煤矿超千米深部全断面岩石巷道掘进机的提出及关键岩石力学问题

为解决超千米深井巷道建设面临的严峻挑战,通过对现有的巷道掘进、支护技术与全断面岩石隧道掘进机(TBM)技术对比分析,结果表明：全断面岩石隧道掘进机优势明显,且满足超千米深井巷道建设的需求,现代化大型矿井也具备引入全断面掘进机的条件,将TBM引入超千米深井巷道建设,在解决所涉及的关键岩石力学和机械制造问题后加以改进,称之为全断面岩石巷道掘进机（RBM--Full Face Roadway Boring Machine）。由于煤矿深部巷道的建设环境与隧洞建设环境存在显著差异,RBM施工将面临两大关键问题--卡盾和刀盘破岩问题。为了揭示RBM卡盾机理,指出了其关键岩石力学问题,包括超千米深井巷道RBM开挖卸荷路径下围岩挤压大变形机理,护盾周围围岩挤压变形分布规律,围岩-护盾-支护相互作用机理,卡盾判据,卡盾防治理论及方法。     

软岩巷道锚注联合支护的数值模拟研究

以葛泉矿-190南翼运输大巷为研究对象,采用UDEC数值模拟软件对该巷道在全断面锚喷支护和全断面注浆与锚喷联合支护两种条件下围岩应力分布、围岩塑性区范围、围岩位移和锚杆受力情况进行了分析。结果表明:注浆能够改善锚杆受力状况;全断面注浆与锚喷联合支护能够改善围岩应力分布状况,缩小围岩塑性区范围,在巷道周边形成圆形承载拱,从而保证围岩的长期稳定。工程应用表明,通过数值模拟确定的支护方案是合理的。     

刚性U型钢支架系统在破碎围岩体巷道的应用研究

以平煤6矿斜井穿越采空区为工程背景,通过U型钢支架变形破坏机理的分析,结合数值模拟,对不同支护方案下斜井围岩的稳定性进行了系统研究。结果表明,采用全断面U型钢支护破碎围岩巷道时,巷道的最大垂直应力得到较大改善,巷道顶板、底板处于低应力区域,破坏不严重,在控制底板围岩位移量方面,全断面U型钢支护的底板围岩位移量为锚杆支护的0.47倍。表明刚性U型钢支护技术能有效地控制破碎围岩巷道的围岩稳定性。     

千米深井岩巷中深孔爆破快速掘进技术应用

该文针对千米深井大断面岩石巷道掘进慢,为实现安全高效型矿井,通过对围岩性分析、合理确定支护参数、减少支护环节、确定爆破参数设计、劳动组织优化等手段最终实现千米深井大断面岩石巷道快速掘进。     

大断面煤巷围岩稳定支护方法探讨

为了寻求大断面巷道围岩稳定支护的有效方法,文章以潞安集团某矿8103运巷为例,探讨了该巷道体现的大断面巷道围岩破坏机理,并基于此提出了巷道围岩稳定支护控制,并制定了巷道围岩有效支护方案。文章研究成果,为大断面巷道围岩稳定性支护提供了参考方法。     

千米深井大断面软岩巷道锚喷—注浆加固技术

针对千米深井大断面软岩巷道围岩持续变形的控制难题,在总结附近区域巷道支护经验和分析软岩巷道持续变形失稳原因的基础上,提出采用多层次锚喷及注浆加固技术,即三层喷浆、两层锚杆和一次壁后注浆的综合治理方案.现场实践表明:该方案可有效增强支护结构的整体性和承载能力,解决高应力软岩巷道围岩控制难题.     

近断层大断面巷道变形分析与控制

为了解决近断层大断面巷道的支护难题,针对山西晋城赵庄矿近断层大断面巷道53121巷在掘进期间发生顶板剧烈下沉、两帮非对称变形和支护结构失效的现象,通过现场调研和数值模拟,分析近断层大断面巷道变形破坏的特征和原因。结果表明,断层面剪切滑移破坏、围岩松软破碎、支护结构针对性差是造成大断面巷道变形破坏的原因。利用非对称支护原理,提出该巷道围岩的控制技术,即顶板采用全锚索支护方式控制大断面巷道顶板下沉,两帮采用锚杆+锚索非对称支护技术控制大断面巷道两帮非对称变形,促使支护结构均匀承载,从而控制巷道围岩变形。工程实践表明,采用新支护方案后,围岩变形得到有效控制,巷道稳定性大幅提高。     

超千米深井高地应力软岩巷道底鼓机理及支护技术研究

针对磁西超千米深井高地应力软岩巷道底鼓量大、难支护的问题,采用理论分析、数值模拟以及现场观测的方法分析了巷道围岩力学特征及形成底鼓的主要影响原因,提出了巷道围岩全断面U型钢支护和底板深浅部围岩锚杆(索)联合支护技术。现场实施效果表明总回风巷整体断面顶底板移近平均值为144 mm,移近平均速度为3.5 mm/d,两帮的移近平均值为124 mm,移近平均速度为3.1 mm/d,高地应力软岩巷道底鼓得到了有效控制。     

深井复杂条件下回采巷道高强度锚杆支护技术

针对长广七矿埋深近千米、地质条件极其复杂的回采巷道支护问题，在数值模拟研究巷道围岩变形机理的基础上，设计了斜顶鼓梯形巷道断面，确定了高强度锚杆支护参数。现场观测表明，锚杆支护使巷道围岩得到有效控制，巷道表面变形下降。     

深部软岩巷道失稳原因与高强全锚注支护试验

针对平煤一矿三水平下延回风上山千米埋深软岩巷道变形量大、围岩整体收缩内敛、变形破坏持续性强的特点,采用理论分析、现场地应力实测等综合研究方法,对影响深井软岩巷道稳定的主控关键指标进行了总结分析,提出了千米深井巷道高强全锚注一体化控制理念。研究表明:三水平下延回风上山围岩变形破坏的主控因素包括:高水平应力、高主应力差、巷道埋深大、围岩松软破碎、巷道跨度效应及原支护方案未能与围岩完全耦合;通过采用高强中空注浆锚杆、高强中空注浆锚索及高强护表组件组合全锚注支护,进行全方位高强耦合控制,实现了锚杆/索锚注一体化、全长锚固及围岩品质增强,现场跟踪监测验证了高强全锚注支护体系适用于千米深井高应力软岩巷道围岩控制,具有较好的推广应用价值。     

深部大断面岩巷快速掘进技术研究

结合孙村煤矿深部大断面岩巷掘进,解决了液压钻车、侧卸式装岩机配套在岩巷掘进的关键技术问题,提出了适用于深部岩巷掘进全断面多重锚喷支护和中深孔爆破技术,实现了大断面岩巷全断面一次打眼、一次装药、一次起爆、一次支护的一次掘进技术,提高了深部岩巷工程质量,掘进速度提高30％以上。     

钢管混凝土支架在华丰煤矿深井支护中的应用

华丰煤矿的采深已接近1 km,随着开采深度不断加深,深井支护问题已成为困扰华丰煤矿生产的一大难题。钢管混凝土支架具有优良的承压与抗变形能力,其支护能力是相同单位重量U形钢支架的2倍以上。-1 km水平大巷经过多次复修均不能稳定,采用钢管混凝土支架后取得了良好的支护效果,巷道稳定,满足了生产需求。     

深部巷道等强支护控制理论

本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。     

济三煤矿岩巷快速掘进技术研究与应用

该文结合济三煤矿岩巷掘进,解决了岩巷掘进的关键技术问题,提出了多重锚喷支护和中深孔爆破技术,实现了大断面岩巷全断面一次成巷掘进技术,提高了深部岩巷工程质量,掘进速度提高40%以上。     

深部矿井压力显现规律与锚索网联合支护技术

通过对深部巷道矿压显现特点、巷道变形规律、巷道破坏机理及巷道支护原理进行分析,根据现场实际地质条件提出了深井巷道矿压的控制应该充分发挥以锚杆为主体,以锚索、铁网为辅的新型支护以及锚喷、锚索、锚网等联合支护形式;并根据实际情况确定具体支护参数。     

富水软岩大断面交岔点巷道失稳控制实践

为了实现富水软岩大断面交岔点巷道的稳定控制,分析了榆树井煤矿富水软岩大断面交岔点巷道掘进失稳的形成及原因,制定了更为经济有效的支护结构和合理的支护参数,采用了关键部位补强支护＋全断面锚注＋U29型钢支架拱部、肩部使用固棚锚索支护＋底板砌筑钢筋混凝土反底拱等复合型全封闭支护手段实现巷道稳定。实践结果表明：此类复合型支护手段可以有效控制富水软岩大断面交岔点巷道的稳定,通过观测,巷道在修复45 d以后已经呈现稳定趋势,巷道收敛变形速率为0.012 mm/d。     

深部高应力软岩巷道围岩控制技术研究

针对车集煤矿深部巷道特变形大、难维护等特点,采用理论分析、数值模拟和工业试验等综合手段,研究了深部高应力软岩巷道围岩控制技术,以原有巷道破坏现状为基础,分析了全断面分阶段支让协同控制技术体系,主要包括高应力大变形巷道初次强支让压技术、高应力巷道底板卸压技术、巷道二次强支强注稳定成巷技术,并进行了工业试验。研究得出,该技术具有明显的技术经济及社会效益,可进一步深化研究和推广应用。     

大断面巷道二次联合支护技术研究

随着煤矿深部开采逐渐发展,巷道断面不断扩大以满足煤矿运输及通风要求,成为当前煤炭生产的主要趋势,但巷道断面扩大也造成其支护难度逐渐增大,后期维护成本高等问题。本文以铜川矿区某矿530水平进风斜巷为研究背景,通过数值模拟方法监测巷道围岩应力及变形情况。当前支护措施巷道围岩破坏严重,提出利用U29型大刚度支架做二次补强支护,以控制巷道破坏。     

泥化软岩巷道全断面锚注加固技术研究

针对动压泥化软岩巷道围岩软弱破碎、巷道变形量大、难支护等问题,以贵州某矿水平车场为工程背景,分析了动压作用下泥化软岩巷道变形破坏特征及影响因素,提出了全断面锚注加固支护技术。通过FLAC^3D进行了数值模拟,对比分析了支护效果。在车场巷道进行了工程实践,现场试验表明:实行全断面锚注加固支护技术,有效降低了巷道两帮收缩量、顶底板移近量,避免了巷道的失稳破坏,减小巷道返修工作量。     

金川矿区深部巷道支护方式优化数值模拟研究

根据金川实际情况分析深部巷道变形破坏原因,分析认为金川深部巷道中应该采用锚索支护,并且必须重视对底板的控制。结合金川二矿区深部巷道1 178分段的具体情况,根据金川以往的支护经验提出几种支护方案,运用三维有限元软件对每种支护方案进行数值模拟,对每种支护方案对比分析,结果认为采用喷锚网＋锚索＋底部锚杆后巷道基本能维持稳定,巷道的实际稳定状况还有待于实际实施监测。