极弱胶结地层煤巷支护体系与监控分析

针对极弱胶结地层煤巷围岩自稳能力差、自稳时间短、围岩变形剧烈等特征,采用FLAC3D深入揭示了矩形、切圆拱形与直墙拱形等3种断面形状煤巷开挖后围岩位移、塑性区及应力分布规律,确定了极弱胶结地层煤巷合理断面形状;结合国内外煤巷支护理论与技术,提出了极弱胶结地层煤巷"双层锚固平衡拱结构",基于煤层厚度与巷道埋深,分类提出了极弱胶结地层煤巷支护技术方案,模拟验证了支护方案的合理性与可行性;基于围岩变形与支护结构受力实时监测及分析,动态掌握了极弱胶结地层煤巷围岩变形与支护结构受力状态,评价了支护效果与验证了支护方案的可行性。监测结果表明,切圆拱形断面煤巷成型较好、受力均匀,有利于巷道围岩的整体稳定,提高了煤巷开挖后的自稳与承载能力;锚网索联合支护技术方案有效地控制了极弱胶结地层煤巷围岩大变形与破坏,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

弱胶结软岩地层中煤巷支护技术研究

查干淖尔一号矿井的主要巷道设在2号煤层中,为中生代白垩纪地层,成岩年代较晚,岩层胶结性较差,煤层顶、底板主要以泥岩、砂质泥岩为主,为典型的弱胶结软弱围岩巷道。针对该类软岩的特点,确定"一次高强、均匀让压,先柔后刚、柔让适度;二次强刚、阻抗防水,强化围岩、整体稳定"的支护理念,在全煤巷道采用锚索+U36浅底拱型钢棚+锚注+底板抗阻锚索束加固方案,取得了良好的支护效果。     

全煤巷道围岩破坏规律数值模拟与工程应用

针对深埋矿井全煤巷道开挖后围岩松散破碎、变形大且难以稳定的特点,运用FLAC~(3D)数值模拟软件对巷道不同煤层厚度下的围岩变形破坏规律进行了研究。结合小庄煤矿202工作面回采地质条件,提出以"锚杆一次柔性支护,高强度锚索二次加强支护"为原则的支护方案。由巷道变形监测数据可知,围岩变形量大幅降低,支护体系与围岩耦合良好。     

利用扩容—稳定理论设计煤巷锚杆支护

围岩的变形和破坏状态在掘进、稳定、回采等不同阶段具有明显差别,利用"扩容一稳定理论"来设计煤巷锚杆支护,以控制围岩的扩容变形,形成次生关键承载层,提高承载圈的承载能力使围岩趋于稳定,解决煤巷锚杆支护强度不够的难题。     

弱胶结软岩巷道围岩应力与位移分布规律及支护技术

针对西部浅埋弱胶结软岩巷道的复杂地质条件,基于X射线衍射试验、电镜扫描、岩石力学物理试验与现场监测,揭示了西部浅埋弱胶结软岩巷道围岩变形破坏失稳机理。根据巷道围岩大变形破坏特征,建立了FLAC3D数值模型,模拟演化了弱胶结软岩巷道的围岩应力位移分布规律和塑性区范围,研究结果表明:弱胶结软岩巷道围岩最大主应力决定了巷道围岩的破坏深度,且随围岩深度近似呈"へ"形分布;巷道围岩不同方向深部变形s与巷道表面距离h呈负指数衰减变化的关系。通过对比分析,数值模拟塑性区范围和地质雷达探测松动圈厚度基本一致,从而为弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护加固方案设计提供了科学指导。最后针对弱胶结软岩巷道塑性区范围,提出了"锚网喷主动支护+36U型钢支架+全断面锚注"的联合支护技术,现场监测结果表明改进的支护方案可以有效控制巷道围岩变形及塑性区的扩展,保证了巷道的长期稳定及安全。     

不稳定松软煤层托顶煤回采巷道围岩控制研究

新安矿松软煤层托顶煤巷道顶煤抗压强度7.64 MPa,顶煤厚度不稳定,在0～9.5m之间,极易发生离层、冒落,从而影响巷道的整体稳定性。通过研究不同顶煤厚度对围岩稳定性的影响,揭示不稳定松软煤层托顶煤巷道围岩稳定机理,提出3种支护方案进行模拟比较,选择最优方案进行现场实施,矿压监测结果表明支护效果显著,为新安矿回采巷道托顶煤支护提供理论依据,同时创造了显著的经济效益。     

6~#煤大采高回采巷道顶板支护研究

针对大采高工作面顶板围岩各岩层之间胶结能力弱、巷道围岩大面积垮落的特点,以西山煤电西曲矿6#煤巷道为研究对象,运用数值模拟和工程实践相结合的研究方法,分析研究巷道围岩最佳的支护方案。研究表明,采用锚杆组合梁与锚索组合拱相互耦合的支护方案,能够有效控制大采高巷道围岩变形,巷道围岩稳定性得到保证。     

弱胶结软岩巷道断面形式及支护优化研究

为研究弱胶结软岩巷道最佳断面结构形式及相应支护措施,以新疆伊犁四矿区弱胶结软岩巷道为工程背景,对巷道断面形式多样、支护措施难以确定的特殊工况进行探究。结合FLAC3D数值软件,分析复杂地质条件下不同断面形式及相应支护措施下弱胶结软岩巷道的围岩变形及塑性区发展规律。研究表明:弱胶结软岩巷道中不同断面形式的选取对巷道围岩变形及塑性区分布有较大影响,其中矩形巷道围岩变形最为严重;对比五种断面形式的围岩变形量及塑性区分布范围,选定马蹄形断面进一步分析不同支护措施下巷道围岩的变形特征及塑性区发展规律,并与现场监测结果对比分析,提出适用于弱胶结软岩巷道的支护方式,即"二次锚网喷+预应力锚索"支护。     

深部全煤巷道锚网耦合支护技术应用研究

支护体与围岩在刚度、强度和结构上的不耦合是影响全煤巷道围岩稳定性的主要原因．为解决这一问题,采用新型的锚网索支护方案对支护参数和支护过程进行优化．计算机模拟结果显示,巷道实施耦合支护方案后,应力集中程度减小,高应力区向深部围岩转移,支护系统可靠性明显增强．优化后的支护方案运用于现场,巷道围岩达到稳定的时间较优化前明显缩短．理论和实践表明,深部全煤巷道通过强化支护和适度让压,充分发挥锚网围岩整体力学效应,可以达到巷道稳定的目的．     

松软破碎煤巷两帮深孔卸压注浆支护技术数值分析

以松散破碎煤层回采巷道为背景,借鉴岩土工程中的"土钉墙"地基支护机理,提出两帮深孔卸压注浆支护技术。理论分析表明:松软煤层巷道两帮极限平衡区范围较大,现有的锚杆锚索支护方式难以保证巷道的稳定。在煤巷两帮一定范围内注浆能够再造承载层,提高两帮煤体的强度。通过数值模拟对巷道围岩注浆前后的极限平衡区、位移量和应力分布进行对比分析表明,松软破碎煤体两帮深孔注浆可以再造承载层,有效地控制巷道变形,提高巷道的整体稳定性。     

高应力“三软”煤层回采巷道围岩破坏机制及控制研究

为明确高应力"三软"煤层回采巷道围岩破坏模式和支护失效机制,以船景煤矿典型"三软"不稳定煤层1171综采工作面回采巷道为工程背景,通过室内及现场实验、现场观察监测和理论分析相结合的方法对巷道围岩变形破坏进行综合分析研究。结果表明:巷道围岩破坏模式为高应力条件下的软岩流变大变形破坏模式;支护失效机制为高应力条件下软弱围岩在流变作用下松动破坏扩展剧烈,致使锚网索联合支护结构失效,进而导致围岩-支护承载结构丧失承载力;对于高应力"三软"煤层回采巷道,锚网索联合支护具有明显的局限性。最后提出以新型全长黏结锚固、全封闭护面、顶板多拱有序承载和围岩协同加固技术为核心的优化支护方案并在现场实验应用,结果显示优化支护段巷道围岩变形得到有效控制。     

弱胶结软岩巷道支护技术研究

查干淖尔矿辅运大巷、回风大巷变形严重,属弱胶结软岩巷道。由于巷道原支护结构破坏严重,根据现有巷道具体情况,通过优化支护参数,应用软岩非线性大变形理论,提出了弱胶结软岩地层中全岩巷道的支护方案。针对弱胶结软岩的工程特性,水对弱胶结软岩岩性的重要影响,设计了在富水条件下的施工方法,并结合现场监测数据验证了支护方案的合理性。     

厚顶煤大断面综放回采巷道围岩支护方案

为解决马道头矿厚顶煤大断面综放回采巷道支护难题,调研了综放回采巷道工程情况与围岩变形破坏特征,分析了影响煤巷围岩稳定的因素。根据已有的支护理论并结合数值模拟研究了支护方案并分析了巷道围岩的稳定性。最后综合现场地质工程概况、模拟研究、理论分析及工程类比确定了厚顶煤大断面综放回采巷道的锚杆索联合控制方案,并将围岩控制方案在现场进行了实践。     

深部半煤岩回采巷道围岩破坏特征及支护技术

为研究深部半煤岩回采巷道围岩破坏特征,以某矿半煤岩回采巷道的具体工程地质为背景,利用弹塑性力学知识求解并绘制了该半煤岩体巷道围岩破坏状况,并运用FLAC3D建立了深部半煤岩巷道的三维数值计算模型,分析了不同支护方案作用下巷道围岩的变形破坏规律,优化了巷道支护方案与参数,提出深部半煤岩巷道围岩控制的"高强度预应力锚网索+横纵梯子梁"的联合支护方案,并在现场进行了施工与监测。结果表明:采用优化后的支护方案有效的控制了深部半煤岩巷道围岩的变形破坏,确保了深部半煤岩巷道围岩的稳定。     

王洼煤矿软岩巷道变形破坏及支护对策

为了有效控制软岩回采巷道的变形破坏,对王洼1522-1工作面回采巷道进行了围岩结构、力学参数、岩石成分和现场监测分析。研究表明,巷道顶底板属遇水膨胀软岩,全煤巷道煤层内裂隙发育,端头锚固的长度对锚固支护的有效性差,难以形成有效的承载结构。现有支护条件下围岩应力不能保持平衡,巷道顶底板和两帮变形大,底鼓严重,满足不了软岩回采巷道围岩变形要求。在实验和实测的基础上,得到了软岩回采巷道的变形破坏原因,提出了全长锚固支护方式及合理参数,取得了良好的应用效果。     

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。     

弱胶结软岩巷道支护体系参数优化

弱胶结软岩巷道由于胶结程度弱,完整性较差,具有来压迅速;应力扰动下,围岩变形敏感等特征。利用数值模拟方法,确定弱胶结软岩巷道锚网喷支护体系优化参数为:采用20mm×2.4m左旋无纵肋螺纹钢等强锚杆,五花形布置,锚杆间排距800 mm×600 mm。锚网联合支护施工后,喷射120mm厚的C20混凝土。监测结果表明,采用锚网喷联合支护方案,不仅能够充分调动深部地层的承载性能,还能够有效减小巷道围岩变形量,形成围岩-支护共同作用的支护体系。     

极弱胶结地层煤巷锚网索耦合支护效应研究及应用

基于锚杆与锚索支护机理分析,采用FLAC3D研究分析不同锚杆与锚索预紧力条件下引起的围岩应力场分布特征,定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力扩散效果,揭示了锚杆、锚索预应力耦合支护效应。针对极弱胶结地层煤巷矩形断面开切眼导硐工程地质特征,提出了锚网索与工字钢支架联合支护技术方案。采用FLAC3D研究分析了不同支护方案的支护效果,验证了煤巷矩形断面开切眼导硐联合支护方案的合理性,并进行了井下工业性试验。为评价支护效果,对巷道围岩变形与锚杆、锚索受力进行了实时监测,监测结果表明:该联合支护方案有效地控制了矩形断面煤巷围岩变形与塑性区的损伤扩展,保证了围岩与支护结构的稳定和安全。     

急倾斜煤层跨采巷道预应力全锚支护研究与应用

受急倾斜煤层采动应力分布特征特殊性影响,底板跨采巷道矿压显现特征和承载结构明显区别于一般巷道,以代池坝煤矿31345工作面底板跨采巷道+320 m东大巷补强加固工程为背景,通过力学模型和数值模拟分析急倾斜煤层回采前后,+320 m东大巷围岩变形和次生应力转移范围,结果表明:跨采巷道在处于原岩应力场不利条件下,工作面回采又导致其处于垂直应力降低和水平应力增高的非等压受力状态,巷道围岩稳定性控制难度较大。针对性提出了以高预紧力、高压注浆、高强固结和及时注浆全锚为核心的预应力全锚支护技术方案,后期开展了工业性试验,取得了良好巷道支护效果,在跨采期间受动压影响后巷道稳定性明显提高,有效地控制了巷道围岩的变形破坏,满足了跨采巷道正常使用要求。     

大松动圈软岩煤巷复合支护技术

针对软岩煤巷受采动影响产生的围岩变形和破坏问题,基于软岩工程力学支护和围岩松动圈理论,探测了巷道围岩松动破坏情况,通过数值模拟和现场观测得出巷道围岩破坏原因,并针对性的提出了以"主被动结合支护"为主体、辅以局部耦合强化的复合支护方案。结果表明:实测结果显示矿井回采巷道属于典型大松动圈;通过采用深锚配合宽钢带支护加强主动支护能力、合理优化煤柱尺寸提高巷道围岩自承能力,并辅以关键部位耦合强化支护的复合支护方式,可实现多种支护方式分区协同承载、整体强化的效果。