基于剪应变损伤过程的综放窄煤柱煤巷非对称支护研究

针对王家岭煤矿窄煤柱煤巷顶板非对称大变形异常矿压显现,综合现场调研、理论分析、数值模拟、井下试验及现场实测,分析了顶板非对称变形破坏特征,提出槽钢简式桁架锚索与单体锚索大偏移量非对称支护技术。研究得出:1)窄煤柱煤巷顶板非对称变形破坏特征:煤柱侧顶板煤体变形破坏敏感系数大且可持续性强;2)窄煤柱煤巷巷道中心轴两侧顶板煤体剪应变损伤形式和联结速度具有明显的不对称性;3)顶板控制机理:刚柔并济、重点偏移、点线结合、均衡承载。桁架锚索与单体锚索500 mm偏移布置围岩控制效果良好,顶板变形破坏协调一致。     

基于煤体微裂隙演化进程的综放窄煤柱煤巷非对称支护研究

针对窄煤柱煤巷掘进完成初期出现的大变形控制难题,结合窄煤柱煤巷动静支承压力基本认识,运用CT扫描技术系统研究了窄煤柱煤巷巷道中心轴两侧煤体微裂隙的演化进程,提出双锚索桁架与单体锚索平行布置非对称支护技术,并对其组成结构、控制机理、应力场分布规律进行了系统研究。结果表明:1)窄煤柱煤巷巷道中心轴两侧煤体微裂隙数量、发育速度和贯通速度具有明显的不对称性;2)顶板和煤柱帮桁架锚索应力场沿垂直方向呈"蝙蝠形"向岩体深部扩展,应力叠加区更大范围锚固体处于受压应力状态。双锚索桁架平行布置非对称支护技术在120210窄煤柱煤巷试验成功,巷道围岩在静态支承压力和动态支承压力作用期间变形协调一致,控制效果良好,研究成果对类似工程条件的支护设计具有一定的理论意义和实用价值。     

锚索吊钢梁联合支护在综放切眼顶板支护中的应用

双鸭山矿业集团东荣三矿综放工作面厚煤层底板施工切眼时,采用综掘机施工,锚索吊钢梁支护顶板取得成功。     

大断面煤巷锚杆桁架联合支护技术

选取薛村煤矿厚煤层大断面1927运输巷为研究对象,采用FLAC^3D模拟研究了巷宽对围岩的影响,结果表明:顶、底、两帮塑性区呈“半椭圆”状分布,随巷宽增加,顶板的塑性区破坏范围增加速率最大,两帮次之、底板最小;巷道围岩变形破坏向深入逐渐降低,深部破坏变形曲线呈“负指数”形式;巷道顶板表面变形量及变形增加量最大,两帮次之、底板最小;帮支承压力呈浅部升高深部降低的趋势,支承压力峰值随巷宽增加向深部转移。从而得出:桁架锚索可锚固在肩角稳定区,封闭结构可兜护顶板;桁架锚索、锚固空间附加应力网,可有效加提高围岩共同承载能力,共同抵抗变形。基于此提出高强高预紧力锚杆与桁架锚索联合支护技术。工程实践结果显示,两帮移近量98 mm,顶底板移近量128 mm,顶板离层量3 mm。     

厚层泥岩顶板煤巷桁架锚索支护技术的应用

针对厚层泥岩顶板煤巷掘进过程中的支护难题,研究了桁架锚索支护技术原理,制订了针对性支护方案,并提出了施工过程中关键问题的解决办法。现场应用表明,桁架锚索支护技术较好解决了该条件下的支护问题,且创造了良好的效益。     

沿空煤巷护巷煤柱宽度与非对称支护技术

以昌恒煤矿9102工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,综合窄煤柱稳定性尖点突变理论计算结果、数值模拟结果和煤柱支承压力现场实测结果,综合确定9102窄煤柱合理宽度为9 m,得出锚索桁架非对称控制技术能够有效控制沿空掘巷顶板非对称变形破坏。现场宏观矿压观测结果表明,顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间变形量较小,巷道控制效果良好,回采安全得到有效保障。     

厚煤层综放巷道锚索支护模拟试验研究与应用

针对软弱厚煤层综放工作面回采巷道锚杆支护困难的问题,采用散体介质进行了锚杆（索）支护的模型试验,研究了基于锚拉支架的锚杆、锚索内力变化、荷载与围岩变形的试验关系。给出了锚杆（索）支护软厚煤顶板的优化支护参数,工程应用证实了其有效性。     

大断面沿空煤巷锚索桁架非对称支护技术研究

兴峪煤矿15502回风顺槽窄煤柱沿空掘巷期间变形较为严重,综合运用矿压监测、数值模拟等方法进行锚索桁架非对称支护技术的优化设计。研究表明：锚索最佳长度8.0 m,桁架最佳跨度1.6 m、偏心距400mm。应用后巷道表面收敛变形微小,锚杆、锚索载荷稳定,工作性能较好,采用锚索桁架配合锚网索联合非对称支护方案可有效控制巷道失稳。     

非对称锚网支护技术在窄煤柱沿空掘巷中的应用

三软煤层窄煤柱沿空掘巷一直以对称支护为主,而此类巷道的破坏往往呈现非对称变形特征,其破坏规律极其复杂,导致窄煤柱沿空巷道的支护问题成为亟待解决的采矿技术难题;以米村煤矿210101上付巷为工程背景,总结分析了窄煤柱沿空巷道围岩非对称变形特征,研究制定了210101上付巷窄煤柱沿空掘巷锚网支护方案。试验结果表明:巷道稳定后顶底板移近量在0.32~0.37 m之间,两帮移近量在0.21~0.28 m之间,顶板离层量在0~50 mm之间,巷道围岩变形得到有效控制。     

大断面煤巷桁架锚索支护预应力场研究与实践

针对大断面煤巷围岩控制难题,分析了高预应力桁架锚索支护技术的优越性。采用FLAC3D模拟分析了大断面煤巷条件下,桁架锚索长度、布置角度、孔口帮距和预紧力对支护预应力场的影响:锚索深入顶板长度以6~8 m为宜,布置角度以15°~20°为合理,孔口帮距为1.4~1.6 m最佳,增大锚索预紧力能大幅减弱岩层的受拉破坏情况,减少顶板岩层下沉。基于此提出了高预应力桁架锚索和常规锚杆索联合控制技术,结果表明:大断面煤巷支护完成15 d后实现自稳,巷道顶板下沉量小于95 mm,两帮移近量小于80 mm,顶板离层量小于5 mm。     

综放沿空巷道不对称破坏特征及其原因分析

随着我国综放条带式开采的推广,留煤柱护巷的沿空留巷技术成为主要布置方式之一,但是也出现了矿压的不对称显现等新的围岩控制问题。在深入调研统计的基础上,详细阐述了宽煤柱护巷和窄煤柱护巷条件下,综放沿空留巷的变形破坏时间和特征,并进一步分析两种情况下的变形破坏原因。宽煤柱护巷不对称变形破坏原因为煤柱宽度留设不足和垂直应力的非对称分布,窄煤柱护巷不对称变形破坏的原因为采动影响形成的水平应力和侧向支承压力的分布不均。     

综放沿空掘巷护巷窄煤柱留设宽度优化设计研究

护巷窄煤柱的合理留设是综放沿空掘巷技术成功实施的关键问题。基于采空侧煤体倾向支承压力分布特征以及护巷煤柱体的极限平衡理论,确定了护巷窄煤柱合理留设宽度的上、下限值解析表达式,结合山东某矿3309综放工作面的采矿地质条件,认为护巷窄煤柱合理留设宽度范围为4.1~7.2 m。为了进一步优化设计护巷窄煤柱的留设宽度,采用数值模拟方法对合理取值范围内的护巷窄煤柱留设宽度进行对比分析,认为3309综放工作面护巷窄煤柱的最优留设宽度为5m。将上述研究成果成功运用于工程实践,现场实测数据表明,结合理论分析和数值计算综合确定的护巷窄煤柱最优留设宽度可以有效控制沿空巷道围岩变形量,有利于维护综放沿空巷道的整体稳定性。     

窄煤柱巷道非均匀变形机理及支护技术

为了解决窄煤柱巷道非均匀大变形控制难题,以丰汇煤矿窄煤柱巷道为工程背景,综合采用现场调研、室内实验、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同煤柱尺寸影响下,采动巷道围岩应力与塑性区分布特征;分析了窄煤柱巷道变形破坏规律与采场覆岩结构运动特征,揭示了窄煤柱巷道非均匀变形机理,指出采动应力场叠加,支承压力大;覆岩结构非对称,偏载作用显著;煤柱尺寸小、强度低,难以为顶板提供有效支撑;支护方案对称布置,针对性差,是窄煤柱巷道产生非均匀变形的主要原因。基于窄煤柱巷道围岩控制难点,提出以"改变巷道区域支护方式、增加支护密度、破碎围岩注浆改性"为核心的差异化支护技术,加强对围岩局部大变形的控制,充分发挥围岩的自身承载能力;现场监测表明,窄煤柱巷道在服务期间围岩非均匀大变形得到有效控制,稳定性好;可为同类型巷道围岩的控制提供参考。     

刀柱遗煤下综放开采数值模拟分析

以白家庄矿9#煤层39713工作面开采技术条件为基础,运用数值模拟软件FLAC3D建立数值模型,对刀柱遗煤下的开采工作面和巷道围岩宏观力学场进行系统分析和研究,获得了包括工作面煤层及周围岩体在内的三维力学场分布、破坏场特征和位移变化规律,揭示了刀柱遗煤下综放工作面的力学场分布规律及变化特征。     

综放沿空掘巷合理位置及控制技术

采用理论分析方法,建立了沿空掘巷的结构力学模型,推导出“内应力场”宽度表达式,确定了合理的沿空掘巷位置,预计了沿空巷道围岩变形量,进而确定巷道断面参数。提出顶板高强度高预应力锚杆支护和高强度锚索加强支护、减小窄煤柱帮锚杆间距和实体煤帮二次支护的非对称综放沿空掘巷围岩控制技术,采用系统信息设计方法确定了锚杆支护参数,成功地应用于工程实践。     

综放工作面动压巷道小煤柱支护技术研究

面对采空侧动压巷道支护困难的难题,提出了留设窄煤柱、高强度锚索支护的设计方案,通过施工论证和矿压监测分析,证明优化后的支护技术满足了巷道支护强度的要求,适合推广使用。     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。