层状顶板破断机理数值研究

通过对国内一些煤矿的顶板事故原因调查分析,总结造成顶板事故原因,抽象出各种顶板事故岩层组合模型.应用大连力软公司的岩石破裂过程分析系统(RFPA2D),对不同组合的层状顶板的破断过程进行数值模拟研究.通过分析可知:导致顶板岩层破坏原因是拉、剪共同作用的结果.在剪应力的作用下,层状顶板整体跨落;在拉应力作用下,顶板岩层弯曲破坏;剪切力和拉应力共同作用下,层状顶板破坏为冒落拱形;层状顶板的冒落形态还与顶板软弱岩层厚度、软弱顶板中是否含有坚硬夹层、坚硬层状顶板中含有软弱夹层以及巷道的高跨比等情况有关.     

含软弱夹层顶板采动巷道冒顶机理与控制方法

为揭示采动巷道顶板软弱夹层位态与冒顶的内在关联,以南山矿回采巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场探测等综合研究方法,研究了含软弱夹层顶板采动巷道围岩破裂形态及冒顶机理.结果表明:巷道顶板整体的破裂形态主要取决于软弱夹层厚度、破坏状态及其下位坚硬岩层物理力学性质.采动影响作用下,巷道顶板软弱夹层极易出现破坏,并伴有强烈的膨胀变形压力,有可能致使顶板整体破裂,南山矿回采巷道顶板软弱夹层下位坚硬岩层不足1.0 m时,则出现冒顶隐患.据此,提出了含软弱夹层顶板采动巷道冒顶控制应以抑制软弱夹层破裂区扩展为主,并对南山矿回风顺槽进行了支护设计优化,监测结果表明该支护对策效果良好.     

深井煤巷厚层复合顶板整体变形机制及控制

为解决深井煤巷厚层复合顶板的整体下沉问题,分析了巷道围岩力学机理并提出了控制技术.采用现场调查和理论分析方法研究了深井煤巷厚层复合顶板岩层的结构特点和力学性质,以及整体下沉的主要原因,认为该类型顶板具有厚度大、力学强度低、软弱分层多等特点,而锚索的整个有效锚固长度并没有深入到承载强度较高的岩层中,出现了垮落层带、离层裂隙层带和弯曲层带的"小三带"变形分布区域,形成了"顶板-两帮"和"顶板-小煤柱"的不稳定循环系统,由此,提出了以"预应力大刚度桁架锚索梁"为核心的综合控制技术.现场试验表明:进行以"预应力大刚度桁架锚索梁"为核心技术支护后的煤巷明显好于原支护煤巷(为锚杆和锚索联合支护),较原支护煤巷的顶底板总移近量少了541mm.     

顶板软弱夹层渗水泥化对巷道稳定性的影响

在现场原位探测与实验室组分实验基础上,分析测试了典型巷道顶板软弱夹层的赋存特征和岩性组成,得到了软弱夹层岩体黏土成分遇水泥化特性和不同支护方式下注浆固结体内聚力C与内摩擦角ψ的演化规律.结合数值计算与相似材料模拟等手段研究了软弱夹层不同层位、泥化特性和动压影响导致软弱夹层顶板巷道失稳垮冒的规律.结果表明:软弱夹层位于锚杆锚固区边缘时顶板安全状况最差,渗水泥化后围岩结构承载力学性能急剧降低,动压作用后软弱夹层岩体发生剪切破坏使得顶板失稳垮冒.提出了针对软弱夹层渗水泥化巷道的安全控制对策,并成功应用于现场工业性实践.     

厚层松软复合顶板煤巷梯次支护力学原理及应用

井厚层软弱复合顶板巷道围岩,单一长度的锚索加强支护,形不成稳固的承载结构,导致下位岩层离层,巷道围岩继续变形和破坏.提出了梯次支护原理,首先采用锚杆支护在巷道顶板浅部围岩造壳(一阶支护),再采用短锚索支护控制顶板中下部软弱煤岩形成二次强化锚固承载结构(二阶支护),再应用长锚索对已形成的二阶锚固承载体向顶板上部深层煤岩体实施整体组合锚固(三阶支护),在顶板岩层中形成一定厚度和承载强度的具有组合锚固效应的阶梯式立体支护结构,并对其支护力学原理进行了理论分析.该支护技术成功应用于淮南顾桥煤矿11151轨道顺槽,其巷道顶板浅部围岩离层分别为10和14 mm左右,深部围岩离层最大值为23 mm.     

煤巷顶板锚固孔钻进岩层界面能量响应特性研究

煤巷顶板锚固孔钻进是实现其锚固的关键环节,顶板岩层交界面及软弱夹层赋存特征对锚固质量影响较大.从能量守恒原理出发,对锚固孔钻进过程中的能量进行分析,通过传感器可监测锚杆机动力装置能量指标,实现煤巷顶板岩层结构实时动态探测.研究结果表明:在一定动力条件下,钻头穿过岩层交界面和软弱夹层时,能量曲线变化较为明显,响应性强.从钻头钻速和转速的角度分析轴向推力做功与旋转扭矩做功,发现钻速、转速与钻头破岩做功之间存在较好地响应关系.钻头破碎岩石95%以上的能量来自于旋转扭矩做功,而轴向推力做功相对较小,不到钻具系统输出总能量的5%,总能量的变化曲线与扭矩做功的变化曲线基本一致.     

煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用

结合锚杆使用中存在的问题，提出了煤巷高强预应力锚杆支护技术，分析了高强预应力支护控制顶板离层的机理，提出了包括高性能预拉力锚杆、钢绞线预拉力桁架和M型钢带等几种新型实用的预应力控制手段，介绍了谢桥矿复合顶板沿空掘巷采用预应力支护技术的实用效果．     

孤岛工作面围岩支承压力分析与沿空掘巷支护参数优化

为研究孤岛工作面围岩支承压力特征与沿空掘巷支护参数优化,建立了三维数值模型,制定了相应的试验方案,研究了孤岛工作面沿空掘巷支护参数变化和围岩控制效果之间的相互关系,支护系统整体的协调性,并确定了最优支护方案.研究结果显示:随着锚杆长度增加,形成的组合梁厚度加大,孤岛工作面沿空掘巷的顶板岩层内的压应力增加,拉应力降低,减小锚杆的间排对于巷道有明显的支护效果,但锚杆长度和间排距均存在最优值;锚索长度对孤岛工作面沿空掘巷顶板内的压应力没有作用,而巷道两帮围岩水平方向的拉应力升高;支护系统最大应力随着锚索间排距的增加,而支护系统的单根锚索应力降低.现场实测验证了围岩控制效果.     

煤巷锚杆支护在水采矿井中的应用

煤巷锚杆支护是回采巷道支护改革的一个重要发展方向,尤其对水采矿井来说,在煤巷内实行锚杆支护,不仅能改善巷道的维护状况,降低成本,而且能有效控制顶板的垮落方式,提高回采率．在开滦吕家坨矿煤巷锚杆支护试验的基础上,进行了必要的理论分析,认为在水采矿井推广煤巷锚杆支护有历于提高水采矿井的经济效益．     

基于连续梁的薄层复合顶板锚杆受力分析

为研究煤矿薄层复合顶板锚网支护条件下锚杆受力问题,采用理论分析、数值模拟和现场观测方法,利用巷道顶板锚固岩层的三铰拱结构和锚杆连续梁力学分析模型,对锚杆受力和托顶煤回采巷道稳定性进行研究。结果表明：锚杆内的拉应力、剪应力和挠度均发生在顶板最下部的软岩段,深部挠度较小;弯曲变形引起的应力大于轴向直接拉伸引起的应力,弯曲变形量大于轴向拉伸变形量;除整体下沉外,巷道顶板锚固体内部不均匀断裂变形会给锚杆施加较大的弯曲载荷;选取刚度较大锚杆、强力护表构件和强力锚索,能够减小三铰拱结构的断裂角和下沉量。针对鹤煤公司九矿3204孤岛工作面托顶煤回采巷道,采用高强锚杆、加密锚索主动耦合支护,配合双层塑编网护表防漏冒,局部地段采用单体液压支柱加强支护方法,有效控制薄层复合锚固顶板的下沉,减轻锚杆（索）的弯曲变形和破断,围岩得到了有效控制。