裂隙岩体巷道稳定性模拟研究试验

通过对构造裂隙煤岩体巷道稳定性的试验室相似模拟试验,结合潞安矿区裂隙分布状况,研究控制性构造裂隙与巷道布置匹配以及裂隙分布参数变化对巷道稳定性的影响规律和回采巷道布置与其匹配的基本原则。     

构造裂隙分布与巷道稳定性相关规律

构造裂隙分布对巷道稳定性有重要影响.根据巷道围岩构造裂隙的空间分布特征与巷道布置的匹配关系,初步分析了构造裂隙分布以及地应力状态组合对巷道稳定性的影响规律,并指出今后应进一步研究的方向.     

构造裂隙分布与巷道稳定性相关规律

构造裂隙分布对巷道稳定性有重要影响，根据巷道围岩构造裂隙的空间分布特征与巷道布置的匹配关系，初步分析了构造裂隙分布以及地应力状态组合对巷道稳定性的影响规律。并指出今后应进一步研究的方向。     

构造裂隙对巷道稳定性的影响分析

构造裂隙对巷道维护有重要影响。根据构造裂隙与巷道布置关系，分析了构造裂隙和地应力状态组合对巷道稳定性的影响规律，并指出今后应进一步研究的方向。     

潞安矿区构造裂隙分布特征的实测分析

地下采矿工程中，裂隙分布特征对顶板移动冒落规律及巷道稳定性有很大影响。受区域地质构造控制的裂隙分布状况(组数、间距、倾角和展布方位，各组裂隙的相互关系)决定裂隙的发育程度，而裂隙的空间特征、发育程度及其与工作面布置或巷道布置的匹配关系，直接影响工作面安全高效生产和巷道收敛变形规律与稳定性程度以及维护难易。本文实测分析了潞安矿区三个矿井的构造裂隙优势展布方位与发育程度差异，为今后的巷道稳定性评估及支护控制提供了决策依据。     

裂隙岩体巷道稳定性试验研究

用模型试验研究裂隙岩体巷道稳定性规律，分析了裂隙间距、裂隙倾角及其裂隙方位和巷道轴向夹角等因素对巷道围岩收敛变形的影响，提出了有利于巷道稳定与维护的轴向布置总体选择原则。     

潞安矿区构造裂隙分布特征的实测分析

在地下采矿工程中 ,构造裂隙分布特征对回采工作面顶板移动冒落规律与巷道的稳定性有很大影响 ,受区域地质构造控制的裂隙分布状况即裂隙组数、间距、倾角和展布方位 ,各组裂隙的相互关系决定着裂隙的发育程度 ,而裂隙的空间分布特征、发育程度及其裂隙分布与工作面布置或巷道轴向布置的匹配关系 ,将直接影响工作面的快速安全生产和巷道围岩收敛变形规律与维护稳定 ,通过潞安矿区三个矿井的构造裂隙现场实测 ,分析了不同矿井的构造裂隙优势展布方位 ,比较发育程度差异 ,为评价裂隙分布对巷道稳定性的影响程度奠定了坚实基础     

潞安矿区构造裂隙分布特征的实测分析

地下采矿工程中 ,裂隙分布特征对顶板移动冒落规律及巷道稳定性有很大影响。受区域地质构造控制的裂隙分布状况 (组数、间距、倾角和展布方位 ,各组裂隙的相互关系 )决定裂隙的发育程度 ,而裂隙的空间特征、发育程度及其与工作面布置或巷道布置的匹配关系 ,直接影响工作面安全高效生产和巷道收敛变形规律与稳定性程度以及维护难易。本文实测分析了潞安矿区三个矿井的构造裂隙优势展布方位与发育程度差异 ,为今后的巷道稳定性评估及支护控制提供了决策依据。     

节理裂隙岩体巷道变形规律的模拟研究

首先分析了研究区矿山地质特征,构造裂隙分布状况与发育程度对巷道的稳定性影响很大,采用模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,从巷道围岩裂隙的分布特征角度,探讨了裂隙因素对巷道围岩变形规律的影响,为裂隙岩体巷道变形及稳定性的定量化评价奠定了基础。     

贯通裂隙控制岩体巷道稳定规律的数值模拟

采用ANSYS程序,按照正交设计方法编排了基于潞安矿区巷道围岩裂隙分布状况的多种计算模拟方案,研究了地下岩体中单组和双组贯通裂隙的空间产状、组合特征以及与巷道布置匹配等因素对巷道围岩稳定性的影响规律.研究表明1) 贯通裂隙间距(2～4 m)小于巷宽(4 m)时,巷道围岩稳定性受裂隙控制,反之主要受巷道围岩强度的影响;2) 单组裂隙间距小于3 m,倾角30°～70°巷道围岩收敛量较大,巷道稳定性较差;3) 双组裂隙控制岩体,巷道顶底板稳定性随裂隙倾角(0～70°)增大而提高;裂隙倾角70°时,巷道围岩稳定性相对来说较好;裂隙间距增加使巷道稳定性提高,裂隙间距大于巷宽时,巷道稳定性已趋于恒定,主要受围岩强度的控制;4) 双组裂隙切割围岩体巷道比单组裂隙更易失稳破坏;5) 巷道围岩内最易出现塑性区部位是巷道顶角、巷帮及巷道顶底板中央,双组裂隙围岩的塑性区远超过单组裂隙围岩;6) 裂隙倾角在45°～70°时,塑性屈服的弱面单元数量剧增,巷道围岩体易沿弱面滑动而导致破坏失稳.该项研究成果对受贯通裂隙控制岩体巷道的稳定性评估以及支护设计决策,有理论借鉴意义.     

裂隙带顶板巷道围岩破坏机理及稳定性控制

针对上行开采过程中顶板巷道支护困难的问题,采用UDEC离散元数值模拟软件对上行开采过程中采场采动裂隙、塑性区以及巷道围岩裂隙、塑性区发育进行了系统的研究和分析,研究结果表明:采动作用下顶板巷道围岩破坏以巷道顶、底板破坏最为明显,靠工作面侧的巷帮破坏次之。采场采动裂隙、塑性区发育与巷道围岩裂隙、塑性区发育在工作面的推进过程中不断相互吸引和促进,最终贯通。同时,当采动作用达到一定程度时,采动裂隙会以顶板巷道顶板为起点向上发育,而巷道肩角处塑性区向上产生畸形发展,其发育方向与采场覆岩断裂角一致,其发育高度远远大于未受采动影响的巷道塑性区发育高度。基于分析结果,提出了上行开采裂隙带顶板巷道支护策略,并以山脚树矿上行开采为工程背景对其顶板巷道原有的支护形式进行了改进,改进后的支护能够有效保证巷道围岩稳定。以上研究成果可为上行开采工程中顶板巷道的支护提供设计参考,丰富采动巷道围岩稳定性控制理论成果。     

水力冲孔作用下煤层底抽巷围岩损伤机理及位置优化方法研究

底抽巷作为瓦斯抽采的辅助巷道,有时还要兼顾煤层回采期间的通风等作用,服务期间需经历2次掘进扰动和煤层采动等影响,因此底抽巷合理布置对瓦斯抽采效果、岩巷支护稳定性具有极其重要的作用。基于理论分析、现场工程类似、数值模拟等方法对梁北煤矿大埋深底抽巷布置方案展开研究。在综合考虑应力环境、瓦斯抽采与底板突水等综合因素的影响后,最终确定梁北煤矿21071底抽巷层位选择为沿L8灰岩进行掘进,割灰岩厚度1~1.5m,距煤层实际距离约21m。     

底板巷掩护工作面回采最优位置的数值模拟

为了解决底板巷掩护工作面回采过程中和开采后底板巷变形、破损严重,无法为下区段工作面继续使用的问题,利用3DEC模拟软件,通过对底板巷内错和外错工作面分别进行模拟和分析,根据不同岩柱和平距条件下数值模拟结果,得出了底板巷内错工作面时岩柱为15 m、平距为9 m情况下底板巷破坏程度显著减弱,经适量维护可继续使用结论,以及底板巷外错工作面时岩柱为8 m、平距大于12 m情况下破损较小和平距大于20 m时底板巷受上区段工作面采动影响较小的结论。同时结合义安煤矿近几年底板巷实际应用情况,印证了模拟结果的正确性。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

深部煤层底板抽采巷道空间位置关系及围岩稳定性研究

针对平煤股份十矿深部煤层底板瓦斯治理巷道围岩稳定性差的难题,以己_15-16-33190工作面底板巷道为工程背景,基于煤层底板破坏力学模型计算出采动影响对底板岩层扰动破坏影响深度,并确定底板巷道布置的层位;建立底板巷内错、外错3 m和垂直布置3种离散元计算模型。分析可知:内错布置底板巷道周围垂直和水平应力显现均不明显,有利于保持巷道围岩的稳定性;根据现场工程条件底板巷分别采用梯形、拱形2种断面,有利于保持巷道围岩的稳定性。通过分析监测数据可知:在煤层巷道掘进期间,底板巷道顶板下沉量控制在200 mm以内,两帮移近量控制在110 mm以内,回采期间顶板下沉量控制在400 mm以内,两帮移近量控制在210 mm以内,底板巷道围岩变形量得到了有效的控制。     

耦合支护在深部巷道稳定性控制中的应用

本文将太原煤气化集团华胜煤矿北运输大巷出现的大变形破坏问题作为研究对象,对大巷出现的变形破坏原因进行了分析,设计采用"锚网索+U型钢+关键位置注浆"的耦合支护方式进行返修,巷道稳定性得到较好控制。     

构造破碎带大巷顶板淋水注浆封堵技术

针对赵庄二号井西轨大巷构造破碎区巷道围岩变形、喷浆层开裂、顶板淋水的问题,通过分析巷道顶板淋水来源和围岩结构特征,提出了该巷道淋水封堵原则,并通过现场试验的方法,对大巷围岩顶板和巷帮封堵注浆施工顺序、注浆钻孔管路固定、封孔工艺以及注浆压力等技术工艺进行了分析。工业试验表明:巷道围岩浅部节理裂隙通过构造裂隙与巷道顶板裂隙含水层导通,是形成巷道顶板淋水的原因。提出了"先帮后顶,帮部由下向上,顶板先两侧后中间"的累积注浆施工工艺,确定该巷道顶板注浆压力为2~4 MPa,巷帮注浆压力为4~6 MPa。     

上覆及侧向采空条件下近距离煤层沿空巷道布置研究

沿空巷道的位置布置一直是国内外研究的热点和难点,对于巷道掘进及煤炭回采期间的巷道稳定性至关重要。本文通过地质调查、数值模拟和经验分析等方法,依据南屯煤矿相邻工作面不同回采顺序,分别对侧向工作面、上覆工作面的开挖对底板及沿空巷道围岩应力分布的影响进行模拟,分析了多工作面开采动态应力的叠加演化分布规律。上覆工作面回采后,应力传播向底板及沿空巷道工作面方向发展,加剧了其应力集中程度;此外,在分析多工作面开采后应力叠加特征基础上,确定了沿空巷道的留设煤柱尺寸为6~10m,在实践中的得到了很好的验证,为类似条件下沿空巷道的布置提供了参考。     

中孔注浆锚索在破碎顶板支护中应用分析

针对塔山煤矿三盘区2305巷掘进期间受集中应力影响,巷道顶板出现下沉、破碎以及肩角煤柱垮漏等现象,合理分析了传统锚杆(索)支护存在的主要问题,提出了终孔注浆锚索支护。该支护实现了锚索全长锚固、锚索与顶板耦合支护,巷道顶板下沉量控制在0.24 m以下,大大提高了顶板稳定性,取得了较好的效果。