深部高应力穿层巷道变形机制及支护技术研究

针对深部高应力穿层巷道围岩变形控制难题,采用理论分析和数值计算等方法,研究穿层巷道围岩变形破坏机制及支护技术。研究结果表明:1)穿层巷道变形破坏具有不均匀性、非对称性和支护体与围岩的不耦合性,巷道以剪切变形破坏为主,拉伸破坏较少,且拉伸破坏主要集中在巷道浅部围岩。2)穿层巷道处于单一软岩时,巷道变形破坏严重,稳定性差,穿层巷道塑性破坏区主要分布在软岩中,塑性破坏区域沿着交界面增加。3)建立穿层巷道稳定性分析模型,确定不同工况下穿层巷道稳定性等级,提出穿层巷道分区联合支护方案,有效控制巷道变形破坏,提高了穿层巷道的整体稳定性。     

深井倾斜煤层穿层巷道应力分布及非对称变形规律

随着开采深度增加,受高地应力影响,倾斜煤层穿层巷道非对称变形问题更加显著。为解决非对称变形巷道的支护难题,针对典型巷道,采用理论计算、现场观测和数值模拟等方法对该类巷道的应力分布和非对称变形规律进行研究,得出以下结论:倾斜煤层穿层巷道应力集中具有沿层分布的特点;非对称变形规律受煤层倾角的全局影响作用和围岩岩性差异的局部影响作用;巷道支护应该以"4个关键"为基础,采用非等强支护方案。通过现场实践过程中巷道围岩位移量的观测,证明了理论的适用性,为相似巷道支护提供依据。     

深部穿层巷道非对称变形机理及控制对策研究

针对深部穿层巷道围岩非对称变形破坏特征,对其破坏机理及控制对策进行了数值分析和工程试验研究。结果表明,受埋深大、高地应力,特别是水平构造应力的影响,原支护下巷道围岩出现了非对称大变形破坏,穿层巷道断面与岩层倾向成钝角部位表现出最先破坏的关键部位特点;非对称破坏主要表现为围岩结构的非对称性影响下产生的不同岩层间的剪切滑移变形及高应力作用下的软弱岩层挤出变形等错位变形。结合现场工程地质条件,提出了锚网索+底角锚杆的非对称耦合支护对策,对关键部位进行了加强支护,有效地遏制了围岩的非对称变形,消除了巷道围岩的错位变形,提高了巷道围岩整体稳定性,现场应用效果良好。     

深部穿层巷道合理支护方式

通过对穿层巷道各种支护方式的比较得出了穿层巷道在掘进、支护过程中,必须给予一定的压力释放时间,一次性强制支护的方法不能解决该类巷道永久支护的问题,确定了采用树脂螺纹钢锚杆、挂金属网、喷浆、压力释放,再喷浆至设计厚度的支护方式。采用此种支护方式,支护效果良好,是解决深部穿层巷道支护问题的最合理、最有效的支护方式之一     

复合顶板动压巷道围岩应力演化和支护技术研究

三交河矿10_^#下煤层顶板为典型复合岩层,从已掘巷道来看,10_^#下煤层巷道顶板成型不佳,容易风化破碎,受采动影响下易出现顶板离层破碎下沉等破坏现象。10-2032巷为复合顶板条件采掘对穿巷道,支护难度较大,在分析地质条件的基础上,通过数值模拟,对10-2032巷与10-201回采面对穿前后的应力状态进行了分析。结合应力演化情况和锚杆支护原理,根据工程类比和数值模拟结果,提出10-2032巷锚杆锚索支护设计。顶板采用长短锚索组合支护,两帮采用单体锚杆搭配W钢护板支护,井下实践证明,与相邻回采面对穿后,2032巷仍能保持较好的支护效果。     

深部巷道开挖应力演化特征分析

深部高地应力赋存条件下,巷道开挖使围岩的应力受到扰动而重新分布,围岩应力的 变化会导致岩体破坏和损伤,甚至造成巷道的整体失稳。为研究全断面法、台阶法2 种不同开挖 方法下,围岩掌子面轴心、顶底板、边墙、拱肩等关键点位的应力演化规律,依托某煤矿巷道, 运用FLAC3D软件进行数值模拟,定量分析了2种不同开挖方法下关键点位应力大小及应力方向的演 化特征。研究表明：对于2种开挖方法,开挖后各主应力大小趋于稳定时差别较小;对于参考面轴 心监测点,全断面法开挖时最小主应力旋转成平行巷道轴线方向,受下台阶的影响,台阶法开挖 最小主应力最终旋转成竖直方向;对于边墙、拱肩、拱顶、底板、底角等其他关键监测点,最终 的应力状态相差不大,但应力演化路径相差显著,破坏机理也不同;与全断面法开挖相比台阶法 开挖下巷道底板位置处塑性区体积明显偏小,下台阶对底板围岩具有一定的保护作用。深入研究 应力变化对围岩稳定的影响对理论和工程研究具有重要意义,为开展室内实验以及现场工业实验 提供依据。     

深部采动巷道应力演化及控制技术

为有效控制深部采动巷道围岩变形,针对某煤矿典型巷道工程地质条件,模拟研究了采动影响下巷道围岩应力及变形的演化规律,提出了深部采动巷道围岩强化控制技术,并开展工业性试验。研究结果表明,随工作面推进,巷道表面位移与其对应的应力变化趋势一致,大巷保护煤柱尺寸以105 m为合理;采用重型U型钢壁后充填+锚杆锚索协同承载+巷道滞后注浆技术,巷道围岩变形得到有效控制。     

基于FLAC3D的软岩穿层巷道非对称变形规律研究

为深入研究软岩层穿层巷道非对称变形规律,解决软岩层穿层巷道支护难题,采用FLAC^3D对五阳煤矿76.2号区段2号总回风巷巷道变形进行研究,发现不同岩性穿层巷道非对称变形规律有明显的不同,其中在以泥岩和砂质泥岩为主的穿层巷道中围岩变形较严重,且呈现出明显的非对称变形,而在以砂质泥岩和细粒石英砂岩为主的穿层巷道中围岩的非对称变形明显轻微。在此基础上,提出2种针对性支护方案,并对进行数值模拟研究,分析支护效果,为软岩层穿层巷道支护施工提供依据。     

开采扰动下底板巷道应力演化规律及围岩稳定性研究

为了研究开采扰动诱发底板瓦斯抽采巷围岩失稳问题,以龙凤煤矿5921底板瓦斯抽采巷为研究对象,采用数值模拟的方法分析了5921工作面开采过程中底板瓦斯抽采巷围岩应力演化过程及围岩变形破坏特征。研究结果表明：垂直应力在巷道跨度范围内随深度增加而增大,巷道位于工作面前方的位置,围岩应力分布特征大致相同,巷道位于采空区的部位,左帮岩体处于卸荷状态,而右帮岩体出现明显的应力集中现象;围岩变形在时空上相较工作面开采有一定的滞后,底板瓦斯抽采巷最大变形位置滞后于回采工作面10～30 m,工作面前方10 m范围内围岩变形呈增加趋势;底板瓦斯抽采巷位于采空区范围内的部位破坏以拉伸破坏为主,位于煤壁前方支承压力区的部位破坏则以拉伸-剪切组合破坏模式为主,巷道顶板垮落、底鼓的风险较大。     

煤层底板穿层巷道围岩分段支护技术

不同煤层底板垂深的穿层巷道受工作面采动影响的程 度不同,其围岩破坏情况差别较大,因此需要对不同底板垂 深的穿层巷道采用不同的围岩控制方法.以某矿井的３上 煤 层６０７工作面底板下的东轨上山联络巷为研究对象,采用理 论分析、数值模拟方法研究了煤层底板不同垂深巷道围岩的 破坏程度和范围.为便于现场对底板下不同垂深的穿层巷 道采用不同的加固支护方案,根据巷道围岩破坏程度和范 围,确定了将东轨上山联络巷按照底板垂深５~１０ m、１０~ ２０m 和２０m 以上分为３段,针对３个垂深分段巷道围岩的 变形破坏情况,提出了不同垂深的底板巷道分段加固支护方 案.巷道分段支护数值模拟结果表明,分段加固支护方案能 够有效减小底板下方穿层巷道围岩的变形量及破坏范围,不 同垂深底板穿层巷道的稳定性良好.研究结果对类似条件 下煤层底板穿层巷道的围岩控制具有一定的参考意义.     

穿层巷道掘进施工工艺研究

为了保证掘进巷道穿层期间施工安全,避免顶板垮落,在三盘区西翼皮带巷贯穿层山4#煤层期间采用台阶法掘进施工工艺,通过优化原支护设计以及采用"超前锚杆支护+注浆+迈步式T型支护"等联合方法进行顶板维护。实际应用效果表明,取得了显著成效。     

断层影响下巷道应力演化规律及围岩控制研究

运用现场监测、理论分析及数值模拟相结合的方法,对糯东煤矿断层影响下副平硐及回风大巷的变形破坏及其主要原因进行了研究.研究表明,在断层影响下,副平硐顶、底板产生拉伸破坏,两帮发生鼓出变形;回风巷道与副平硐交叉处发生剪切滑移破坏,底板发生明显的拉伸破坏.提出了新的巷道施工与支护方案.实践表明,采用新的巷道施工与支护方案后,巷道围岩变形明显降低,其稳固性得到了大的改善.     

采动影响下的巷道应力演化规律

以桃园煤矿某工作面开采为背景,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,研究了工作面回采过程中轨道巷、运输巷及大巷的应力分布特征。研究表明:随着工作面的推进,巷道交叉处应力逐渐增加;工作面推进至距大巷40 m时,大巷周围出现明显的应力集中现象;随着工作面的继续推进,大巷周围应力集中明显增加。通过模拟分析为工作面停采位置的确定和巷道的支护提供了依据。     

穿层软岩巷道锚固支护技术研究

在穿层软岩巷道掘进过程中,围岩性质不断发生变化.为了有效控制巷道变形,提出了注浆锚索+注浆锚杆+钢筋网+喷射混凝土组合支护技术,并在金能煤业东翼集中回风上山巷道进行工程应用.针对不同岩层段围岩性质表现出的差异性,分别对细粒砂岩段以及砂质泥岩段巷道进行支护设计.通过现场监测反馈,巷道围岩稳定性得到提升.     

近距离煤层巷道穿层施工工艺研究

基于韩家洼煤矿22203运输巷系统巷掘进期间,在过盘区轨道巷时施工难度大、施工工艺复杂等技术难题,对过巷施工方案进行对比分析,提出了近距离穿层施工工艺,并对穿层期间围岩提出了合理有效的联合支护技术,通过实际应用效果来看,近距离穿层施工工艺优化了巷道掘进期间运输系统,保证了巷道安全高效运输,取得了显著应用成效。     

某掘进巷道过断层的应力演化规律及预防措施

采用FLAC^3D数值模拟的方法,研究某矿2-216工作面掘进通过断层期间应力分布特征,并提出相关的解压减危措施。结果表明,当掘进工作面迎头至断层40 m时,断层附近开始形成应力集中现象,并随着距离断层越近,应力集中现象越明显。针对此结果,基于钻孔预卸压的方法提出应对方案,取得了良好的卸压防冲效果。     

复杂条件下掘进巷道穿层期间支护工艺实践

为了便于采区煤炭运输,雁崖煤业公司塔山扩区运输巷在设计时采用穿层布置,但是由于上下煤层岩性不同,造成掘进巷道穿层期间出现顶板破碎、支护困难等现象,为了解决这一施工难题,在施工西翼胶带巷期间,为了保证西翼胶带巷安全顺利贯穿山4号煤层,改变传统支护方式,加强了施工巷道穿层期间顶板支护,实践证明采取措施后西翼胶带巷顺利实现穿层施工,取得了显著成效。     

高应力环境下深部巷道布置位置的优化研究

随着开采深度的增加，地应力增大、深部巷道的支护成本也显著增加，因此，研究高应力环境下深部巷道的最优布置位置具有重要意义。结合金川二矿区分段道的现场实际。采用数值模拟与相似材料模拟相结合的手段，对深部高应力环境下金川二矿区分段道的最优布置位置进行了研究，结果表明，分段道布置在溜井位置上盘，分段道受采动的影响明显减小，分段道围岩的应力环境得到改善，有利于分段道的稳定。