩的变形特征与支护结构受力情况,对巷道围岩收敛变形与锚杆受力情况进行了实时监测.监测结果表明,采用“三锚”联合支护体系能够有效地控制深部巷道围岩的大变形及底鼓,保持了巷道的长期稳定与安全.     

梯形断面掘进巷道围岩稳定性数值模拟

针对埋深和断面对巷道围岩破坏这一煤矿安全的关键问题,通过对掘进巷道围岩的理论建模,分析了不同埋深梯形掘进巷道的围岩应力场和位移的变化规律,结果表明:随着埋深增加,无锚杆支护的巷道两侧会受到很大的应力而发生变形直至破坏,而锚杆支护后,可以明显降低围岩周围的应力,且巷道位移较小,不产生破坏。煤矿巷道开挖后,应立即进行锚杆支护,可以十分有效的控制巷道两侧围岩以及顶板和底板的变形,从而使巷道处于安全状态。     

组合锚注支护在深部大断面巷道围岩控制的应用

深部大断面巷道围岩严重变形影响煤矿回采效率,主要原因为埋深变大,围岩应力过大,导致支护传统支护措施无法满足要求。针对以上问题,拟采用组合锚注技术进行支护,阐述了两种中空注浆锚杆施工工艺,采用数值模拟方法分析了传统端部锚固和中空注浆锚杆锚固措施下巷道围岩应力、应变情况,对现场组合支护措施实施后情况进行了效果考察,得到以下结论：(1)组合锚注技术中端锚式中空注浆锚杆锚固大于涨壳式中空注浆锚杆锚固极限拉拔应力,前者是后者极限拉拔应力的1.5倍;(2)数值运算分析,深部采用传统端部锚杆锚固技术顶板最大位移量为140 mm,顶板破损严重;中空注浆锚杆锚固顶板最大位移量60 mm;中空注浆锚杆锚固技术支护效果更佳;(3)通过对比传统支护措施和组合锚注支护措施分析,传统锚固支护区域深部最大位移量420 mm,中空注浆锚固区域深部最大位移量120 mm,中空注浆锚固支护效果明显。研究结果表明,组合锚注支护技术有效控制了大断面巷道围岩变形严重问题。     

深部高应力软岩巷道围岩应力分析及支护研究

以淮南矿业集团潘三煤矿1662(1)运输平巷掘进工程为背景,针对深部高应力软岩巷道难以支护的问题,系统分析总结了该类巷道变形破坏特征,并提出了锚网索注联合支护对策。即在该类巷道掘进初期先采用锚杆及锚索联合支护控制围岩变形,随后配合注浆锚杆提高围岩承载能力。运用FLAC~(3D)数值模拟软件,对不同支护方案下软岩巷道的应力场及位移场分布进行研究。     

矿井深部沿空软碎巷道主动支护技术研究

为解决矿井深部沿空软碎巷道支护困难的问题,针对陈四楼煤矿埋深800 m及以下的沿空掘进工作面地质条件和巷道变形破坏特征,通过理论分析、数值模拟,分析巷道失稳破坏原因,提出了"高强度高密度锚杆+高强度锚索钢梁+顶板高强度注浆"的主动联合支护技术。结果表明:通过对沿空掘巷软弱破碎顶板进行高强度注浆,将顶板内的裂隙充填,使软弱破碎的顶板与高强度注浆液胶结成整体,从而提高巷道直接顶板岩层的黏聚力和内摩擦角,增强顶板的整体稳定性和强度;利用"高强度、高预应力、高强度、高锚固点"锚杆以及高强度锚索钢梁对巷道顶板和两帮实行协同支护,有效控制了巷道围岩变形,巷道掘进45 d后围岩变形趋于稳定,顶板下沉量最大为79 mm,两帮位移最大183 mm,保证了巷道安全生产过程中的正常使用。     

井底车场高地应力碎裂巷道围岩控制方案研究

针对万福煤矿井底车场巷道在围岩节理裂隙发育、高地应力条件下掘进过程中遇到的支护难题,基于对井底车场围岩物理力学特征测试,采用针对性高强锚注方式支护,展开了三次锚注参数必选试验,试验结果表明:万福煤矿井底车场巷道锚杆杆体钢材型号应不小于45号钢,杆体直径宜选用25 mm.现场工业性应用效果明显,围岩的收敛变形速率明显变小...     

深部高应力软岩巷道支护技术研究

肥城矿业集团公司曹庄煤矿-480m水平大巷、泵房、变电所埋深超过600m,围岩松软,支护困难,已施工的巷道尚未投入使用便已经过两次大规模翻修,仍不能有效控制巷道围岩的变形。通过对巷道围岩力学性质的测试,获取岩体主要力学参数,深入研究其力学特性和支护机理,合理选择支护材料和支护参数,采用高强锚杆 锚索 锚注联合支护技术,发挥支护体的强支撑、急增阻、高承载作用,有效地解决矿井深部高应力软岩巷道支护难题。     

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。     

掘锚分离煤巷围岩变形分析及其控制研究

为提高煤巷传统锚掘分离条件下的掘进速度,保证矿井正常接替,利用数值模拟分析锚掘分离情况下巷道围岩应力、变形及塑性区分布情况,得出:掘进迎头后方15m范围内,巷道垂直应力最大值在12.4～12.7MPa,水平应力最大值在12.80～13.00MPa之间;顶板位移量差别不大,巷道变形最剧烈范围在巷道掘进迎头后方0～10m范围内。根据数值模拟结果及现场地质条件确定"树脂锚杆+锚索"支护体系,根据巷道变形观测,顶底板最大移近量为78mm,两帮移近量最大在55mm,随着巷道掘进,巷道变形基本不变,掘锚分离可行。     

深井复杂条件下回采巷道高强度锚杆支护技术

针对长广七矿埋深近千米、地质条件极其复杂的回采巷道支护问题，在数值模拟研究巷道围岩变形机理的基础上，设计了斜顶鼓梯形巷道断面，确定了高强度锚杆支护参数。现场观测表明，锚杆支护使巷道围岩得到有效控制，巷道表面变形下降。     

深部复杂区域巷道支护技术研究与应用

矿井开采进入深部以后,原有的锚杆支护方式及支护强度已很难适应深井煤巷的变形特征,巷道围岩变形根本无法满足矿井安全生产的需要,矿井生产受到严重影响。通过对夹河煤矿-950 m水平2442材料道复合顶板-、1 150 m水平突出区域7446运输机道采用可控预应力超高强锚杆支护、防底鼓管缝锚杆及施工工艺进行了分析,探讨了深部锚杆支护存在的问题。同时对深部如何充分发挥锚杆锚固作用,解决深部支护问题采取了切实可行的措施,取得了很好的支护效果。     

深部破碎岩体巷道围岩控制技术研究

某金矿进入深部开采后,由于围岩破碎,巷道开挖后出现了明显的变形和破坏现象,难以满足其服务期间的稳定性要求。针对这一问题,采用现场调查、数值模拟和现场试验等手段开展了研究。首先,分析了巷道变形和破坏特征,认为该矿巷道破坏表现为两帮破坏,然后发展至顶板。其次,从充分利用深部破碎岩体自承能力的角度出发,提出了马蹄形巷道设计方案,并采用数值模拟的方法分别模拟了矩形巷道,直墙半圆拱巷道,直墙三心拱巷道和马蹄形巷道的开挖过程,结果显示当采用马蹄形巷道时,能够减小围岩应力松弛区的范围,改善围岩的受力条件,极大限度地抑制了围岩的变形和破坏。再次,给出了优化的马蹄形巷道支护方案,在传统只采用顶板锚杆的基础上增加两帮锚杆和穿带,其中,顶板锚杆间距 1.5 m,两帮锚杆间距 1.0 m,排距均为 1.0 m。最后,将得到的马蹄形巷道方案应用到该矿-900 m 分段联巷的工程实践当中,结果表明马蹄形巷道施工后围岩没有发生明显的变形和破坏,取得了较好的施工效果,保证了巷道的稳定性。通过本研究可以为该种类型的深部破碎岩体巷道的围岩控制技术提供参考和借鉴。     

富水弱胶结软岩巷道围岩变形破坏特征分析

弱胶结软岩巷道围岩稳定控制是煤矿安全生产需要解决的一个技术难题。为研究弱胶结软岩巷道围岩的变形破坏特征以及合理的支护技术,以色连二矿12307巷道为研究背景,考虑采空区积水下渗对弱胶结软岩强度的影响,采用FLAC^3D对“锚杆索网”以及“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”两种支护方案下弱胶结软岩巷道的应力、变形、塑性区等分布特征进行了数值模拟分析。研究结果表明,常规“锚杆索网”联合支护下富水弱胶结软岩巷道很难维持自身的稳定,其围岩变形量以及破坏范围将随着巷道的向前开挖而持续增长,最终在顶板、底板、两帮出现的最大位移分别为630、410、155 mm,而塑性区深度则可达5.9、4.0、6.0 m。而“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”联合支护下,富水弱胶结软岩巷道则在巷道开挖后会迅速保持稳定,并且其在顶板、底板、两帮出现的最大位移分别为37.0、31.2、9.8 mm,塑性区深度仅为2.0、1.5、1.1 m。应用表明,采用“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”联合支护能够有效控制富水弱胶结砂质泥岩的泥化现象,有利于巷道的掘进与使用安全。     

复合顶板动压巷道变形破坏机理与锚杆支护技术

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。     

深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

大埋深采准巷道围岩拱梁支护结构研究

以桑树坪2号井煤矿3303工作面大埋深采准巷道为背景,采用"拱-梁"结构模型对该巷道进行支护优化,借助FLAC3D数值软件对原支护和改进支护的支护效果进行对比分析。结果表明:改进方案不仅能够提高浅部顶板的稳定性,而且还能有效控制巷道围岩变形。锚索压缩拱承载作用下,巷道围岩竖向应力呈拱状形态,帮部锚杆的存在可以缩小巷道两帮破坏范围,表明顶板的有效支护有利于提高巷道围岩的承载能力。顶板上方围岩所形成的"拱-梁"结构模型,对大埋深采准巷道的支护作用有明显改善。     

砌碹巷道冒顶机理及控制技术研究

以某矿辅助轨道大巷为工程背景,研究分析了砌碹巷道冒顶失稳机理,主要是：①碹体与帮、顶之间存在空隙,碹体不能及时有效支护围岩;②巷道锚杆支护参数不合理,锚杆、锚索不能有效控制顶板下沉,最终导致巷道发生冒顶事故。针对砌碹巷道冒顶的特征和机理提出冒顶段巷道支护技术：①重新砌碹,应用高水速凝材料对碹体与巷道围岩之间的空隙进行壁后充填;②应用高水速凝材料对破碎围岩进行注浆加固;③应用锚杆、锚索对冒顶段巷道进行加强支护。现场矿压监测结果表明,该技术不仅保证了施工安全,而且提高了围岩整体性和承载能力,有效控制了巷道围岩变形。     

深部高应力回采巷道变形破坏机理与控制技术

针对深部高应力回采巷道变形破坏严重与难控制的问题,以任家庄煤矿210504工作面回风巷为工程背景,研究了其变形机理和稳定性控制技术。对该工作面运输巷的变形破坏代表性地段进行了现场调查,发现该巷为典型的深部高应力回采巷道,变形破坏特征为强烈底鼓、两帮严重内挤、顶板整体下沉;采用数值模拟的方法研究了巷道围岩的变形破坏机理,认为该巷的变形破坏是由低预紧力锚杆支护体系不能控制深部高应力巷道围岩所导致;对210504工作面回风巷提出了“锚杆+锚索+W钢带+锚网”的综合支护方式。工程实践表明,巷道底鼓量为220 mm左右,两帮移近量262 mm左右,分别比原支护方案降低59.1%和40.2%左右,巷道围岩保持稳定。该研究成果可为该矿或同类矿井的稳定性控制提供借鉴。     

深部综掘巷道机器人化超前支护方案与最佳支护时机研究

综掘工作面为顶板垮落、片帮等事故多发区,且随着煤炭开采深度的增加,安全问题更为 严峻,严重威胁着煤矿工人的人身安全。 超前支护是事故预防和安全保障的有效途径之一。 基 于自主设计的机器人化自移式支锚联合机组,提出了综掘巷道超前支护方案和支护时机的概念, 阐述了支护机器人的结构与工作原理。 以旗山矿地质条件为例,建立了巷道围岩－超前支架力学 耦合模型,采用数值模拟分析了不同支护时机下巷道围岩变形与支架受力情况。 结果表明:顶板 下沉10~15mm时,巷道围岩承载能力较强,平衡后顶板最大下沉量最小,约29.64mm,超前支 架顶部受力最小,约0.13Mpa,有利于超前支架的设计与巷道安全支护,为最佳支护时机。 总结 了综掘巷道最佳支护时机的确定方法,为利用巷道围岩的自承载能力、减小巷道围岩变形、降低 巷道支护成本、提高巷道支护效率和安全性提供了思路。