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。     

坚硬厚层顶板切顶卸压自成巷恒阻锚索支护应用

为了控制塔山煤矿8304工作面在切顶卸压过程中巷道顶板的下沉变形现象,保证成巷过程及巷道二次复用期间顶板围岩的稳定性,在预留巷道顶板原支护的基础上采用恒阻大变形锚索对顶板进行补强支护。运用理论计算并结合现场实际条件,选用长度为9.3m,支护密度0.8根/m2的恒阻大变形锚索加固顶板。现场应用结果表明：巷道顶板下沉量较小,成巷效果良好,可以满足复用生产要求,说明恒阻大变形锚索能很好适应切顶卸压自成巷对巷道顶板的变形影响,也为其他类似条件下沿空留巷顶板支护提供一定参考。     

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。     

综采工作面切眼一次成巷围岩控制技术

在复合顶板的工作面切眼中,巷道围岩变形难以控制,使巷道无法一次成巷。为解决这一难题,对巷道的围岩变形规律及特征进行了分析,并针对这一情况,对复合顶板工作面切眼的支护形式进行了相应的优化改进。在完成巷道支护后,对巷道围岩变形情况进行观测,观测结果表明,在复合顶板的工作面切眼中,改进后的支护方案能够有效控制复合顶板巷道围岩变形情况。     

复合顶板巷道支护技术研究

为解决赵庄矿13102巷道复合顶板变形的问题,通过理论分析和数值模拟的方法分析了巷道顶板破坏的原因,针对原有的支护方案不能有效控制巷道复合顶板的变形问题,提出了"全锚索"支护方案。实践证明,在新的支护方案下巷道复合顶板的破坏得到了有效控制。     

大倾角煤层断层带回采巷道动载失稳机理

针对大倾角煤层断层带回采巷道受动载影响易出现冒顶、片帮等支护难题,以太平煤矿3115^-14工作面回风巷道为工程背景,采用物理相似模拟实验的研究方法,揭示巷道未支护、锚网支护、锚网喷支护等3种条件下受动载影响的变形破坏规律及支护失效机理。实验结果表明：回风巷道未支护条件下,顶板在倾斜层面和断层面交汇处出现“三棱柱”冒落体,近断层巷帮中上部出现煤壁片帮。锚网支护巷道在动载作用下靠近断层带处顶板下沉剧烈、出现金属网破裂并伴随漏沙等现象。锚网喷支护巷道在动载作用下呈现顶板和左帮表面破坏严重、锚杆受力明显,呈现非对称变形破坏特征。根据巷道顶板的载荷-变形曲线梯度变化特征,顶板动载变形划分为线弹性变形阶段、黏弹性变形阶段及塑性变形破坏阶段,巷道支护与非对称变形的不协调导致支护失效。据此,提出“锚网喷+刚柔支架”的组合支护技术,采用圆弧拱刚柔支架提高了巷道围岩整体支护强度,控制顶板的塑性变形和巷帮的黏弹性变形,顶板、左帮、右帮、底板的变形量较锚网喷支护降低了39%,91%,38%,64%,支护效果良好,为类似条件巷道支护提供技术指导。     

近断层大断面巷道变形分析与控制

为了解决近断层大断面巷道的支护难题,针对山西晋城赵庄矿近断层大断面巷道53121巷在掘进期间发生顶板剧烈下沉、两帮非对称变形和支护结构失效的现象,通过现场调研和数值模拟,分析近断层大断面巷道变形破坏的特征和原因。结果表明,断层面剪切滑移破坏、围岩松软破碎、支护结构针对性差是造成大断面巷道变形破坏的原因。利用非对称支护原理,提出该巷道围岩的控制技术,即顶板采用全锚索支护方式控制大断面巷道顶板下沉,两帮采用锚杆+锚索非对称支护技术控制大断面巷道两帮非对称变形,促使支护结构均匀承载,从而控制巷道围岩变形。工程实践表明,采用新支护方案后,围岩变形得到有效控制,巷道稳定性大幅提高。     

顶板可接长锚杆耦合支护系统性能研究

针对大变形巷道顶板支护系统中锚杆与锚索受力和变形不协调的问题,研发了一种新型可接长锚杆。在对普通锚杆、锚索及新型可接长锚杆拉伸试验和力学分析的基础上,结合大变形巷道顶板围岩的变形破坏特征,提出了大变形巷道顶板可接长锚杆耦合支护系统,建立并分析了可接长锚杆耦合支护系统与锚索耦合支护系统的本构模型。研究表明:当巷道顶板变形量超过锚索最大延伸量时,锚索耦合支护系统中锚索由于延伸率低,过早于普通锚杆达到延伸极限而破断,而可接长锚杆能与普通锚杆在受力和变形2方面协调同步地支护顶板围岩;可接长锚杆能够提高顶板围岩的自承性能,并在保证较强支护力的同时提供更大的让压距离。可接长锚杆耦合支护系统成功应用于赵固一矿11031巷道试验段中,顶板变形量比原支护方案减少了20%左右,顶板围岩从开挖到稳定的时间缩短了33%,且顶板变形稳定后顶板下沉速率较原支护方案明显降低。     

锚索梯网组合支护在沿空巷中的研究与应用

为了解决薄煤层沿空留巷顶板采用锚杆喷浆支护后,在巷道复用前其顶板破坏变形严重的问题,研究了巷道在施工时,采用锚索+金属梯(或金属网)组合支护巷道顶板.应用结果表明:薄煤层沿空留巷在施工时采用锚索梯网组合支护巷道顶板,在巷道复用前其顶板的破坏变形已基本消灭.结论:薄煤层沿空留巷在施工时采用锚索梯网组合支护巷道顶板,将大大减少巷道修复工程量,提高安全生产水平.     

复合顶板巷道围岩控制技术研究

针对星村矿3207轨道巷复合顶板松散破碎、顶板下沉量大、锚索破断等变形特征,分析了巷道变形破坏的原因、复合顶板巷道变形规律和控制技术要点,提出了采用"预应力中空注浆锚索+锚网索"联合支护方案,加强顶板支护强度,充分发挥围岩自承能力。现场工业性试验表明,该支护方案能有效控制巷道围岩变形。     

破碎带厚度对软岩巷道初次支护效果影响分析

以孟家窑煤矿软岩巷道为背景,通过现场调查、数值模拟分析了巷道顶板破碎带厚度的不同对巷道初次支护效果的影响。结果表明:巷道顶板破碎带越厚,顶板越不稳定,巷道初次支护效果越差。针对巷道顶板破碎带厚度最大的情况提出了巷道支护优化方案,有效地控制了巷道顶板变形。     

托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理和加固技术研究

晋能王家岭煤业回采面均采用“两进一回”布置,其中上一工作面辅运顺槽复用作为下一工作面回风顺槽,为托顶煤强烈动压巷道,巷道维护困难,需对其变形特征和变形机理开展研究并提出相应加固设计。通过对动压巷道顶板离层、顶帮变形和支护构件受力的监测,结合顶板岩层窥视,掌握了王家岭煤业托顶煤动压巷道的变形特点,顶板离层主要发生在顶煤范围内。采用数值模拟,研究了顶煤厚度、动压影响程度和不同支护设计等因素对顶煤顶板变形的影响,分析了托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理,认为顶煤厚度和顶煤支护情况直接决定托顶煤变形情况,在巷道支护设计时应充分考虑顶煤顶板支护强度和刚度。根据变形特点和变形机理,结合高预应力锚杆支护技术,提出动压巷道加固设计并在井下实施。实践表明,加固效果良好。     

深部大断面复合顶板回采巷道围岩控制技术北大核心

针对复合顶板巷道易发生冒顶事故,巷道顶板支护困难等问题,分析了复合顶板变形失稳机理,提出采用长短锚索协同支护技术;利用数值模拟分析了原始巷道支护方式和高强预应力长短锚索协同支护方式对巷道围岩的控制效果。数值分析结果表明:采用改进的长短锚索协同支护方案能够有效控制巷道变形破坏,巷道塑性区体积减少了29.1%。现场的实际监测数据表明,采用长短锚索协同支护形式后巷道顶底板移进量、两帮移进量、顶板下沉量分别降低下降了63.6%、60.4%、60.2%,该支护方式对复合顶板巷道围岩具有较好的控制作用。     

厚煤层沿底巷道顶板变形机理和加固技术研究

晋能王家岭煤业回采面均采用"两进一回"布置,其中,上一工作面辅运顺槽复用作为下一工作面回风顺槽,为托顶煤强烈动压巷道,巷道维护困难,需对其变形特征和变形机理开展研究并提出相应加固设计。通过对动压巷道顶板离层、顶帮变形和支护构件受力的监测,结合顶板岩层窥视,掌握了王家岭煤业托顶煤动压巷道的变形特点,顶板离层主要发生在顶煤范围内。本文采用数值模拟,研究了顶煤厚度、动压影响程度和不同支护设计等因素对顶煤顶板变形的影响,分析了托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理,认为顶煤厚度和顶煤支护情况直接决定托顶煤变形情况,在巷道支护设计时应充分考虑顶煤顶板支护强度和刚度。根据变形特点和变形机理,结合高预应力锚杆支护技术,提出动压巷道加固设计并在井下实施。实践表明,加固效果良好。     

耦合让均压支护技术在蠕动变形顶板中应用

基于马脊梁矿5127巷掘进期间应力区顶板蠕动变形严重,导致巷道顶板锚杆(索)支护失效、断裂、变形等现象,根据巷道原支护现状分析了蠕动变形区顶板支护失效原因,提出了耦合让均压支护技术。通过实际应用效果来看,该支护技术实现了锚杆(索)与顶板耦合支护作用,锚杆(索)失效率降低至2%以下,应力区顶板蠕动变形量控制在0.14 m以下。     

深部巷道支护中的数值计算

本文通过对红阳三矿深部开采支护的数值计算,查明了回采及开拓巷道的变形、破坏规律,并对支护设计效果进行了比较分析。分析在深部巷道中有支护和无支护时,围岩巷道变形情况以及巷道顶板最小、最大应力,顶板位移变化情况。     

大断面矩形巷道支护参数设计研究

文章针对坚硬顶板下矩形巷道断面加大后的围岩稳定性控制问题,对未支护过的大断面矩形巷道进行锚杆支护设计,介绍了扁椭圆巷道围岩破坏范围的计算方法,并对大断面矩形巷道的锚杆锚索联合支护进行计算设计,采用数值模拟探究支护后的巷道围岩变形情况,最后对巷道的围岩变形及变形速率进行现场长周期监测。数值模拟结果显示,围岩应力主要集中于顶板左右边角处。巷道围岩最大主应力和水平应力均在锚杆承力范围内。现场监测结果显示,锚杆支护后,围岩顶板最大位移158mm,两帮最大位移61mm。围岩变形相对大断面较小,并在检测周期结束时,围岩几乎不再变形。文章介绍了坚硬顶板大断面巷道锚杆支护计算方法,并通过数值模拟和现场监测验证了支护效果,可对相关巷道断面扩大围岩支护工程提供一定经验。     

深井大变形巷道可接长锚杆支护技术

为了解决深井大变形巷道顶板下沉量大、顶板持续变形的问题,在赵固二矿11021工作面上顺槽进行了顶板岩层移动规律研究,结果表明:深井大变形巷道顶板变形量大、持续时间长,现有巷道锚杆和锚索联合支护方式对顶板变形的控制作用有限。通过可接长锚杆拉伸试验详细分析了可接长锚杆的力学性能,得出可接长锚杆高延伸性能更能适应围岩变形,据此,提出了可接长锚杆支护技术。在赵固二矿11021工作面上顺槽的工业性试验也表明,使用可接长锚杆支护技术后,顶板变形量比原支护方案减少了20%左右,顶板围岩从开挖到稳定的时间缩短了40%,且顶板变形稳定后顶板下沉速率较原支护方案明显降低,可接长锚杆支护效果良好。     

复合顶板巷道围岩变形特征及控制

针对山西金晖万峰煤矿复合顶板巷道变形剧烈、顶板下沉量大等问题,结合现场调研、理论分析和井下实测等方法,分析了复合顶板巷道支护难点,提出了针对复合顶板围岩控制的关键技术,包括高预应力锚索锚杆全长锚固支护系统、锚杆锚索协调支护技术、两帮加固技术。试验表明,改进巷道支护参数后,围岩变形控制效果良好。     

赵庄煤矿1312运输巷道复合顶板围岩控制技术研究与应用

为保障1312运输巷道复合顶板围岩的稳定,采用理论分析的方式进行复合顶板变形失稳机理的分析,确定影响顶板稳定的主要因素为:煤帮承载特征、软弱夹层、顶板水及锚杆索工作状态,基于复合顶板变形失稳机理,确定巷道采用顶板协调、高增阻、强初撑和高工作阻力的支护原则,结合巷道特征进行支护方案设计,在巷道掘进期间进行围岩变形监测分析。结果表明:巷道掘进期间,顶板下沉量和两帮移近量的最大值分别为72 mm和163 mm,支护方案有效保障了围岩的稳定。