深部软岩巷道矿压控制数值模拟研究

针对白皎煤矿深部软岩巷道掘进和回采期间出现的巷道变形破坏情况,采用数值模拟方法对白皎煤矿实验区锚网梁喷联合支护和锚网梁喷加锚索两种支护方式支护效果进行了对比分析.模拟结果显示锚网梁喷加锚索支护效果较锚网梁索喷联合支护效果优越.     

自然崩落法断层作用下巷道开挖稳定性分析

普朗铜矿采用自然崩落法开采,在三条断层带相互交织影响下,其底部结构发生了变形破坏。探孔数据表明断层下开挖巷道围岩已被破坏,破坏位置一般存在于巷道表面2.5 m、8 m;通过数值模拟可知,巷道应力集中发生在断层与巷道交汇处,而该处也是变形破坏主要区域。根据应力集中及巷道破坏特点,对聚矿道采用单层锚网喷支护,出矿进路采用双层锚网喷+长锚索支护,眉线位置增加钢拱架支护;对应的拉底穿脉断层位置进行支护试验,取得一定效果。该支护方式对地压治理效果显著,研究结果可为同类矿山提供参考。     

赵固二矿孤岛工作面区段平巷围岩变形规律研究

针对孤岛工作面应力高度集中导致回采巷道难以支护的问题,分析了厚煤层孤岛工作面回采巷道的变形特征。通过对回采巷道顶底板和两帮变形量进行监测,探究在孤岛工作面回采巷道采用“锚网索+钢筋梯+槽钢梁+喷、注浆”联合支护技术时巷道围岩变形规律。结果表明,在工作面回采过程中,巷道顶底板和两帮移进量先快速增加,后缓慢增加;顶底板受采动影响范围为50 m,两帮受采动影响影响范围为70 m;顶底板移进量最大值为230 mm,两帮移进量最大值为317 mm,孤岛工作面巷道变形主要以两帮变形为主;采用“锚网索+钢筋梯+槽钢梁+喷、注浆”联合支护技术能有效控制巷道的大变形。     

高水平应力跨采巷道围岩控制技术

为了提高受高水平应力和采动影响巷道围岩的稳定性,利用相似材料模拟试验方法研究了采用不同支护方式的巷道,在不同水平载荷下的变形破坏特征。然后运用FLAC3D数值模拟软件,研究受上方工作面回采影响的巷道在不同支护方式下,工作面推进至距巷道中线不同位置时,巷道围岩位移的变化规律。结果表明,锚网索喷+注浆支护能显著减小顶板下沉量和提高围岩自承能力。     

深部软岩巷道变形破坏机理及支护对策

针对鹤壁五矿三水平延伸轨道下山巷道破坏特征,对其变形破坏原因和支护对策进行了研究。结果表明:该巷道变形破坏主要是由于自重应力水平高、构造应力影响大、围岩条件差、支护设计不合理等因素造成的。为此,提出了锚网索喷+底角锚杆+柔层桁架支护设计方案,通过锚网索喷支护控制围岩有害变形,底角锚杆切断底板滑移线,柔性桁架保证巷道整体稳定,实现支护一体化、荷载均匀化,从而达到巷道稳定的目的。数值模拟和现场实验结果表明,该支护技术能够有效地控制深部软岩巷道变形,是一种有效的深部软岩巷道支护形式。     

软岩巷道围岩控制技术

为解决朱仙庄矿采用锚网喷+全封闭29U可缩支架支护巷道围岩变形量大、支护结构破坏严重的难题,提出了锚网喷+全封闭29U高强支架为核心的支护方案,并采用FLAC3D数值模拟软件对不同支护方式下的巷道围岩应力分布、位移和塑性区特征进行了对比分析。数值模拟结果显示锚网喷+全封闭29U高强支架支护巷道围岩应力集中区更靠近巷道中心,位移和塑性区范围均较小。工程实践表明,锚网初喷+全封闭29U高强支架支护巷道两帮收敛量和顶底板移近量的最大值分别为155 mm和270 mm,在矿压观测后期,巷道日变形量小于0.2 mm/d。     

松软煤层巷道围岩变形特征及控制技术

针对松软煤层巷道围岩变形量大、支护结构破坏严重的难题,以华盖山104工作面运输巷为工程背景,在分析巷道围岩变形特征的基础上,采用数值模拟方法,研究了锚网索喷支护巷道围岩位移、应力和塑性区分布特征。研究结果表明,煤层强度低、胶结性差以及支护方式不合理是造成围岩严重变形的主要原因;锚网索喷支护巷道围岩塑性区范围较小,应力集中区位于深部,到巷道中心的距离超过6 m,并取得了较好的工程应用效果。     

跨采巷道围岩应力分布特征数值模拟研究

我国近距离煤层和厚煤层群赋存所占比重较大,造成很多大巷布置在煤层底板岩石或围岩较稳定的下部中厚煤层中,形成了许多不同类型的近距离跨采巷道。在上方回采工作面影响下,巷道围岩弱面进一步发育,微裂隙进一步扩张,使得围岩的强度和稳定性进一步降低。针对受上方工作面回采影响的锚网索喷+U型钢支护巷道变形比较严重的问题,通过FLAC3D数值模拟软件对该巷道围岩的应力分布特征进行了研究。结果表明,工作面推进至距巷道中线0 m时,顶板和底板应力集中区范围最大,峰值应力为30 MPa。为维护其稳定,应提前对该巷道进行加强支护。     

大倾角煤层回采巷道相似模拟研究

根据相似理论及巷道围岩所处的地质条件,建立大倾角煤层回采巷道的相似材料模拟,对大倾角回采巷道采用锚网支护进行了相似模拟研究,通过测量巷道围岩应力分布及位移变形量,得出大倾角回采巷道的变形规律及破坏特征,并在试验的基础上对围岩的变形原因进行探讨。     

不同地应力条件下锚网索耦合支护机理数值模拟

利用数值模拟技术,模拟并分析了锚网喷及锚索支护机理,以某矿实际工程为背景,模拟并分析了不同地应力条件下合理的锚网索耦合支护结构,提出了在高水平应力条件下,巷道的破坏是扭曲变形破坏,采用锚网喷 锚索耦合支护形式,可有效控制巷道扭曲变形.     

采动影响下超前巷道围岩应力及变形控制技术研究

为进一步提高回采效率,降低工人成本支出,陈四楼矿21015工作面超前巷道采用主动支护进行围岩变形控制,通过对回采前后超前巷道围岩应力场及位移场进行计算,分析围岩变形破坏规律、不同回采程度下巷道围岩变形情况、不同工作面长度条件下巷道围岩变形规律,探明影响超前巷道围岩变形影响因素。研究表明,回采次数的增加导致超前支承压力由218 MPa增大至406 MPa,工作面前方应力增大区为27~32 m。其中,顶板位移量增大300 mm左右,两帮增大175 mm左右,随着回采推进,端部处巷道顶板位移呈现增大变化,距端部前方10 m处,4次回采顶板位移分别为699、874、869、827 mm,在端部前方15 m左右处,顶板位移基本恢复至未回采阶段,且工作面长度对水平位移影响较大,采用松动圈支护理论对超前巷道进行锚杆（索）参数计算,提出4种支护方案,并运用FLAC3D模拟不同方案下支护效果,最后通过工业性试验检验测得最佳方案有效地控制了围岩变形。     

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。     

深部巷道直墙半圆拱形钢管混凝土支架承载性能分析

为了推动钢管混凝土支架在深部高应力巷道中的应用,以贵州某矿270中段为背景,对比了常规U36型钢支架与钢管混凝土支架承载力;采用ANSYS有限元法,建立深部巷道支护力学三维模型,分析了两类支架在高水平应力下的变形情况.研究结果表明,钢管混凝土支架的承载力远大于U型钢支架;当侧应力系数大于1时,钢管混凝土支架底角的变形量...     

北皂煤矿油页岩上行开采软岩巷道的影响分析及支护对策

 针对北皂煤矿油页岩上行开采软岩巷道变形较严重的问题采用UDEC数值模拟软件对煤2层开采后煤1油2层的应力状态和变形规律进行分析,得出煤1油2层在对应煤2层煤壁前方20m至煤壁后方约30m范围内产生明显的塑性破坏和拉伸破坏。对回采巷道的围岩变形情况进行了监测分析,得到了软岩巷道的围岩变形特征为：巷道变形表现为环向受压,且为非对称性;超前支撑压力的明显影响范围为30m左右。并提出了采动区内软岩巷道支护技术方案。     

采空侧巷道围岩应力分析与控制技术研究

常村煤矿S6-1皮顺为深部采空侧大变形巷道,亟需一种新的科学支护方式提高巷道围岩稳定性.通过分析煤层工作面工程地质条件,确定了包含煤层、顶板、底板的四种岩性试样进行物理力学试验,将试验结果赋值到UDEC模拟软件中模拟工程现场煤柱应力分布和巷道变形规律.结合现场情况和模拟结果,设计不同的切顶卸压方案并进行数值模拟对比.模...     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

深部近距离煤层群采动力学行为探索

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己_(14)和己_(15)深部近距离煤层群工程实践,在己_(15)-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己_(14)煤层底板破坏深度理论值约21.24～30.88 m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现"近线性增长—跃阶式降低"两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40 m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35 m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己_(15)煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。     

极近距离煤层变厚度顶板下部回采巷道综合控制技术

针对三交河矿极近距离煤层采空区下变厚度顶板下部煤巷布置及合理支护的技术难题,通过上部残留煤柱应力扩散分析与提高掘采回收效率考量,确定601首采面两巷采用反向大错距的布置方案。在开展现场巷道顶板窥视、锚固力测试与预紧扭矩转化试验的基础上,提出了适应不同地质条件的煤巷差异化支护方案:架棚-锚杆联合支护、锚杆-锚索支护及锚杆-钢带-锚索支护。在井下实施了两条回采巷道的全进尺支护示范,监测结果表明:掘巷期间锚杆锚索工作载荷快速稳定,预紧力设计合理,围岩最大变形量30mm;回采期间超前巷道顶板最大下沉93mm。相关回采巷道综合控制技术保障了近距离下部煤层的安全高效开采。     

错层位沿空巷道围岩结构及其卸让压原理

错层位沿空巷道特殊的围岩卸让压结构能够解决常规沿空掘巷在深部开采、坚硬顶板时存在巷道维护困难的问题。对比分析了留煤柱护巷和沿空留(掘)巷围岩结构特征,阐述了影响沿空巷道围岩稳定性的主控因素——侧向基本顶关键块的运移。通过力学分析和实验室实验,研究了错层位巷道侧向基本顶下方卸让压围岩结构体系卸让压的力学机理。研究表明:错层位布置使巷道远离侧向集中应力,实现了侧向支承压力向煤体深部转移的效果,避免了沿空巷道受深部高地应力的影响,实现了自动卸压的效果;矸石-三角煤柱结构通过松散矸石大变形缓冲顶板显著运动动载,通过高承载限侧矸石、高稳定性三角煤柱承担关键块静载;自由空间-碎胀矸石组合结构使坚硬顶板充分回转、降至低位态,实现结构性让压,避免顶板受侧向关键块剧烈运动的影响。