回坡底煤矿回采巷道底板非对称变形机理研究#br#

为研究回坡底煤矿11#煤层1021回采巷道的底鼓规律及机理,利用全角度钻孔稳定性动态监测装置监测巷道底板钻孔变形特征,并对监测数据进行系统分析。结果表明,随着时间增长,围岩水平变形量近似呈线性增长;在各个钻孔中,孔深越大,底板围岩的变形量越小,即巷道深部底板围岩较为稳定,浅部围岩稳定性较差,并且靠近残留煤柱侧的底板围岩累计变形量大于靠近采空区侧底板,综合确定1021巷道表现为非对称底鼓现象。采用数值模拟方法对应力演化规律进行研究表明, 1021巷道底鼓量也呈非对称分布特征,即巷道两帮围岩的垂直应力和水平应力呈非对称分布特征,并且应力值相差较大,这是导致巷道出现非对称底鼓的直接原因。结果为回采巷道底鼓防治提供一定的理论依据和技术指导。     

复杂应力下巷道底鼓控制关键技术研究

针对回坡底煤矿1021软岩巷道底板变形失稳问题,旨在研究其底鼓变形机理,并提出合理的底鼓控制方案。采用了理论分析、现场监测、数值模拟、井下应用等研究手段,详细研究了巷道底板围岩非对称受力分布状态、底鼓非对称变形分布状态及底鼓控制技术。研究结果表明:1021巷道处于上部采空区遗留煤柱底板破坏范围内,距离煤柱远的一侧位移速度更快;底板围岩受力非对称性,导致非对称性变形,巷道底板近煤柱侧水平变形量为近胶带侧1.2倍,近胶带侧底板垂直变形量为近煤柱侧的1.5倍;靠近煤柱侧采用卸压法改善应力环境,近胶带侧采用加固法控制围岩变形,因此提出了卸压孔和加固孔相结合的底鼓控制方案,并确定了相关孔位的具体技术参数。将该方案应用于井下巷道现场,防治段底板变形量与未防治段相比大幅减小,20 d后变形趋于稳定,底鼓控制效果显著。     

回坡底煤矿回采巷道非对称底鼓机理及防治措施

以回坡底煤矿为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场实测研究了孤岛煤柱下回采巷道的非对称变形机理,提出了相应的底鼓防治措施。研究结果表明:孤岛煤柱下方岩体存在分区破坏特征且以剪切破坏为主,而采空区下方岩体以拉伸破坏为主,岩体破坏形态呈倒梯形;11-1021巷道位于剪切破坏和拉破坏岩体的交界处,导致巷道两侧围岩的破坏程度和破坏特征不同,从而巷道表现出非对称变形特征,1021巷道靠近煤柱侧围岩内应力较大,变形量较小,而靠近采空侧围岩的应力小,底鼓量大。基于巷道两侧围岩的应力和变形分布特征,提出了一种基于让抗结合的底鼓防治技术并进行现场验证,结果表明:当巷道不受采动影响时,经底鼓防治措施处理的区域底鼓量大幅减小,并且随时间增长底鼓速度趋于稳定;当巷道受采动影响时,经防治措施处理区域底鼓量减小近1/2,满足生产要求。     

30407运输巷底鼓防治措施及其效果监测

为控制30407工作面运输巷底鼓,保证工作面安全通风及生产,在运输巷布置钻孔对巷道围岩变形移近量进行监测,发现巷道底板在靠近煤柱一侧出现应力明显集中的情况,该侧围岩变形较为严重.现场在巷道两侧布置钻孔,对巷道围岩进行泄压及加固.监测结果表明:治理段巷道的底鼓变形20 d后趋于稳定,巷道底鼓量比未治理阶段减少200 mm,巷道底鼓变形得到控制.     

软岩巷道底鼓变形防治技术研究

针对回坡底煤矿1021巷道巷道受煤柱应力传递影响出现底鼓现象等问题,采用现场实测手段研究了围岩应力,得到靠煤柱侧的底板围岩中产生了较大的应力集中现象,导致围岩变形量较大;并针对性采取了一侧巷道布置卸压孔、另一侧布置加固孔的底鼓防治措施;通过现场应用,得到当巷道受到采动影响时,防治段巷道与未经过底鼓防治处理段巷道相比底板变形量较小。     

深部沿空切顶巷道底鼓破坏机制及强化控制技术研究

为解决深部沿空切顶巷道的底鼓大变形破坏及频繁翻修维护问题,分析了深部沿空切顶巷道围岩应力环境的转变特征,基于滑移线场理论建立了不同应力扰动阶段下沿空切顶巷道的底鼓破坏力学模型,研究了不同应力扰动阶段巷道底鼓破坏机制,并开展了底板强化控制试验。结果表明：深部沿空切顶巷道的围岩应力环境转变可分为掘进后切顶前、切顶后一次采动及沿空留巷三阶段;在巷道两侧滑移线场的对称及非对称作用下,三阶段巷道底板分别呈小变形对称底鼓、采场侧高于实体煤侧的非对称底鼓变形及实体煤侧高于采空区侧的非对称大变形底鼓破坏;随采深增加,沿空切顶巷道底板支护荷载增加;底板限制性强化支护底鼓速率下降约33.3%,底鼓量可降低804mm,最适于控制深部沿空切顶巷道底鼓破坏。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

“挤压-挠曲”复合底鼓机理及相似模拟技术研究

底板自身的受力状态、周围岩体的物理力学特征以及巷道的布置位置、相邻巷道的开掘方式等造成了深埋巷道层状底板底鼓机理的差异。现场大量事实表明,阳煤五矿+211水平皮带运输巷的底鼓属于一种"挤压-挠曲型"复合底鼓,且底鼓的发生位置不是常见的底板中央。通过对复合底鼓机理的理论分析,结合相似材料模拟试验,分析了深埋巷道底板变形、垂直应力和水平应力分布规律。该研究对了解非对称条件下深埋巷道"挤压-挠曲"复合底板围岩变形规律具有一定的指导意义。     

石炭井二矿倾斜煤层巷道支护技术研究

针对倾斜煤层巷道围岩应力分布复杂多变、常规支护方案效果欠佳的问题,结合石炭井二矿具体工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场监测的手段,对倾斜煤层直角梯形巷道支护技术进行了系统研究。研究结果表明:倾斜煤层直角梯形巷道顶底板竖向应力向低帮侧偏斜,水平应力在巷道尖角处集中,在顶板两侧尖角处表现得尤为突出。根据这种特征提出了具有针对性的非对称支护方案,并进行了数值模拟分析,支护后围岩应力非对称分布特征得到明显改善,变形量大大减小。现场实施监测表明该方案能有效控制倾斜煤层直角梯形巷道的非对称变形破坏,根据巷道围岩应力非对称分布规律提出针对性的支护方案对倾斜煤层巷道围岩稳定性控制具有重要作用。     

沿空巷道非对称底鼓机理及防控研究

沿空巷道常表现出非对称底鼓特征,根据沿空巷道围岩结构及应力作用模式,结合朗肯土压力理论建立非对称底鼓力学模型,推导出非对称底鼓力源的计算方程.结果表明,两帮垂直应力是底鼓的主要因素,非对称分布的垂直应力是非对称底鼓的内在原因,底板岩体由垂直应力高的巷帮一侧向垂直应力低的巷帮一侧运动,最大底鼓位置靠近垂直应力低的巷帮一侧...     

巷道底鼓过程中能量转移规律及其控制研究

在深井煤矿巷道中,底鼓量往往占巷道顶底板移进量的一半以上.李村煤矿由于埋深较大受高地应力和回采工作面采动的影响,回采巷道底板出现严重底鼓现象,严重影响工作面正常生产.针对李村煤矿回采巷道严重底鼓现象,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道围岩变形破坏特征及能量分布规律进行分析,并对巷道开挖后围岩能量转移特征展开了研究,分析...     

不同梯形巷道围岩应力特征及变形规律的数值模拟研究

为了探究不同梯形巷道围岩应力特征及变形规律,以控制变量法为基础,以FLAC~(3D)数值模拟为技术手段,对等腰梯形巷道和直角梯形巷道周边的水平应力、垂直应力和最大主应力展开了研究。研究结果表明:等腰梯形巷道随着梯形巷道顶底宽比例的增加,水平应力逐渐向底板转移,巷道底板两侧边角处为应力集中区域;直角梯形巷道随着顶板与侧帮(低帮)角度的增加,巷道周边的应力呈非对称分布,巷道周边的水平应力逐渐向直角梯形巷道高帮一侧转移,且巷道顶板靠近高帮一侧为应力集中区域。对比发现,无论采用等腰梯形巷道还是直角梯形巷道,巷道围岩稳定性的主控应力为垂直应力。     

高水平应力下巷道底板切槽底鼓防治研究

针对高水平应力下巷道围岩变形量大、强烈底鼓等特征,基于两端固定梁力学模型,推导出引起底板变形破坏的临界水平压力公式,并引入底板变形破坏系数,说明在高水平应力下巷道更容易产生严重底鼓。在此基础上提出底板切槽卸压防底鼓原理,即通过切槽为巷道围岩变形提供一定的补偿空间,增大了其吸收变形能的能力,从而使巷道底鼓量减小。同时,以永煤集团城郊煤矿28采区轨道下山为数值模拟背景,利用FLAC3D建立巷道底板无卸压槽和巷道底板开卸压槽2种计算模型。模拟结果表明:当巷道处于高水平应力下时,底板卸压槽对底鼓的控制效果明显,对巷道顶板及两帮的不利影响相对较小。因此,在高水平应力下,巷道底板切槽技术能有效的防治底鼓。     

底板深孔爆破卸压机理及底鼓控制技术研究

高河矿E2305工作面胶带巷由于底板岩层强度低,在高应力作用下导致巷道底鼓严重。利用FLAC~(3D)软件分析了底鼓发生的主要机理,通过理论计算和数值模拟计算,提出了底板深钻孔松动爆破方案。通过相似模拟,研究工作面回采过程中矿压显现、回采巷道附近围岩的应力分布、位移、巷道的破坏方式及程度的规律。对回采巷道底板岩层进行深孔爆破卸压处理后与原支护不爆破卸压的巷道底鼓现象和规律做出对比,结果显示底板深孔爆破卸压能够解决底鼓问题。工程实践表明:巷道最大底鼓量为55mm,最大底鼓速率为26mm/d,变形速率及底鼓量在巷道正常使用允许范围之内,底板卸压爆破后巷道变形尤其是底鼓得到了有效控制,可以为相似条件下巷道底鼓治理提供借鉴。     

不同水平应力作用下巷道底鼓特性的数值模拟研究

结合工程实例,通过数值模拟软件FLAC3D模拟,研究了垂直应力恒定、改变水平应力时巷道围岩应力和位移变化特性。模拟结果表明,水平应力是影响巷道底鼓量的重要因素,随侧压系数的提高,围岩塑性破坏范围增大,巷道底鼓量呈线性规律增大。底板的水平应力升高区是造成巷道底鼓量增大的根本原因。     

基于爆破卸压的深部构造应力富水软岩巷道底鼓控制技术研究

底鼓是深部高应力软岩巷道常见的底板破坏形式,也是影响矿井安全高效生产的制约因素,更是目前千米深井亟待解决的关键问题。为解决深部高应力软岩巷道底鼓制约煤矿安全高效开采的现场问题,以平煤某矿-950水平回风大巷为工程背景,采用井下试验、物化分析、室内试验相结合的方法,从岩石强度和应力特征视角分析了围岩结构、矿物成分、水理作用、支护强度、原岩应力对巷道底鼓的影响机制,发现了高构造应力和水理作用是影响巷道严重底鼓的主要因素,揭示了该巷道的挤压流动性底鼓和遇水膨胀性底鼓机理。根据深部高应力软岩巷道底鼓机理分析,提出了基于底板爆破卸压的注浆加固底鼓联合控制技术,利用松动爆破技术阻断底板高应力传播路径,改善巷道围岩应力环境,释放底板压力;同时,利用注浆加固技术强化巷道底板围岩的承载力,提高底板抗变形能力。基于上述研究成果,提出爆破卸压+注浆加固的布置方案与参数,并进行了工业试验和底鼓变形监测。现场工业应用监测结果表明：采用底板松动爆破+注浆加固的联合支护方案后,巷道底板围岩处于稳定状态,底板在300 d内最大位移不超过310 mm,巷道底鼓变形量较无支护状态下减少了36.7%～49.0%,巷道底板未...     

采动巷道底鼓机理与控制技术

采用理论分析、数值计算、现场钻孔窥视等方法研究分析了采动巷道底板变形破坏特征,揭示了浅部鼓起、深部下沉的底鼓机理,进一步分析了不同深度底板岩层的位移规律,发现了底鼓的"两点三区"特征:即采动巷道底板存在零位移点、零应变点,由这两个点将采动巷道底板分为拉应变上升区、拉应变压缩区、压应变压缩区.研究得到了底板岩性、水平应力对底鼓特征的影响规律,据此提出采动巷道底鼓控制重点是加固破碎底板,增大其峰后强度和残余强度,以加固的方法实现改良底板岩性,同时尽量减小底板自由面积,控制水平应力对底鼓的影响.提出了采动巷道底鼓控制技术:1)优化巷道布置以降低围岩应力环境;2)采用全长锚固的水力膨胀锚杆加固底板.并在一条典型的煤柱采动巷道进行工程应用,现场应用结果表明该技术控制底鼓效果显著.     

高应力软岩底鼓巷道锚注联合支护技术研究

随着煤矿开采深度的不断增加,高应力软岩巷道底板变形严重,影响了矿井的正常生产。为彻底解决底鼓难以控制的问题,以船景煤矿首采区轨道上山为例,结合现场底板变形特征,利用数值模拟对比分析不同断面形状下的围岩变形,提出了带反底拱的直墙半圆拱形+注浆锚杆索联合支护方案,并且分析了反底拱底板注浆结构体的稳定性。采用该支护方案后,两帮平均移近量仅为82.5 mm;平均底鼓量仅为52.5 mm;顶板无明显下沉量。表明该方案能够提高高应力软岩巷道岩体强度、改善围岩力学性能和结构、提高围岩的整体承载能力,从而有效控制高应力软岩巷道底鼓。     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。     

回坡底煤矿工作面运输巷复合型底鼓机理研究

以回坡底煤矿11-1021工作面运输巷为研究对象。利用半平面无限体理论对11-1021巷上方10号煤层孤岛煤柱对底板岩层的应力集中进行了研究。根据11-1021巷底板岩层的实际情况,发现11-1021巷的底鼓类型为挠曲褶皱性+挤压流动性的复合性底鼓,其底鼓机理较为复杂,对11-1021巷的复合型底鼓进行了具体分析。研究结果表明:孤岛煤柱造成的应力集中使得11-1021巷的水平应力达到19.6 MPa,较大的水平应力作用是巷道发生底鼓现象的原因之一。对于11-1021巷直接底的0.8 m铝质泥岩底板,根据压杆稳定理论得到失稳的临界应力为17 MPa,因此直接底会发生失稳鼓起。而对于11-1021巷厚度较大的基本底,利用滑移线理论计算得两帮处的支承压力峰值超过了底板岩层的极限承载力,会产生挤压流动性底鼓。同时,靠近孤岛煤柱一侧的支承压力峰值更大,在底板会形成较大区域的滑移线场,从而使巷道底鼓出现非对称性,并在远离孤岛煤柱一侧的底鼓量更大。