煤巷复合顶板的稳定性分析

根据煤巷复合顶板的变形破坏规律(结构承载调整-结构刚度弱化-应力调整-结构失稳或稳定),对复合顶板进行稳定性分析。在结构承载调整阶段采用弹性理论进行分析,指出巷道开挖后会产生少量弹性变形,不会立刻发生失稳破坏。在结构刚度弱化阶段采用断裂力学方法进行分析,指出结构刚度软化的实质是顶板中的软弱夹层受围岩应力作用产生拉伸或压缩裂缝并持续扩展,导致顶板整体刚度降低,分析还发现结构整体刚度弱化是复合顶板变形的根本原因。在应力调整阶段,采用板壳理论进行分析,指出当纵向均布荷载超过临界值后,顶板岩层将会产生溃屈破坏。因此巷道在支护设计时,要采取有效措施增强巷道的整体刚度,提高其抵抗纵向荷载的能力。最后,通过工程实例,结合理论计算验证了该分析方法的合理性。     

煤巷复合顶板变形破坏规律及稳定性研究

根据煤巷复合顶板变形破坏规律,对复合顶板进行稳定性分析,结果表明:①在结构承载调整阶段,巷道开挖后,会产生少量弹性变形,但不会立刻发生失稳破坏;②结构刚度软化的实质,是顶板中的软弱夹层受围岩应力作用,产生拉伸或压缩裂缝,并持续扩展;③在应力调整阶段,当纵向均布荷载超过临界值后,顶板岩层将会产生溃屈破坏;④在巷道支护设计中,采取有效措施,增强巷道整体刚度,就能保证安全。     

亭南煤矿巷道复合顶板破坏规律分析

介绍了前人对复合顶板的众多定义,并结合各定义的总结,给出了一个更为切合实际的复合顶板的概念,根据在复合顶板破坏前及破坏的临界状态顶板各岩层的变形曲率相同,将顶板所受的荷载分配到各岩层中,进而分析复合顶板各岩层的受力状态。结合亭南煤矿204辅助运输巷验证了复合顶板的失稳破坏规律。     

深井复合顶板半煤岩巷稳定性控制研究

针对淮南矿务集团谢一矿5132工作面运输顺槽的地质条件,分析深部复合顶板巷道围岩破坏特点,考虑岩层中软弱层,分析有倾角复合顶板巷道受力特征,认为倾角较大时顶板在巷道中部运动剧烈导致巷道失稳,提出用非对称支护设计,对围岩采用高强锚网索支护,充分利用围岩自身承载能力,控制巷道变形破坏。     

复合顶板松软煤层巷道支护技术研究

复合顶板松软煤巷围岩变形速度快,巷道煤帮和肩角处围岩以及顶板煤线容易首先破坏,是支护中的薄弱部分。针对复合顶板松软煤巷围岩的变形破坏规律,提出了薄弱部分加强支护、提高巷道围岩的抗剪强度和承载能力,应用锚索补强支护并施加较高的预紧力,使复合顶板形成组合梁结构,控制顶板变形和锚杆锚固区外离层。     

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。     

特厚倾斜复合顶板巷道破坏特征与稳定性控制

大倾角特厚复合顶板巷道因其围岩原位强度低、层间黏结力弱,在复杂应力作用下巷道围岩具有非对称破坏特征。结合具体工程实例,采用相似模拟试验、FLAC3D数值模拟和工程测试等方法,分析不规则梯形与拱形巷道在常规对称支护和非对称强力支护条件下围岩应力、位移等变化规律,揭示特厚倾斜复合顶板巷道的非对称破坏机理。研究表明:受岩层赋存特征影响,巷道围岩结构和应力分布的非对称性是造成巷道非对称性破坏的根本原因;复合层状岩层结构面法向约束力减小与钝角部位应力集中直接导致弱面剪切滑移失稳;采用拱形巷道与非对称强力支护能有效改善围岩应力状态、减小围岩变形,提高巷道支护体系的平衡承载能力。     

复合顶板巷道支护技术研究

山西煤销集团同富新煤业10~#煤层顶板因存在若干层软弱夹层而形成复合顶板,首采面顺槽掘进时顶板多处冒落,巷道维护困难。以该矿顶板弱面及顶板离层稳定性控制为研究对象,利用技术勘查手段,针对原巷道支护和顶板冒落情况,分析了巷道复合顶板稳定性的影响因素、离层失稳原因、失稳破坏形态及破坏过程;研究了顶板下沉位移、岩层变形破坏临界应力及跨厚比对复合顶板煤巷稳定性的影响;根据顶板、煤帮锚杆支护作用机理,进行了复合顶板煤巷锚杆支护专项方案设计。工程实践表明,该方案支护效果和经济效益较好,顶板得到有效控制;解决了巷道顶板内软弱夹层导致巷道顶板离层失稳控制的技术难题。     

煤巷层状顶板锚固体失稳模式相似模拟分析

采用理论分析、相似模拟实验综合研究的方法对煤巷层状顶板锚固体的失稳情况进行了深入研究,借助于相似模拟对围岩应力、顶板岩性、煤层倾角、巷道尺寸等不同的组合方案进行实验。在平面应变情况下,研究不同的影响因素组合下煤巷层状顶板的变形情况。研究结果表明,巷道顶板在加载载荷的作用下,开始都承受较大的压应力,并且随着载荷的增加压应力随之变大。倾斜岩层巷道的顶板变形冒落时,顶板呈现非对称下沉的特征,加载载荷增大时,顶板裂隙发育,然后贯通,最终导致顶板破断冒落。     

复合顶板大跨度煤巷围岩稳定性及其控制技术研究

以李村煤矿1302工作面运输巷为基础,采用计算机数值模拟分析复合顶板条件大跨度煤巷围岩稳定性,重点研究巷道跨度增大对围岩稳定性的劣化作用。复合顶板条件大断面煤巷的变形失稳以顶板整体下沉和强烈底臌为主;复合顶板煤巷的跨度对巷道围岩稳定性劣化具有明显促进作用,当巷道跨度大于5 m时,顶板围岩内拉伸破坏深度达到3 m以上,拉伸破坏面积大于5 m2以上;提出了高强度、高预紧力、高稳定性的支护技术核心,为以后类似条件巷道支护设计提供参考。     

巨厚复合顶煤特大断面全煤大巷支护技术

 通过分析前期辅运大巷支护体系及施工后存在的问题,总结类似大断面巷道变形破坏规律,认为大断面巷道由于其跨度比较大,顶板层厚不稳定,层理发育,分层之间粘结力小,巷道开挖后顶板极易离层和破裂,难以形成承载结构。据此特提出组合层支护的方法,通过锚杆支护层、锚索支护层及喷浆支护层的层内及层间组合达到理想的围岩控制效果。运用此理论进行锚杆支护设计并在现场进行试验,矿压监测结果表明此支护系统成功地控制了大断面煤巷围岩的强烈变形,保持了巷道的稳定。     

薄煤层开采软弱煤岩体巷道变形特征与稳定控制

针对百色矿区薄煤层开采条件下半煤岩巷道大变形及难控制等问题开展了一系列研究工作。首先,在巷道工程资料与数据的基础上,开展了薄煤层回采巷道工程地质特征的分析,发现薄煤层巷道围岩地质构造普遍较为复杂,岩体完整性差;现场监测了回采巷道围岩的变形全过程,分析了掘巷影响阶段、掘巷影响稳定阶段和工作面回采期阶段等时期的围岩工程行为及变形特征。然后,根据所收集的岩样和自制的煤岩组合体试样,分别进行了点载荷强度和不同高度比的煤岩组合体力学强度试验,结果表明,此类岩石力学强度较低,煤体与岩体破坏呈不均匀性。最后,在现有的理论基础上,分析了半煤岩巷道的滑移机制,推导了煤岩体层间滑移与巷道围岩失稳的本构方程,根据锚索的挤压承载和锚杆抗剪作用机理等阐明了软弱半煤岩巷道控制原理和支护要点,提出了以"顶板预应力长锚索+帮高刚度桁架锚索"为主体的"锚、网、索、梁"整体支护技术。支护试验表明:所提出的支护技术对于半煤岩巷道的控制效果较好,围岩变形在可控范围之内。     

浅部岩层冒顶隐患级别的数值模拟研究

 为了找出浅部岩层类型与巷道顶板冒顶隐患级别了关系,采用RFPA软件,模拟不同类型岩层条件下的顶板岩层变形破坏特征。结果表明,浅部岩层的强度指标决定了巷道破坏范围,直接影响到巷道冒顶隐患级别,冒顶风险按照软-韧型、软-脆型、中硬-韧型、中等强度-中等刚度型、硬-韧型、硬-脆型岩层的次序降低;岩层刚度决定了顶板岩层的破坏形态,对冒顶隐患级别的影响权重小于岩石强度;浅部岩层为硬-韧、硬-脆型顶板采用单一的锚杆支护即可保证巷道不发生冒顶事故。     

软岩地层回采巷道合理支护技术探讨

为进一步发展软岩回采巷道合理支护技术,基于华润煤业五间房煤矿软岩地层地质特点和目前建设状况,通过对现场钻取或掏撬各煤层顶、底板岩层岩石试样物理力学参数测试、回采巷道围岩松动状态的地质雷达探测及分析、回采巷道断面形状与支护结构形式的选择,煤层7.0m厚以上条件下回采巷道支护参数设计,复合支护结构与参数设计的数值模拟优化分析,得出了回采巷道合理支护结构形式,对进一步研究内蒙古锡林浩特煤田软岩回采巷道合理支护技术具有一定的参考意义。     

三软煤层底板岩巷变形分析与加固技术

基于料石砌碹拱形支护的三软煤层底板岩巷易发生变形,为有效控制软岩巷道变形量,减少巷道维护次数,通过对米村煤矿-150 m水平水仓硐室围岩物理化学性质分析、地质构造和原支护形式及巷道破坏特征分析,分析了巷道失稳的主要原因,基于巷道围岩松动圈支护理论和软岩工程支护原则,提出了适合于软岩巷道的锚网索＋喷浆壁后注浆＋可缩性U型钢支架的联合加固技术,经连续3个月的巷道变形监测,巷道帮部最大水平位移37 mm,顶底板最大移近量52 mm,此联合加固技术能有效控制软岩巷道变形。     

深部矿井大硐室锚注联合加固技术

为解决巷道埋藏较深、受地压及强烈动压影响变形大、补强加固技术的难题,基于保安煤矿15号煤一采区变电所巷道硐室在距地表垂深650～820 m,以及在＋315 m轨道大巷等邻近巷道的采掘影响下,采用深埋矿压理论分析与现场实践的方法分析了其破坏特点、变形破坏机理及影响因素,提出了一种对大断面大埋深及动压巷道的新型加固方案。结果表明：一采区变电所在未采取措施4个月内严重变形,采取加固措施后半年内顶板下沉量35 mm,两帮移近量60 mm,底鼓量不到40 mm,控制了围岩变形,有效地改善了巷道周围围岩力学性质和力学状态。     

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。     

不连沟煤矿巨厚煤层综放开采覆岩运移规律研究

 为了研究在内蒙古地区比浅埋煤层埋藏更深煤层在开采过程中的覆岩运移特征,以内蒙古不连沟煤矿F6201综放面为工程背景,运用理论分析和现场观测相结合的手段,对其矿压显现与覆岩运移规律进行了研究。研究表明：F6201工作面亚关键层(基本顶)属台阶岩梁结构,呈现滑落失稳形式;主关键层垮落滞后于基本顶破断,同样以滑落失稳形式出现。由于主关键层与亚关键层破断的不同步性,导致工作面来压步距出现大小间隔现象。     

深部厚煤层巷道失稳破裂演化过程离散元模拟研究

为研究深部厚煤层巷道围岩失稳破裂演化过程,以某煤矿厚煤层巷道为工程背景,采用离散元中随机分布三角形单元块体集合模型研究巷道开挖失稳。对深部厚煤层巷道围岩失稳破裂过程中位移、应力演化规律分析发现:两帮围岩水平应力释放相对于顶底板剧烈,竖向应力反之;围岩竖向应力释放的主要部位是巷道中部。结果表明,深部厚煤层巷道失稳破裂演化的2个主要特征为:1)顶板出现"尖顶型"垮冒,巷中是围岩失稳的关键部位;2)顶底板离层破坏严重。并对其相应机制进行分析:顶底煤岩松散破碎,自稳能力差,顶底板径向应力释放相对剧烈,巷道矩形断面顶、底板受力能力差等因素,导致围岩顶底板离层变形。基于深部厚煤层巷道失稳破裂的演化规律,给出锚索悬吊组合支护方式,结果表明该支护方式可有效地控制厚煤层巷道变形。     

浅埋沿空留巷切缝顶板断裂条件及移动规律研究

根据浅埋煤层顶板断裂后岩块间水平挤压力较小难以形成砌体梁的特点,分析了切顶卸压沿空成巷下的巷道顶板断裂结构,建立了下位切缝上位弯曲裂缝的双边悬臂梁的断裂力学模型,推导了沿空巷道侧向基本顶沿切缝结构面裂缝扩展断裂时的切顶工作阻力;建立了侧向基本顶两种不同顶板断裂位态下围岩结构数值模型,得出了两种断裂位态下的结构移动变形规律。当切顶阻力Q?ql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,空区侧弧形三角板直接顶的倒台阶悬臂结构可向沿空巷道围岩传递较大破断动载和覆岩移动压力;而当切顶阻力Q≥ql并与切缝联合切顶同时作用时,则可使得垮落带内直接顶和低位基本顶沿切缝结构面断裂滑落失稳,实现顶板断裂位态主动控制,减小弧形三角板侧向悬臂传递覆岩荷载的结构长度,优化顶板承载结构和围岩应力,降低巷旁支护体承受的附加荷载。同时切落后碎胀的矸石及时充填空区将上覆岩触矸点前移,减缓了上覆岩下沉和旋转变形作用力。哈拉沟矿浅埋薄基岩大断面复合顶板切顶成巷试验结果表明:沿空巷道超前切缝可减小侧向顶板区域支架工作阻力和直接顶垮落步距,降低岩板破断引起的冲击动载,实际切顶阻力与理论计算分析结果较为吻合。