巷帮-支护体本构模型及长螺纹扩帮锚杆研究

基于螺纹钢锚杆拉伸试验与巷帮围岩深部位移变形监测,建立了锚杆安装后的本构模型与巷帮围岩峰后强度区、塑性区以及弹性区的本构模型,并分析了锚杆参数对巷帮围岩本构模型的作用效果。结果表明：当锚杆安装后的锚固段位于弹性区围岩时,锚杆能同时控制巷帮峰后强度区与塑性区的变形,且能保证锚固段强度。针对大变形巷道中,锚杆长度不足,锚索延伸率较低,片帮或扩修后支护材料失效的难题,新研发了长螺纹扩帮锚杆。该锚杆具有“锚固点深”、“延伸性好”和“多次复用”的特性,且特有的长螺纹段可解决巷道片帮和扩修后需要补打锚杆锚索的难题。     

孤岛工作面沿空巷道锚固失效分析与支护对策

为解决某矿3210孤岛工作面回采巷道中大量锚杆锚索断裂及锚固失效、导致巷道围岩变形破坏严重的现象,对现场锚杆锚索的断裂数量分布和断裂形态进行统计分析,揭示了锚杆索支护失效的重点区域,发现大部分锚杆破断的位置都在杆尾螺纹处、大部分锚索破断位置均为杆体中部,进一步分析了巷道围岩破坏的破坏特点及原因。针对巷道支护帮弱的问题,对强帮护顶支护技术应用进行了探讨。基于研究针对原有支护,提出了“锚网索加强支护+帮部注浆补强加固”的支护对策,对支护参数及注浆施工参数进行详细设计。在改进支护前后对围岩变形情况进行实时监测与拉拔试验检验。结果表明,在工作面采动影响下,围岩变形量减小,该支护方案能提高巷帮抗变形能力与锚固能力,增强锚杆体锚固结构的弹性模量,能够有效解决锚杆索破断导致的锚固失效问题,极大提高了生产效率。     

多次采动巷道围岩变形演化规律及支护技术研究

为探究多次采动下巷道围岩的变形演化规律,解决巷道围岩大变形问题,以山西襄垣七一新发煤业5101工作面回风巷为工程背景,采用现场调研、数值模拟和工业性试验相结合的方法,对多次采动期间巷道围岩变形及塑性区演化规律进行研究,结果表明：随着采动影响的加剧,巷道围岩变形量增加且所占总变形量比重增加,并呈现明显的非对称变形;巷道围岩塑性区破坏深度延伸,破坏面积加大且巷道右帮塑性破坏区扩展最为明显,其塑性破坏规律大致呈：“巷道右肩角处→巷道右底角处→巷道右帮中部”的动态扩展过程。基于巷道围岩变形特征及规律提出支护方案,现场工业性试验结果表明,支护方案合理,巷道变形满足工作面开采需要,研究结果可为类似地质条件下巷道围岩控制提供借鉴。     

大断面高巷帮破碎围岩巷道支护技术研究

针对长平煤矿Ⅲ43142巷大断面高巷帮围岩破碎特点,在地质力学参数测试基础上,分析了高巷帮巷道围岩变形破坏机理,并针对其特点确定了以W钢护板为两帮支护组合构件的锚杆索联合支护方案。该方案实施于井下并进行矿压监测,监测结果表明该方案可以有效控制围岩变形,为类似条件的大断面高巷帮破碎围岩巷道支护提供了参考。     

大埋深破碎围岩巷道变形控制技术

120801运输巷受埋深大、上覆11号煤层采动等多重因素影响,导致巷道围岩破碎、支护难度大。结合现场条件,提出采用中空注浆锚杆+高强柔性金属网+工字钢架棚组合支护方式控制围岩变形。在巷道顶板采用涨壳式终孔注浆锚杆并配合注浆,提升顶板岩体整体稳定性及承载能力,加强锚杆围岩控制效果;巷道顶板及巷帮均铺设TECCO高强度柔性金属网,给巷道壁较大的支护作用力;按照1 000 mm棚距架设钢棚,进一步提升护表强度。现场应用后,120801运输巷顶底板、两帮最大移近量分别为66 mm, 58 mm,锚杆、架棚等支护体系均未出现失效、变形等问题,巷道围岩变形量较小,实现了深部破碎围岩巷道变形的有效控制。     

回采巷道围岩变形破碎机理及支护措施研究

针对鸿发煤业有限公司4008运输巷出现的大变形破坏问题,对4008运输巷变形破坏特征进行了分析,并通过现场勘查与理论分析,表明影响运输巷稳定的主要因素是巷道埋深较大、地质构造影响、采动干扰等。结合深部巷道耦合支护理念,提出了锚杆+关键位置锚索+底角注浆锚杆+复合托盘+焊接钢筋网返修支护方案,从现场试验巷道的变形情况来看,返修支护方案实现了对4008运输巷围岩的有效控制。     

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。     

高应力扰动破坏区巷道围岩稳定性控制研究

高应力扰动破坏区巷道围岩裂隙发育,其巷道内部的支护结构易受施工与环境的影响而失稳破坏,因此加强对高应力扰动破坏区巷道围岩的稳定性控制至关重要。针对某矿3316工作面的地质特征,采用现场实测方法对采动过程中围岩裂隙的发育特征进行分析;结合采动机理分析与数值模拟研究,对原支护方案进行了相应优化;将优化方案应用于抽采巷中,并通过工程监测对其围岩稳定性进行评价。结果表明：采用优化方案支护后,两帮载荷相近,不对称性得到较好控制,顶帮锚杆受力在合理范围内;顶板锚索的工作载荷峰值下降至174.2 kN,减为屈服载荷(500 kN)的33.4%;测站顶底板变形量、两帮移近量较小,抽采巷围岩变形得到稳定控制。     

采动影响下工作面交叉巷数值模拟研究

为解决工作面交叉巷在采动影响下巷道变形大难以支护的问题,通过建立交叉巷围岩力学模型与FLAC^3D数值计算模型分析了交叉巷开挖后及其采动影响下的围岩应力分布规律,得出以下结论:掘进支巷后,三角区应力集中明显,由外往里应力集中系数减小,巷道变形量大小排序:巷道锐角三角帮＞巷道钝角三角帮＞非三角帮;受超前采动应力的影响,三角区内垂直应力均增大,高应力集中区的面积占比明显增大,三角区的稳定性变差,巷道顶板由下到上水平应力逐渐增大,顶板承载性逐渐增大。基于此,提出了使用高强锚杆及对三角帮打补强锚索的支护技术,控制了交叉巷道围岩变形,确保工作面安全生产。     

复杂围岩环境下巷道变形破坏特征及支护技术

针对大佛寺煤矿胶带运输巷支护难题,采用工程地质调查、理论分析等手段,分析了复杂围岩环境下巷道的变形破坏特征,得出围岩特性、底板围岩遇水膨胀、采动影响、支护结构的不耦合是导致巷道大变形的主导因素。提出了"高强高预应力锚杆(索)+底角锚杆"支护技术控制巷道围岩稳定性。工程应用结果表明,该支护形式,可以有效控制巷道围岩的剧烈变形,大幅度提高巷道的安全性。     

柔模沿空留巷实体煤帮张拉锚杆支护研究

古城煤矿工作面巷道采用沿空留巷设计，针对实体煤侧变形明显、扩帮工作量大等问题，以S1303辅助进风巷为工程背景，运用数值模拟，研究了不同锚杆预紧力水平对沿空留巷实体煤帮和底板变形的影响，改进了适用于实体煤帮支护的张拉式预紧力锚杆及相关装置；通过现场实验和巷道围岩变形量监测，表明巷道实体煤帮变形量明显减小，同时扩帮效率明显提高、返修成本显著降低，对类似围岩条件巷道控制具有参考价值。     

王坡煤业大断面巷道支护方式优化

为解决王坡煤业大断面巷道片帮失稳的问题,通过实验室测定巷道周边围岩力学参数、现场调研巷帮的破坏形式,并采用FLAC3D进行数值模拟分析,得到了支护方式优化后的支护参数.现场实践表明:帮锚杆长度为3.0 m、肩锚杆与水平方向的夹角为15°、每帮锚杆数量为4根时,对巷帮围岩控制效果较好.     

深部软岩巷道巷帮长锚杆支护技术

为了解决深部软岩巷道巷帮变形大、扩帮后需补打锚杆的问题,在赵固二矿1105工作面回风巷两帮进行了围岩破坏规律研究,结果表明,煤壁、煤柱帮的深部裂隙扩展区范围可达3.3 m,巷帮破坏深度较大,常规锚杆长度小,锚固段不能锚固到深部稳定的区域,难以有效支护巷帮。通过对长锚杆结构、力学性能及优越性分析,认为长锚杆更能有效控制深部软岩巷帮变形,据此,提出了巷帮长锚杆支护技术。在赵固二矿1105工作面回风巷的现场应用也表明,巷帮采用长锚杆支护技术后,两帮移近量较小,达到40~70 mm后即趋于稳定,长锚杆锚固力最终稳定在140~150 k N,支护效果良好。     

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.     

采动影响下软岩巷道围岩稳定性控制技术

为了有效控制新元矿3107工作面采动影响下软岩巷道围岩的合理变形,通过分析软岩巷道变形规律及失稳特征,提出了"高预紧力锚杆+帮部锚索+底角锚杆"的围岩支护方案,并对采动期间围岩变形量和围岩变形速率进行持续监测。结果表明:3107工作面运输巷在现有支护方式下围岩变形量合理,满足安全生产要求。     

深部巷道长锚杆支护技术研究及应用

分析了深部巷道围岩变形破坏特征主要为围岩变形量大、变形具有持续性和不可控性,提出采用长锚杆支护技术进行深部巷道的支护。数值模拟分析了不同支护系统巷道围岩的塑性区分布,结果表明:深部条件下巷道塑性区范围较大,加大支护强度对塑性区改变较小,普通锚杆锚索支护不再适用;深入研究了长锚杆的围岩控制机理,并说明了其在深部大变形巷道支护中的优越性。现场工业性试验表明,采用长锚杆支护后,围岩控制效果更佳,且帮部长锚杆在扩帮时能够被重新利用,支护效果较好。     

叠合采动下围岩破坏区非均匀扩展机理及巷道稳定控制

为揭示叠合采动影响下围岩的变形破坏特征,以羊场湾矿160206工作面为工程背景,通过现场监测、理论分析计算、数值模拟和现场工程试验的综合研究方法,研究叠合采动应力场下回风巷围岩的应力场演化规律和塑性区形态分布特征,揭示煤层巷道在叠合采动影响下的非均匀扩展机理。结果表明：上下区段的叠加采动影响导致160206工作面前方回风巷处于高偏应力环境,这是造成回风巷发生非对称破坏的主控因素;叠合采动巷道在高偏应力作用下塑性区呈蝶形形态,且蝶叶向采空区一侧偏转,围岩塑性区形态呈煤壁帮顶板及煤柱帮底板破坏范围大的非均匀扩展特征。据此,提出采用非对称长短锚杆索协调加强支护、超前单元支架及钻孔卸压的联合支护技术,在叠合采动影响区域进行工业性试验,取得良好的效果。     

晋华宫矿12号层301扩区回风巷泥质胶结围岩控制技术

晋华宫矿12号层301扩区回风巷在泥质胶结软岩中掘进,巷道存在围岩变形量大、支护结构容易失效问题。为了确保巷道掘进及使用安全,提出采用锚注技术对围岩进行控制,并进行现场应用。结果表明:①301扩区回风巷围岩变形主要原因是围岩为泥质胶结的砂质泥岩、砂岩,本身强度及承载能力低,容易风化及崩解,从而导致支护结构中锚杆、锚索等失效;②提出采用中空注浆锚杆、中空注浆锚索对围岩进行注浆加固,通过提升围岩与支护结构耦合效果,降低巷道围岩变形量;③在泥质胶结围岩中采用亲泥性泥岩注浆材料不仅可降低注浆成本而且可起到较好的围岩控制效果。现场应用后,巷道顶底板及巷帮变形量分别控制在19、16 mm以内,取得显著应用效果。     

平沟煤矿020903工作面回风巷多次采动影响围岩稳定分析

采煤工作面回采巷道受采动影响矿压显现剧烈,复杂采动影响不利于回采巷道围岩稳定控制,致使支护工程问题日益凸显。本文以平沟煤矿020903工作面回风巷为研究对象,运用FLAC3D数值模拟技术,对多次采动影响下的回采巷道围岩应力环境变化、围岩变形破坏特征、承载结构进行数值模拟分析,分析得知:903回风巷处于邻近902采空区的围岩应力环境,同时存在来自903工作面回采影响,多重采场围岩应力叠加,围岩应力环境复杂变化造成巷道变形速率快、变形量大且支护较为困难,为此提出903回风巷采动巷道"锚索+锚杆+钢筋梯子梁+网"联合支护方案,实现对巷道的帮顶围岩的保护,进而充分发挥围岩本身的自承能力实现采动巷道的围岩控制。     

深井大断面双巷布置回采巷道破坏机制及控制技术

为解决深井大断面双巷布置回采巷道二次采动期间围岩控制问题,以刘庄矿6203工作面回风巷为工程背景,根据现场实际观测情况分析了巷道变形特征,即回采期间巷道变形表现为底鼓量大于顶板下沉,煤柱帮变形远大于实体煤帮的非对称形态,巷道底板及煤柱帮围岩变形最严重。在此基础上分析了护巷煤柱、围岩应力、围岩强度、支护形式对巷道底鼓的影响,认为护巷煤柱尺寸过小,支护参数不合理是导致巷道破坏变形的主要原因。提出了改变护巷煤柱尺寸、优化巷道支护参数、局部注浆和留设卸压槽的底鼓控制技术。通过工程实践表明,新的支护方案使巷道围岩得到了有效控制,具有良好的安全技术经济效益。