深井煤柱区下位采动高应力软岩巷道匹配支护研究

以深井煤柱区下位采动高应力大变形软岩巷道为研究对象,通过现场勘察总结出高应力软岩巷道的变形破坏特征和基本规律,分析了深井煤柱区高应力巷道和受下位采动影响的巷道围岩变形力学机制,根据高应力软岩巷道的支护特点,提出了科学合理的匹配支护对策.     

深井煤柱区下位采动高应力软岩巷道匹配支护研究

以深井煤柱区下位采动高应力大变形软岩巷道为研究对象，通过现场勘察总结出高应力软岩巷道的变形破坏特征和基本规律，分析了深井煤柱区高应力巷道和受下位采动影响的巷道围岩变形力学机制，根据高应力软岩巷道的支护特点，提出了科学合理的匹配支护对策。     

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究,基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律,分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明,巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大;根据侧压力系数的大小及主应力方向,圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状,选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态,降低围岩变形量,减少围岩塑性区损伤破坏范围,有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。     

深部巷道非对称变形与围岩强度及空间结构关系

为了探究深部巷道非对称变形产生的机制及发生条件,理论分析了深部巷道长期大变形机理,研究了高应力作用下不同强度围岩变形破坏特征的差异;同时利用数值模拟分析了围岩岩层产状、围岩层状空间结构对非对称变形的影响。研究得出:在倾斜、层状和非均质的岩层空间结构中,巷道断面内不同强度等级的围岩在高应力作用下的变形差异,是造成深部巷道产生非对称变形的根本原因;巷道断面内围岩结构与强度的不对称性导致了巷道变形的不对称性。     

软岩巷道耦合增强技术研究

研究了巷道不良部位的变形机制、确定方法和控制原则,实践中通过全断面应力监测,分析了巷道断面应力分布规律和不良部位的分布特征,采用新的方法对不良部位进行二次补强后,控制了围岩的强烈变形,保证了巷道的稳定,具有一定的推广应用价值。     

高帮大断面半煤岩巷道控制技术研究

针对新元煤矿高帮大断面半煤岩巷道的支护难题,通过对现场类似巷道调研分析变形破坏规律,同时进行现场地质力学参数实测,结合数值模拟分析高帮大断面半煤岩巷道一次掘进成巷与分次掘进成巷及工作面回采期间围岩应力分布特征,在此基础上提出了巷道分次掘进施工,并采用强力锚杆及锚索协同支护技术,通过现场试验,表明该支护方式可以有效控制巷道变形。     

深部高应力半煤岩巷变形机理及跨界高强支护技术

针对深部高应力半煤岩巷围岩变形持续时间长、变形量大及支护构件损伤破断等围岩控制难题,以渝阳矿N3702运输巷为工程背景,综合采用现场测试、理论分析、数值模拟和工程试验的方法,对半煤岩巷围岩变形机理和控制对策展开研究。通过巷道矿压监测与松动破坏范围测试,量化了半煤岩巷的矿压显现特征,揭示了半煤岩巷顶板泥页岩抗变形能力弱、锚索锚入坚硬硅质灰岩的深度较浅甚至未锚入、巷道所处高应力环境且其轴向近乎垂直于最大水平主应力是造成矿压显现剧烈的根源;基于自然垮落拱理论的成拱形态、锚杆组合梁和悬吊理论的组合压缩作用与悬吊作用,阐明了矩形断面巷道锚杆锚索支护时顶板低位“显形压缩梁”结构和高位“隐形压缩拱”结构的形成机制;在分析锚索锚固段所处位置岩性、自由段长度及锚尾施加预紧力大小对“梁-拱”锚固结构承载能力影响规律的基础上,提出了矩形断面半煤岩巷以锚杆配合锚索为主体支护构件的跨界高强支护技术方案,并开展了现场应用。实践结果表明：该技术有效地控制了深部高应力半煤岩巷持续变形,保证了围岩与支护构件的稳定与安全。     

软岩巷道大变形机理及支护研究

为解决柳海矿第三系软岩巷道大变形、底鼓严重和难支护等难题,综合运用现场工程地质调查、物化分析、理论分析、数值模拟和工程经验分析等方法,对巷道的变形破坏机理和支护对策进行了深入研究。研究结果表明,该区域第三系复合型软岩的变形力学机制为分子吸水、裂隙膨胀型+构造应力、重力、工程偏应力扩容型+随机节理型,即:ⅠACⅡABDⅢE型。针对该类型的复合型变形力学机制,提出采用"锚网索+底脚锚杆+柔层桁架"支护措施,将其复合型变形力学机制转化为单一型变形力学机制,并采用数值模拟方法探究了该方案的原理与可行性;工程应用表明,上述支护措施解决了柳海矿软岩巷道大变形工程难题,对类似地质条件的工程具有借鉴意义和推广价值。     

大断面软岩巷道稳定性研究与控制

针对阳煤五矿五采区南回风巷围岩强度较低、巷道稳定性较差等问题,通过FLAC~(3D)数值模拟,分析不同岩性巷道开挖后的应力规律与塑性区分布,研究大断面软岩巷道的变形机理,并对巷道原有支护方案进行优化。由试验巷道现场监测结果可知,优化方案可有效控制试验巷道变形,巷道的整体稳定得到有效保障。     

冲击地压矿井深部软岩破碎巷道注浆加固技术研究

为解决冲击地压矿井深部破碎软岩巷道大变形问题,针对义马矿区常村煤矿西翼辅助运料斜巷复杂工程环境,分析了巷道破坏特征,揭示了巷道变形破坏机制,指出高原岩应力、多次采动、围岩承载力差、频繁微震事件、围岩锚固性能差综合因素作用下造成巷道破坏失稳。提出该类巷道控制对策,采用全断面注浆及强力注浆锚索加固系统,确定注浆加固方案、参数和工艺,利用矿压观测和全景窥视围岩内部状况检验加固效果。工业性试验结果表明方案能够有效控制围岩变形,巷道断面收缩率降低70%,维护成本降低35%。     

含软弱夹层巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为解决滇西某铅锌矿在转向深部开采过程中面临的巷道变形失稳加剧与支护结构破坏严重等问题,通过岩石矿物成分分析、地应力测试和松动圈测试分析围岩失稳机理,建立数值模型分析开挖后和现有支护下围岩变形情况。发现研究段属于高应力作用下的急倾斜薄层状破碎岩体,巷道薄弱部位为软弱夹层区域,根据围岩松动圈理论,提出了锚喷+薄弱部位补强+全断面钢拱架主被动联合支护的优化方案,有效控制了围岩变形破坏。研究结果为类似大埋深、高应力、含软弱夹层巷道围岩的稳定性控制提供了借鉴。     

深部高应力回采巷道变形破坏机理与控制技术

针对深部高应力回采巷道变形破坏严重与难控制的问题,以任家庄煤矿210504工作面回风巷为工程背景,研究了其变形机理和稳定性控制技术。对该工作面运输巷的变形破坏代表性地段进行了现场调查,发现该巷为典型的深部高应力回采巷道,变形破坏特征为强烈底鼓、两帮严重内挤、顶板整体下沉;采用数值模拟的方法研究了巷道围岩的变形破坏机理,认为该巷的变形破坏是由低预紧力锚杆支护体系不能控制深部高应力巷道围岩所导致;对210504工作面回风巷提出了“锚杆+锚索+W钢带+锚网”的综合支护方式。工程实践表明,巷道底鼓量为220 mm左右,两帮移近量262 mm左右,分别比原支护方案降低59.1%和40.2%左右,巷道围岩保持稳定。该研究成果可为该矿或同类矿井的稳定性控制提供借鉴。     

深部层状岩体巷道承载特性的物理模拟试验研究

为研究深部高应力条件下层状岩体巷道的承载特性及失稳机理,采用物理相似模拟试验方法,并借助高速摄像机、静态电阻应变仪、位移计等手段,研究了不同支护方式(无支护、锚杆支护、锚杆索支护)层状岩体巷道的变形破坏特征和应力演化规律;同时,从压力拱的角度分析了层状岩体巷道的成拱特性。研究结果表明:无支护条件下,巷道围岩变形破坏严重,顶板大面积垮落,呈现倒V型破坏区,无法形成有效的压力拱结构;采取锚杆支护和锚杆索支护后,巷道围岩应力状态得到改善,能够形成有效的压力拱,围岩变形量减小。研究成果为类似地质条件巷道支护设计提供了依据。     

8603工作面回采巷道支护方案优化及数值模拟

针对深部软岩巷道围岩变形量大,传统支护结构失效的问题,以煤峪口矿回采巷道为研究背景,综合应用数值模拟和工程实践对原支护方案下巷道破坏特征进行分析,提出采用中空注浆锚索进行补强支护,并采用FLAC3D分析了两种支护方案下巷道围岩的收敛量以及应力分布情况,得出了优化支护方案能够有效控制巷道围岩破碎程度,并通过工程实践得到验...     

深部巷道围岩破坏特征的数值模拟分析

针对深部巷道围岩失稳变形严重、围岩变形量大、应力集中程度高的支护特点,以淮南矿区丁集矿1422(3)工作面的巷道围岩为研究背景,运用理论分析和数值模拟的综合研究方法对深部巷道围岩的失稳变形机理及岩体破坏特征进行深入研究。相应探讨了围岩应力场的时空演化规律,揭示了围岩分区破裂的力学本质,为深部巷道的围岩治理及支护设计提供重要的理论参考。     

顶煤破坏区采动影响下巷道变形机理与控制技术

为解决顶煤破坏区下破碎围岩巷道变形大、破坏严重的难题，以韩咀矿32103工作面辅运巷为研究对象，采用现场实测及理论分析相结合的方法对巷道围岩应力分布及变形机理进行研究。结果表明：32103辅运巷道顶板存在的顶煤破坏区呈非连续分布，32103辅运巷道围岩应力环境调整及顶煤遗留煤柱与区段煤柱有效承载宽度减小是导致巷道矿压显现明显的主要原因。基于上述探测及理论分析结果，提出以“深浅孔注浆+锚网索”联合支护为主的巷道围岩控制技术及以“架棚+底板卸压”为主的加固技术。现场应用结果表明：采用新支护方案后，32103辅运巷道围岩最大顶底板移近量为70mm，最大两帮收敛量为48mm，支护锚杆未出现破断现象，且锚杆受力与围岩变形均在合理区间，巷道支护效果良好。     

保安煤矿采区变电所硐室变形破坏分析及二次注浆加固技术

以保安煤矿采区变电所硐室为研究对象,通过地应力观测、类比分析研究了变电所变形破坏原因,并针对性地提出了变电所的二次加固方案。通过研究发现:大埋深和接近垂直巷道走向的地应力是变电所变形破坏的主要原因,而不同的顶底板围岩性质是导致不同位置变形破坏程度不同和变形破坏加剧的直接原因,小煤岩柱是导致巷道围岩变形的重要因素;通过理论研究和类比分析,提出了锚注反底拱结合煤岩柱对穿锚索的二次加固方案;通过现场实践,实现了巷道的加固,控制了变电所巷道的变形,保证了变电所的使用。     

白音呼布矿区三维地应力测量及巷道布置优化研究

白音呼布矿区进入深部开采后,巷道岩爆、变形等地压灾害变得愈发严重。为保障生产安全,现场采用空心包体应力解除法测量了对矿区7个测点三维地应力,基于测量结果及地应力场构建对矿区深部巷道布置优化进行了研究。首先根据等应力轴比理论优化了巷道布置方向,给出了100m中段巷道轴向与最大水平主应力方向最优夹角为26°;然后采用数值模拟方法研究不同夹角时巷道围岩的应力、位移变化特征,并指导了新中段的巷道布置。结果表明:实测最大水平主应力是自重应力的1.57～1.89倍,矿区深部以水平构造应力为主导;夹角为26°时,巷道围岩变形最小,数值模拟与理论计算结果相符;新中段巷道优化布置后,围岩变形、位移明显变小,地压灾害得到有效控制。     

高强度采动下巷道围岩与支护构件破坏机理研究

针对高强度采动下巷道围岩与支护构件破坏问题,现场调查了高强度采动下巷道围岩与支护构件的破坏特征,采用理论与数值模拟方法计算了高强度采动下巷道围岩塑性区与位移,并依此分析了巷道围岩与支护构件的破坏机理。研究表明:高强度采动可以多次改变巷道围岩应力场方向与大小,巷道围岩塑性区形态亦相应不断转动近似等同的角度,进而引起巷道围岩呈现出特有的变形特性。这种围岩变形具有非线曲折性、局部强变形性、不对称性、大范围性。围岩变形的非线曲折性分高集度与低集度两种,低集度下锚杆杆体呈现分段弯曲、扭转等破坏特征,高集度下锚（杆）索破断剖面呈现为“Δ”、“Ⅰ”形态。围岩变形的局部强变形性与不对称性可导致型钢支架局部受力不均,使型钢支架呈现破裂、不对称弯曲等破坏现象。     

三山岛金矿新立矿区西南翼破碎岩体稳定性控制数值模拟研究

三山岛金矿新立矿区属破碎带蚀变岩型特大型金矿床,区内构造主要为断裂构造。通过现场工程地质调查发现,现有支护条件下,巷道围岩会产生楔形体冒落、层状节理复合破坏和沿软弱夹层(断裂带)塌落破坏三种破坏模式;确定巷道变形破坏的主要影响因素为围岩成分及其结构构造、地下水、地压显现类型和巷道周边采掘震动。基于上述研究结果确定采用锚网喷支护方法对研究区域岩体进行支护,并给出支护方案A和B;选取-240m一中段进行建模,应用FLAC~(3D)数值模拟软件分析无支护、支护方案A和支护方案B三种条件下围岩应力、位移和塑性区分布特征,发现支护方案A和B均能够有效控制围岩变形破坏,但方案A较方案B成本低,即方案A为合理支护方案,可用于现场工程实践。