复采动压巷道变形机理及关键控制技术研究

文章以目标矿3413底抽巷的地质资料为背景，运用数值模拟、理论分析和现场试验等手段，对近距离下位岩巷在重复采动影响下的应力演化规律、位移变化规律、塑性区发育特征进行了系统研究，得出结论如下：受重复采动影响，巷道顶底板及两帮的累计移近量分别为372.3 mm、488.2 mm,两帮及顶底板塑性区的发育范围为4.8 m,巷道呈现出明显的大变形特性；当拉应力为339 kN时，D21.6 mm恒阻锚索进入恒阻延伸阶段，在此范围内锚索载荷始终维持在339～365 kN小幅震荡，恒阻器延伸长度累计达337 mm;巷道支护体系优化后，在两次采动应力的叠加影响下，顶板下沉量为226 mm,恒阻锚索未见断裂失效现场。     

深井软岩巷道均衡让压控制技术

针对海石湾煤矿深井软岩巷道支护困难的问题,依据围岩强度强化理论及能量平衡理论对其进行力学分析,采用数值模拟和工业性试验的方法,提出高强预应力均衡让压围岩控制思路.通过在锚杆托盘与螺母之间加装一个恒阻让压管,巷道不同部位的让压管随巷道围岩应力变化产生相应的变形,使巷道围岩处于均衡受力状态.工业性试验表明:锚杆的均衡让压作用可使巷道围岩充分释放初期弹性变形能,并提高支护系统的可靠性,试验巷道25～35 d即进入稳定状态,顶板最大位移量为130 mm,两帮最大移近量为110 mm,断面收缩率降低了50％,解决了海石湾煤矿深井软岩巷道支护难题.     

无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压显现规律及关键支护技术

为系统研究无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压规律及关键支护技术,理论分析了无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压显现规律,基于恒源煤矿Ⅱ632机巷工程实践,在巷道内布设位移观测点和顶板恒阻锚索测力计对巷道变形及恒阻锚索工作阻力进行连续观测,得到巷道在留巷期间巷道变形量、变形速率及恒阻锚索受力的变化规律。结果表明:切顶之后,由于顶板快速下沉所产生的冲击载荷,留巷围岩变形剧烈,尤其是强烈的底鼓现象;留巷段围岩变形受动压影响,变形更加剧烈;无巷旁充填切顶卸压沿空留巷顶部恒阻锚索总体平均受力为259.721 k N,最大受力达到275.76 k N,当工作面推过测点后,恒阻锚索受力趋于稳定;提出了"强化恒阻锚索配合锚杆(索)支护以增加顶板支护强度"、"当底板较软时,适当强化底板支护"和"注意留巷阶段的加强支护"的无巷旁充填切顶卸压沿空留巷关键支护技术。     

地应力异常区上山群巷道蠕变围岩控制技术

为了解决地应力异常区上山群巷道支护困难的问题,针对常村煤矿地应力特征,模拟分析了不同方向的最大水平主应力巷道围岩应力分布规律,并分析了上山群间煤柱宽度与掘进顺序对支护方式的影响,将全长锚固预应力强力锚杆锚索组合支护系统应用于该上山群巷道。试验结果表明：地应力异常区上山群间煤柱宽度大于30 m时掘进顺序对支护无影响,采用全长锚固预应力强力锚杆锚索组合支护系统后,巷道两帮移近量最大为87 mm,顶板最大下沉量为18 mm;锚杆最大受力为183 kN,锚索最大受力为250 kN,且巷道变形量及锚杆锚索受力稳定,围岩变形得到了有效控制。     

高恒阻大变形锚索静力学特性数值模拟分析及应用

近些年,滑坡地质灾害发生的强度和频率逐年上升。 在滑坡发生过程中,传统预应力锚索无法 抵抗岩土体大变形而发生拉断、破坏、失效等问题。 针对上述问题,自主研发了三种不同类型的高恒阻 大变形锚索(NPR锚索),其核心结构由恒阻装置与传统锚索连接组成。 首先,通过现场静力拉伸试 验,得到该新型锚索结构最大恒阻力值约850kN,最大变形量达2000mm;其次,在ABAQUS中采用 STATIC,GENERAL准静态分析方法对静力拉伸条件下恒阻装置的应力应变特性进行数值模拟分析, 分析结果证明NPR锚索拉伸过程是一个恒阻且吸收能量的过程;最后,现场应用验证了NPR锚索结 构能够随着边坡失稳而产生大变形的特性,避免了传统锚索因大变形而被拉断破坏,实现了滑坡灾害 防治、监测、预报智能一体化的目标,为合理解释滑坡体运移规律与监测预警曲线之间的关系提供了科 学依据。     

深部高地压井巷顶板支护技术研究

针对深部高地压煤层巷道顶板受高地应力与回采动压叠加影响,造成巷道急剧变形,以红阳三矿北二采区1210-2工作面运输顺槽为例,分析了顶板破坏机理及变形规律,恒阻锚索具有可控变形、同时保持恒阻的特性,采用现场监测、理论分析和井下试验相结合的方法开展研究,经过对比,恒阻锚索能够起到释放应力峰值,控制巷道变形量,保证支护强度,满足回采运输巷断面要求。     

恒阻大变形锚索支护系统及其工程应用

恒阻大变形锚索通过恒阻体的滑移运动实现恒定的工作阻力和适应围岩大变形,对恒阻体和套筒受力分析揭示了其恒阻的机理,并建立恒阻大变形锚索支护系统的本构方程,应用于恒源煤矿Ⅱ632工作面机巷切顶卸压沿空留巷支护中。留巷过程中的监测数据表明:恒阻大变形锚索允许支护系统的变形量最大为548mm,经历了超前采动影响和周期来压影响后仍能保持恒定的工作阻力,平均值为328.4k N。顶板平均下沉371.7mm,期间恒阻大变形锚索通过自身的结构变形吸能让压,保持了巷道顶板的整体稳定,而普通锚索则因变形超限被拉断。     

回采巷道变形破坏机理分析及支护技术探讨

针对常村煤矿11221工作面进风顺槽巷道围岩出现大范围变形破坏,制约其安全高效生产问题,根据围岩变形破坏特征及现场观测分析结果,结合巷道恒阻让压耦合支护机理,设计"锚索+恒阻大变形锚杆+钢带梁+底部注浆锚杆"的巷道返修支护方案.通过实践效果分析表明,巷道返修后顶板下沉量为110 mm,底臌量280 mm,两帮变形量为2...     

西南地区节理化薄层软岩隧道大变形力学机理及支护控制方法

针对西南山区高地应力软岩隧道支护结构破坏、围岩大变形等问题,以云南昌宁隧道为工程背景,分析了隧道围岩大变形破坏模式及力学机理,开展了软岩隧道NPR锚索应力补偿支护技术应用研究工作。首先采用现场勘查和室内试验的方法,对隧道地质条件及破坏成因进行分析;然后,研究了昌宁隧道影响围岩稳定性的主要控制因素和围岩破坏模式,提出了以NPR锚索为核心的应力补偿支护技术;最后,通过现场试验分析了NPR锚网耦合支护条件下昌宁隧道围岩控制效果。结果表明：岩层挤压弯折和层间剪切滑移是昌宁隧道围岩破坏的主要模式;以NPR锚索为核心的应力补偿支护技术能有效控制隧道围岩初期支护大变形,隧道围岩最大变形量从2 150 mm降低到100 mm以内,效果显著。研究成果可为软岩隧道大变形的防治提供参考。     

邱集煤矿1102工作面切顶留巷支护设计及矿压实测

以邱集煤矿1102工作面运输巷坚硬顶板支护问题为背景,建立未切顶巷道顶板的悬臂梁模型和切顶留巷顶板的变形及受力模型;由理论计算得出切顶前巷道顶板伸向采空区的悬臂梁结构的最大悬臂长度为4.68 m,切顶后悬吊单位长度的巷道顶板所需支护阻力为166.74 kN;据此进行巷道支护参数设计,确定恒阻大变形锚索规格为φ17.8 mm×10 300 mm,两列锚索排距分别为1 000 mm和2 000 mm,并对巷道矿压进行监测。监测结果表明:1102运输巷距开切眼75 m至173 m范围内巷道顶底板移近量最大值约36 mm,顶板离层出现在泥岩灰岩的交界处,累计离层量为25 mm,顶板锚索受力最大值为150 kN,变形和受力均处于安全范围内,满足巷道的稳定性要求。     

恒阻大变形锚索与单体液压支架的综合支护性能研究

为确保掘进巷道施工的合理性,对恒阻大变形锚索和单体液压支架的力学特性进行了现场测试,并对综合支护效果进行了数值模拟。研究结果表明:恒阻大变形锚索与单体液压支架的支护效果良好,在施工成本允许的前提下,增大切顶高度和切顶角度、加固锚索,可有效降低巷道的应力峰值,改善应力集中现象。     

恒阻大变形锚杆(索)让压吸能模型及支护设计

针对我国煤矿深部软岩巷道高地压、水理、围岩软弱、结构裂化等综合作用引起的巷道大变形问题,基于能量平衡理论,提出恒阻大变形(以下简称恒阻)锚杆(索)让压吸能支护理论与设计方法。根据试验力学特性曲线,采用能量分析法,将恒阻锚杆(索)荷载—位移曲线划分为弹性阶段、恒阻让压阶段,建立了围岩能量平衡方程、恒阻锚杆(索)两阶段的吸能方程,以及围岩—恒阻锚杆(索)共同作用下的能量关系式,并依据组合拱理论给出了恒阻锚杆(索)支护参数设计的理论公式。研究结果表明:恒阻锚杆(索)恒阻器变形量与围岩变形量之间关系呈二次抛物线规律分布,恒阻锚杆(索)恒阻器变形,能够有效吸收软岩围岩变形能,减小围岩最终变形量。工程算例分析显示,恒阻锚杆(索)支护时,恒阻器77.6mm让压变形量,可吸收79%的围岩能量,降低88.9%的围岩变形量。     

永兴矿深部巷道围岩变形特征实测分析

深部巷道与浅部巷道围岩变形规律和特征具有较大差异。为分析深部巷道围岩变形特征,以永兴矿二水平-960 m水平,埋深约1 000 m的巷道为例,采用实测分析的方法进行研究。分析实测数据得到:围岩的两帮位移量、顶板位移量和底板位移量大约都是在80～85 d后稳定,位移量都稳定时大约在85～105 mm;围岩的位移速度大约在85～105 d后趋于稳定,围岩的位移速度稳定后都降低到0.2 mm/d以下;锚杆和锚索的受力大约在90～100 d后趋于稳定,锚杆受到的载荷大约为13.5 t,锚索受到的载荷约20 t。可以得出永兴矿深部巷道围岩变形大约在掘支后的100 d内围岩位移量、围岩变形速度和围岩应力都趋于稳定。     

高瓦斯动压煤巷变形机理与控制技术

为解决岳城煤矿高瓦斯动压巷道瓦斯抽采后围岩变形大、支护困难的问题,采用现场调查和矿压监测方法,测试了巷道围岩的地质力学参数,深入分析了围岩变形破坏特征与机理,提出高预应力高延伸率锚杆锚索+强力护表构件+补强锚索强帮强顶控制技术,并进行现场应用。矿压监测数据显示:在掘进期间,锚杆与锚索受力比较稳定;巷道在工作面回采期间,两帮最大变形量为249mm,顶底板最大移近量为262mm,满足正常生产要求。应用结果表明:该支护技术明显改善了围岩的应力分布,提高了围岩的整体承载能力,能够有效控制高瓦斯动压巷道围岩的大变形。     

恒阻大变形锚索力学特性及其在深部切顶留巷中的应用

为解决深部围岩变形量大、常规支护材料易破断失效的问题,对恒阻大变形锚索结构、工作原理及力学特性进行了研究。室内试验结果显示：恒阻锚索在静力拉伸和动力冲击过程中均能保持 350kN 的恒定工作阻力,显示了恒阻锚索良好的抵抗冲击、恒阻吸能特性。将恒阻锚索应用到深部切顶留巷工程中,留巷期间恒阻锚索大部分都产生一定的缩进量,较好地吸收了深部围岩变形能量,留巷围岩在滞后工作面约300m 时达到稳定状态,各项指标均能满足现场使用要求,恒阻锚索较好地控制了深部留巷围岩变形,从而验证了恒阻锚索支护的可靠性。     

坚硬厚层顶板切顶卸压自成巷恒阻锚索支护应用

为了控制塔山煤矿8304工作面在切顶卸压过程中巷道顶板的下沉变形现象,保证成巷过程及巷道二次复用期间顶板围岩的稳定性,在预留巷道顶板原支护的基础上采用恒阻大变形锚索对顶板进行补强支护。运用理论计算并结合现场实际条件,选用长度为9.3m,支护密度0.8根/m2的恒阻大变形锚索加固顶板。现场应用结果表明：巷道顶板下沉量较小,成巷效果良好,可以满足复用生产要求,说明恒阻大变形锚索能很好适应切顶卸压自成巷对巷道顶板的变形影响,也为其他类似条件下沿空留巷顶板支护提供一定参考。     

回采巷道顶板岩层局部破碎支护设计研究

青洼煤矿主采2号煤层顶板岩层为泥岩和灰岩互层,局部位置裂隙发育充分,顶板岩层破碎,在工作面回采过程中,顶板破碎位置极易产生大变形甚至失稳破坏,从而引发顶板安全事故,为矿方安全生产带来较大的安全隐患。文章以青洼矿2103运输巷为工程背景,提出采用锚杆+锚索+金属网的常规支护方案及NPR恒阻大变形锚索补强支护的方案进行支护,现场试验结果表明,支护效果良好,顶板下沉量最大值仅为256 mm,完全可以满足矿方的安全生产需求。     

桁架锚索支护技术在大断面巷道支护中应用

针对13031切巷大断面在采用原支护方式情况下出现巷道顶板下沉量和巷道两帮位移量增大,巷道变形较为严重等问题,结合复合桁架结构锚索支护技术原理,并采用FLAC3D进行数值模拟,确定采用桁架锚索的长度及桁架搭接长度等合理技术参数,按照参数对巷道支护方案进行优化设计并在现场实施,根据现场观测及实施效果表明,采用复合桁架锚索技术支护后,巷道顶板下沉量为87mm,巷道两帮位移量为46mm,巷道围岩变形量未超过规定要求,达到了控制巷道顶板的要求。     

基于FLAC3D的深部巷道支护围岩稳定性研究

为了验证某煤矿巷道支护设计是否满足矿井支护要求,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了巷道周围煤岩体应力分布、巷道周围煤岩体塑性区分布、巷道周围围岩体变形规律以及巷道支护中锚杆、锚索轴向力分布。研究得出:巷道顶底板围岩变形为31 mm,巷道两帮变形量为22 mm,巷道右侧锚杆受力明显大于巷道左侧锚杆受力,巷道围岩出现失稳破坏。因此,在进行最终巷道设计时,应增加锚杆、锚索的抗拉强度及减少锚杆、锚索的间排距,从而达到巷道围岩的稳定性,保证矿井安全生产。     

桃花嘴矿区充填体内巷道NPR锚杆支护数值模拟分析

充填体强度较岩体强度低,充填体内巷道更容易受到爆破振动及开挖等活动扰动,巷道支护工艺需进一步研究。以湖北三鑫金铜矿-670 m中段为工程背景,引入具有可伸缩和恒阻大变形特点的NPR锚杆对巷道进行支护。利用FLAC3d对NPR锚杆支护体系进行模拟,对巷道位移变形以及主应力云图进行对比分析,并结合现场实际获取锚杆支护参数的最佳组合。结果发现,NPR锚杆支护方案中选择锚杆直径22 mm、长度1.8 m、间距1.2 m、排距1.0 m的支护参数,支护效果较好。