煤岩大巷围岩破坏特征与控制

为解决煤岩大巷围岩变形量大和维护投入大等问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对比研究了高家庄矿煤岩大巷围岩破坏特征。结果表明,巷帮煤层和走向厚度变化较大的基本顶岩层是造成围岩大变形的主要原因,巷帮及顶板支护强度不足是影响围岩控制效果的根本原因。通过综合对比研究,对支护方案进行了优化,增加了帮部支护、提出了不等厚复合顶板锚索支护技术。实践表明,大巷顶板岩层的大变形破坏得到了一定程度的控制,巷帮大变形得以降低,提高了巷道维护周期,减少了巷道维护投入。     

急倾斜软煤巷道破坏机理及锚网支护设计

太平煤矿主采11#煤层,煤厚1.5 m.由于煤层倾角为55°~63°的大倾角,且顶底板较松软,造成该煤层回采巷道变形和破坏严重,支护困难.通过现场实测,得出了巷道的基本破坏特征是非对称的变形,主要表现为巷顶下沉和顶帮下沉,底帮帮鼓.通过对25113工作面的相似模拟和数值模拟,获得了急倾斜煤层大范围开采过程的围岩运动规律,揭示了顶帮下挫和底帮下滑式的非对称变形机理,指出了巷道主要为拉破坏和剪破坏,支护的重点区域是巷道顶板和底帮上部.根据巷道的变形特征,确定采用内强式锚杆支护方法.根据顶帮下挫的变形特征,提出了优化巷道断面和锚网支护相结合的支护设计的方法.通过实践,表明该方法是成功的.     

钱家营矿近距离煤层巷道破坏原因及支护对策

为了安全高效地开采钱家营矿深部近距离煤层,研究了近距离煤层回采巷道的变形破坏机理并提出相应的支护对策,通过现场调查和非连续变形分析(DDA)对钱家营矿近距离煤层运输巷的变形破坏机理进行了研究。结果表明:多次动压影响是造成近距离煤层回采巷道变形破坏的根本原因;而巷道两帮移近量大于顶底板移近量主要是由于矿区水平应力远大于垂直应力所造成的。通过DDA对原支护方案进行了优化分析,提出实施3根顶锚索支护方案,中间锚索是控制顶板位移,两边锚索是将上覆岩层应力引入到深部,底角锚杆控制底鼓。现场应用表明新支护方案能有效控制运输巷顶底板及两帮移近量;证实DDA方法将可为锚杆支护巷道的优化设计提供参考。     

断层附近回采巷道顶板岩层运动特征研究

为解决断层影响区域回采巷道的支护问题,必须了解回采巷道顶板岩层运动变形特征．通过相似材料模拟试验,建立平面应力模型,分析研究断层下盘煤层开采后,在其上盘煤层中开掘巷道,巷道顶板的位移和巷道变形特征．结果表明：在断层影响区域,在水平方向上,回采巷道顶板岩层出现与断层倾向基本一致的垂直裂缝,顶板表现出不连续性．在垂直方向上,顶板离层出现不均匀沉降,顶板岩层特别是顶板下位岩层向断层方向倾斜．巷道围岩破坏不具有对称性,紧靠断层顶底板破坏严重．在回采巷道支护方式选择上,应用U型钢支护效果优于锚杆支护．     

强采动大断面煤层巷道破坏特征及协同控制技术

为了解决强采动大断面煤层巷道围岩控制难题,以王庄煤矿9107工作面回采巷道为研究对象,采用现场调查、理论分析和数值计算方法,对回风顺槽变形破坏特征和矿压显现规律分析,揭示强采动大断面煤层巷道围岩失稳机理,提出回采巷道顶板锚杆-锚索、巷帮强力锚杆的协同支护机理和方式,提出优化支护方式、参数,得到回采巷道围岩控制技术.工程实践表明:采用锚杆-锚索耦合支护结构,有效地解决了大断面破碎回采巷道的控制问题.     

柳林煤矿采空区下煤层回采巷道支护参数优化分析

柳林煤矿5#煤层与上部4#煤层间距很小,顶板平均厚度3.69 m,且顶板起伏变化大,强度低,易破碎,给巷道支护造成困难, 5#煤层工作面开采过程回采巷道支护参数与一般常规工作面回采巷道不同,需进行针对性的分析。基于此,通过数值模拟计算,分析了5#煤层回采巷道上覆岩层为煤柱及采空区条件下,不同顶板锚杆长度、不同两帮锚杆长度、不同锚杆间距及不同锚杆排距下的巷道围岩变形规律。根据数值模拟结果,考虑回采巷道的实际情况,以形成巷道的整体支护结构为基础,确定了5#煤层回采巷道合理的锚杆支护参数。     

极近距煤层下位煤层巷道围岩控制原理及应用

为了解决极近距煤层巷道支护技术难题,分析巷道围岩特征及变形规律,总结已有支护形式,提出围岩控制原理。概括为:①利用高强度锚杆施加的高预应力,把巷道开挖初期形成的叠合梁顶板转变成组合梁顶板,显著降低煤岩层顶板的挠度和应力,提高顶板浅部煤岩层的强度,增强其承载能力;②采用短锚索提供高预紧力,串联顶板深浅部煤岩层,增大组合梁的厚度和强度,再降低煤岩层顶板的挠度和应力,提高顶板整体结构的稳定性;③选用高强度锚杆加强两帮支护,控制煤帮变形和破坏,确保巷道整体稳定。据此提出水峪矿5116面运输巷支护设计,巷道围岩变形得到显著控制。     

厚煤层大跨距开切眼主被动联合支护技术

为解决赵家寨矿厚煤层大跨距开切眼支护问题,采用理论分析和现场观测方法,实测12211工作面顶板岩层状态和回采巷道巷帮破坏深度,研究发现:12211工作面运输巷顶板含有较多软弱夹层,大部分较为破碎,且顶煤较厚,出现分区破碎现象,极容易垮落,且回风巷帮松动范围为1.1 m。在此基础上,提出并设计了以"锚杆+短锚索+长锚索+工钢棚"分两排主被动联合支护来减小2211工作面开切眼跨度且控制厚煤顶离层冒顶的支护与施工方案,现场监测效果良好,为类似条件运输巷道支护提供一定指导。     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

倾斜煤层回采巷道锚杆支护参数数值分析

以云驾岭煤矿实测的岩层参数为基础,针对倾斜煤层回采巷道,建立数值计算模型,并通过改变顶板锚杆和锚索的直径、排距、倾角等建立了10种数值试验方案,应用FLAC3D2.0进行数值计算,比较分析了倾斜煤层回采巷道中各支护构件在控制围岩变形方面的作用,得到了以下结论:倾斜煤层中的回采巷道支护应该以顶板、高帮下部、低帮上部和靠近低帮的底板为关键部位;顶锚索和锚杆由垂直于顶板改为竖直设置能更好的发挥悬吊作用,减小顶板下沉。本研究成果可为倾斜顶板巷道支护机理的研究以及支护设计与施工提供参考。     

72911工作面巷道锚杆支护合理参数的确定

为优化72911工作面巷道支护,以锚杆支护理论为基础,结合掘进期间现场实测结果,获得72911工作面巷帮破坏深度、顶板破坏高度、巷帮载荷集度和顶板载荷集度,确定采用顶板“锚杆+锚索+钢带+金属网”、两帮“锚杆+金属网”的支护形式。监测分析发现巷道表面变形速率降低,巷道变形趋于稳定。     

切顶卸压无煤柱自成巷顶板断裂特征研究

为研究无煤柱自成巷开采条件下基本顶不同断裂位置对巷道变形的影响,分析顶板岩层运动特征,建立基本顶不同断裂位态力学模型,分别推导出基本顶在不同断裂位置时的巷内临时支护强度计算公式,得出巷内临时支护强度临界值。采用离散元数值软件UDEC对基本顶不同断裂位态下的岩层运动进行模拟分析。结果表明:基本顶在实体煤侧及采空区侧发生断裂,巷道变形较小,而在巷道上方发生断裂时变形破坏严重;通过调整切顶护帮支架对巷道顶板支撑力控制下位顶板的变形,使基本顶在较为有利的位置发生断裂;通过切顶护帮支架、恒阻大变形锚索支护等技术可以有效控制巷道变形,并在柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面成功应用。     

近距离煤层下分层大断面切巷支护技术研究

针对金达煤矿近距离煤层上部9号煤层被不规则房柱开采破坏导致下部煤层支护困难的问题,采用数值模拟分析对比了上部煤层长壁开采和房柱开采后煤柱对下部煤层巷道影响,提出了"二次成巷、强力快支"的巷道掘进支护技术。井下矿压监测结果表明,一切巷掘进完成后顶板下沉量在70mm左右,二切巷掘进时一切巷顶板受掘进扰动,下沉量再次增加,最终在95mm时保持稳定;回采侧帮变形量在约40mm时保持稳定,回采侧帮变形量很小;采空区侧帮变形量低于回采侧帮,帮部变形量约33mm,可见,该支护方案能保证切巷安全使用。     

深井高应力巷道围岩变形及控制技术研究

为了解决赵固一矿2号煤层11271胶带巷围岩变形破坏严重的问题,通过现场监测数据分析地质力学参数和原支护方案围岩变形破坏规律,指出围岩强度低、赋存水文地质环境复杂、应力集中系数高、支护强度无法达到要求是巷道围岩变形破坏的主要原因。提出了强力一次支护理论,采用全长预应力锚固强力锚杆锚索控制技术提高顶板初期支护预应力和支护强度,加强两帮支护的支护方案。现场试验效果表明:无论是从锚杆索受力还是从巷道顶底板和两帮变形量来看,采用全长预应力锚固强帮控顶技术后,巷道变形得到有了效控制,而且保证了正常回采。     

煤矿大断面托顶煤巷道变形机理及控制技术研究

为了解决煤矿大断面托顶煤回采巷道支护问题,以王庄煤矿7105工作面运输巷为工程背景,通过数值模拟分析了大断面托顶煤巷道裸巷平衡时围岩塑性区形态、位移及应力演化规律;基于普氏自然平衡拱理论,建立了两帮稳定时大断面托顶煤巷道顶板冒落拱力学模型,通过数学计算得到了分层冒落拱高度,运用两帮塑性区力学模型计算托顶煤巷道帮部塑性区宽度,结合数值模拟方法,设计了锚杆锚索联合支护参数和支护方案,并应用于工程实践。研究结果表明:巷道周边出现"蛙形"塑性区,顶板拉伸破坏区呈规则穹隆形,与巷道顶板普氏拱效应相吻合,托顶煤离层严重,冒落拱高度超过托顶煤厚度;两帮在该工况下塑性区发展有限,帮部较为稳定;在厚顶煤存在情况下,大断面托顶煤巷道变形特点是顶板最大,帮部次之,底板最小。现场监测结果证明,借助大断面托顶煤巷道顶板冒落拱力学模型、两帮塑性区力学模型理论计算,结合数值模拟比选的巷道锚杆支护参数和支护方案,能有效控制围岩变形,保持巷道稳定。     

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。     

煤矿松散煤层破碎顶板巷道支护技术研究

安阳煤矿1512工作面胶带巷沿5号煤层顶板掘进,煤层松散顶板破碎,巷道支护难度大。通过现场原位测试地应力大小和方向、顶帮煤岩体强度和节理裂隙发育情况、顶底板岩石矿物成分分析等手段,揭示巷道变形机理为煤层强度低且松散,顶板砂质泥岩完整性差,顶底板岩石黏土矿物含量高遇水易软化和膨胀,加之锚杆锚索预紧力低且护表构件面积小,锚杆锚索预紧力不能实现有效扩散,巷道初始支护强度低,以上因素综合影响致使巷道产生较大变形。针对性提出以提高锚杆锚索预紧力并增加支护构件护表面积为技术核心,设计了巷道支护方案,进行了现场试验,矿压监测结果显示,高预紧力锚杆锚索+喷浆支护的协同控制技术方案,基本解决了安阳煤矿松散煤层破碎顶板巷道支护难题。     

近距离下伏煤层回采巷道稳定性控制技术研究

针对近距离煤层回采巷道稳定性控制问题,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的研究方法,分析了下伏煤层回采巷道顶板破断类型,优化了巷道支护参数,提出了锚杆+注浆锚索联合支护的巷道稳定性控制方法。研究结果表明：底板岩层最大破坏深度为12.15 m,属于裂隙破断类型,需要对顶板裂隙区加强支护,当锚杆间排距为750 mm×750 mm时,巷道支护效果最佳;通过现场试验与监测,巷道变形表现为“S”形增长趋势,整体变形量较小,实现了近距离下伏煤层回采巷道稳定性的有效控制,可为类似近距离煤层开采条件矿山提供借鉴。     

大倾角“三软”煤层巷道关键部位强化支护技术研究

大倾角"三软"煤层回采巷道围岩变形严重、支护难度普遍较大,为提高此类巷道的围岩控制效果,通过建立巷道围岩力学模型,对巷道顶板、两帮、底板岩层受力情况进行了系统分析,确定了围岩变形的关键部位及主要影响因素,结合复合顶板巷道不同层位组合抗弯强度变化特征,分析了巷道关键部位强化支护机理,提出了"强帮固顶、强顶护帮"的联合支护技术思路与方案。工程实践表明,大倾角"三软"煤层回采巷道在层位选择合理的情况下,通过采用关键部位强化支护技术,能有效提高巷道整体承载能力,巷道围岩变形量减少80%以上,效果显著。     

不同煤层倾角锚杆支护巷道围岩受力特征物理模拟研究

为了研究煤层倾角变化对锚杆支护回采巷道围岩力学特征的影响,结合淮南矿区大倾角煤层开采地质和技术条件,应用自制相似材料模拟旋转试验架,建立了煤层倾角为0°,30°和45°的锚杆支护回采巷道的相似材料模拟模型,系统分析了不同煤层倾角锚杆支护回采巷道围岩应力、变形和破坏特征。随煤层倾角增大,巷道围岩应力分布和变形的非对称性特征更加明显;倾角越大,巷道围岩的整体稳定性越差。研究得出顶板、高帮和底板是大倾角煤层实体煤回采巷道围岩稳定性控制的关键部位,揭示了煤层倾角变化对锚杆支护巷道围岩力学特征影响的作用机理。工程应用表明,大倾角煤层回采巷道围岩稳定性控制的关键是根据巷道围岩非对称结构特点和围岩力学特征的非对称性,采用非对称锚网索组合支护,并不断改进支护材料、优化支护参数、加强施工工艺和质量管理。