高应力软岩巷道变形破坏特征及机理分析

针对高应力软岩巷道变形量大、变形持续时间长、难支护等问题,以某矿南翼运输石门为工程背景,经过长期的井下观测,认为采动扰动作用下的高应力软岩巷道变形破坏特征呈现明显的阶段破坏特征,根据巷道围岩地质条件建立了分析模型,分析了导致巷道大变形失稳的力学机制,最终确定了某矿南翼运输石门巷道支护应遵循“刚柔互补、长短结合、及时主动、协调在控”的原则。     

采动巷道煤帮变形破坏规律与控制技术

针对采动巷道帮部围岩变形破坏剧烈、支护维护困难、扩帮施工工艺复杂等问题,以刘家梁矿复合顶板采动巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等综合研究方法,监测获取采动巷帮变形破坏规律,分析采动巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。研究结果表明:工作面回采过程中,采动巷道区域出现支承压力集中程度增大的同时,围岩周边主应力的方向也随之偏转,导致巷帮出现较大的塑性破坏深度且最大巷帮破坏深度偏向于巷帮中部,引发普通支护强度无法有效控制的巷帮围岩大变形,造成支护体损坏;采用高延伸性、可持续提供支护力、围岩变形过程中不破断的支护材料是此类围岩控制的有效途径。据此研发适用于大变形巷帮围岩控制的高延伸性组合锚杆,该锚杆杆体延伸率超过20%,具有较高的尾部抗剪能力,并可在扩帮施工后继续使用,现场应用效果良好。     

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。     

近断层采动巷道变形破坏机制与控制技术研究

针对红岭煤矿近断层采动巷道(15141上巷)掘进期间围岩非对称变形破坏与支护结构失效严重等现象,对其变形破坏机制与控制技术进行了数值模拟与工程应用研究。结果表明,断层附近的非对称采动应力场、巷道关键部位的剪切滑移破坏以及煤岩体碎胀变形是造成该类巷道非对称大变形和支护失效的主要原因。利用非对称耦合支护原理和让压锚杆工作原理,提出了该类巷道围岩控制技术,即采用高强让压锚杆、锚索以及注浆加固对关键部位进行加强支护,控制关键部位的剪切滑移破坏、提高其承载能力,减弱围岩关键部位产生的差异性变形,促使支护结构均匀承载,从而实现控制巷道非对称大变形的目的。工程实践表明:采用高强让压锚杆、锚索与注浆加固的非对称支护技术后,巷道变形量与非对称性得到有效控制,巷道围岩稳定性大幅提高。     

金川矿区深部高应力破碎岩体巷道支护技术研究及应用

针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,基于以往巷道围岩变形破坏特征,从工程地质条件、地应力特征、采动影响等三个方面,分析了深部高应力破碎岩体巷道变形破坏原因。针对典型的巷道破坏特征与工程地质条件,提出了四类相应的新型支护方案,分别开展了现场工业试验;通过巷道围岩收敛变形监测,验证新型支护形式的支护效果。结果表明,新型支护形式有效地控制了深部高应力破碎岩体巷道围岩变形,实现了维护巷道围岩长期稳定的目的。     

两侧采空巷道挤压变形机理与控制对策

为解决两侧采空巷道挤压大变形控制难题,以山西丰汇煤矿布置在两采空区之间的工作面轨道巷为工程背景,综合采用现场监测、理论计算和数值模拟等方法,分析巷道变形破坏特征,研究巷道覆岩结构特点与不同采动条件下围岩塑性区分布形态和应力环境,揭示两侧采空巷道挤压变形机理,并提出以“强化关键部位、注浆改性围岩”为核心的锚固加注浆联合支护方案。现场监测结果表明,新支护方案对两侧采空巷道挤压变形控制效果好,可为类似条件下巷道围岩稳定控制提供参考。     

复杂条件下巷道围岩控制技术研究进展

煤炭资源开采正不断向深部迈进,面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加,而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果,梳理了当下巷道围岩控制面临的主要复杂条件,划分了工程地质条件和开采技术条件2类巷道复杂条件。阐明了各类复杂条件下巷道围岩的变形破坏特征,指出了围岩应力、围岩性质和支护结构是巷道围岩控制的3类基本对象,明确了围岩应力环境恶化、围岩性质劣化和支护体性能弱化3种失稳形式,在此基础上揭示了不同地质环境与采掘时空关系下回采巷道的失稳机制。分析了现阶段困难巷道围岩控制基本机理：改善围岩应力环境、改良围岩性质与强化围岩承载结构;详述了基于卸压、改性、支护与协同控制的围岩控制技术在不同复杂条件巷道的阶段性理论研究与技术应用现状。同时,分析了泥质采动巷道渗流失稳与围岩控制的典型工程案例,揭示了该类复杂困难条件的巷道围岩失稳机理,提出了疏水泄压、泥岩置换、分级注浆、高强度封层支护结构与底板结构等多种方法协同作用的高强度综合修复与控制技术体系。最后,基于上述4方面研究,结合工程实践,展望了未来复杂...     

深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。     

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。     

平沟煤矿020903工作面回风巷多次采动影响围岩稳定分析

采煤工作面回采巷道受采动影响矿压显现剧烈,复杂采动影响不利于回采巷道围岩稳定控制,致使支护工程问题日益凸显。本文以平沟煤矿020903工作面回风巷为研究对象,运用FLAC3D数值模拟技术,对多次采动影响下的回采巷道围岩应力环境变化、围岩变形破坏特征、承载结构进行数值模拟分析,分析得知:903回风巷处于邻近902采空区的围岩应力环境,同时存在来自903工作面回采影响,多重采场围岩应力叠加,围岩应力环境复杂变化造成巷道变形速率快、变形量大且支护较为困难,为此提出903回风巷采动巷道"锚索+锚杆+钢筋梯子梁+网"联合支护方案,实现对巷道的帮顶围岩的保护,进而充分发挥围岩本身的自承能力实现采动巷道的围岩控制。     

复杂围岩环境下巷道变形破坏特征及支护技术

针对大佛寺煤矿胶带运输巷支护难题,采用工程地质调查、理论分析等手段,分析了复杂围岩环境下巷道的变形破坏特征,得出围岩特性、底板围岩遇水膨胀、采动影响、支护结构的不耦合是导致巷道大变形的主导因素。提出了"高强高预应力锚杆(索)+底角锚杆"支护技术控制巷道围岩稳定性。工程应用结果表明,该支护形式,可以有效控制巷道围岩的剧烈变形,大幅度提高巷道的安全性。     

高水平应力跨采巷道围岩稳定性模拟研究

某矿地应力测试结果表明,水平应力是垂直应力的2.46～2.72倍.受高水平应力、采动、支护等综合因素影响,该矿底板巷道变形严重,巷道返修2～3次仍难以满足生产要求,影响了矿井的正常生产秩序.针对该矿底板巷道工程地质特点,通过数值模拟手段研究了高水平应力条件下底板巷道在采动过程中围岩位移场与应力场分布的形态,得出该类巷道肩角处是首先发生破坏的弱结构部位,即影响围岩稳定性的关键部位.因此提高弱结构部位的强度,从而使支护与围岩共同作用形成有效承载结构,是治理高水平应力跨采巷道的主要技术途径.结合受上部煤层开采影响中三石门工程,提出了在关键部位采取非均匀支护技术体系并进行了现场实践.结果表明,该技术有效控制了巷道围岩变形量,为矿井的安全生产创造了条件,取得良好技术经济效益.     

大倾角煤层斜梯形巷道变形破坏特征及支护技术研究

为了研究大倾角煤层斜梯形巷道变形破坏特征,以新疆焦煤集团2130煤矿为工程背景,采用数值模拟和现场监测相结合的研究方法,对大倾角斜梯形巷道变形破坏特征进行了研究。结果表明:大倾角斜梯形巷道顶板应力、位移分布具有明显的非对称性特征;受采动的影响,斜梯形巷道变形呈"顶板下挫,底板隆起"的破坏形式;斜梯形巷道围岩塑性区主要以拉伸破坏为主,剪切破坏为辅。通过分析及工程实践,提出了"高强度锚杆、锚索"联合支护方式,对易变形破坏的顶板、高帮及肩角关键部位要重点突破,加强控制。该研究有效控制了斜梯形巷道的变形破坏,可为类似地质条件下巷道围岩控制提供借鉴。     

磁西煤矿深部高应力巷道变形破坏机理及控制技术

磁西煤矿-890 m进风行人大巷工程地质条件较差、水平构造应力大、自承能力低,现已发生严重变形破坏。为有效控制巷道围岩变形,保证其稳定性,通过对不同屈服准则条件下深部高应力巷道变形破坏进行弹塑性分析,确定适合工程实际的屈服准则,并基于FLAC3D结合巷道围岩岩性成分分析、力学性质测试结果,对不同支护方案中的支护结构、支护参数进行对比优化,提出以锚杆、锚索为核心的锚网索喷联合支护方案。在巷道开挖后进行矿压监测,进一步验证支护方案的可靠性,并获取巷道围岩开挖后的变化特征。工程实践表明,采用锚网索喷联合支护技术对提高深部高应力巷道整体性与稳定性具有较显著效果,围岩受力、变形更趋稳定,为保证煤矿的长期安全稳定提供了有力的技术支持。     

深部高应力软岩巷道变形特征及支护技术研究

以贵州土城煤矿141713运输巷为工程背景,针对该矿运输巷深部高应力软岩难支护问题,通过现场调研该巷道破坏特征、实验室用多功能粉末X射线衍射仪分析围岩成分,分析总结该巷道破坏机理,得出围岩强度低、黏土矿物占比大、支护方式不合理、采动影响、高应力和围岩渗水是该巷道变形破坏的主要原因.针对巷道破坏特征和机理提出"锚杆/索+...     

采空区下回采巷道非对称变形研究

针对采空区下回采巷道变形破坏严重难以支护且具有明显非对称特征的现象,运用理论分析和数值模拟等方法,结合具体的工程实践,建立了区段煤柱力学模型,研究了煤柱支承压力作用下底板岩层应力分布规律,分析了10-1051巷道非对称受力和变形破坏特征,并对巷道支护结构进行了优化,有效控制了巷道的变形,为采空区下非对称变形巷道的支护提供了理论指导,对非对称变形巷道围岩控制具有重要的现实和理论指导意义。     

软岩巷道非对称变形破坏特征及稳定性控制

针对梅河煤矿软岩巷道开挖支护后出现非对称变形破坏、维护困难的问题,综合采用现场地质调研、微观物化实验、理论分析、数值计算的方法,分析了巷道非对称变形破坏的影响因素,发现了巷道变形破坏过程具有明显的阶段性,揭示了无支护条件下巷道围岩应力及塑性区分布规律和原对称支护条件下巷道非对称变形破坏特征。在此基础上,提出了"薄弱结构"的概念及"巷道整体稳定,薄弱结构加强支护"的非对称控制技术,并在现场进行了工业性试验。实践表明:非对称控制技术实现了支护结构与巷道围岩协调变形,显著控制了巷道围岩变形,有效避免了巷道围岩变形进入长时流变状态,保证了巷道的整体稳定。     

大断面巷道非均匀变形机理及稳定性控制研究

为探究围岩受采动影响条件下巷道变形破坏与稳定性控制,以桑树坪二号井3309工作面运输平巷为工程背景,采用FLAC3D数值模拟方法分析“一掘二采”期间大断面巷道围岩主应力差分布特征,结合现场试验,揭示大断面巷道围岩非均匀大变形破坏机理,分析提出巷道围岩非均匀变形控制补强支护设计方案。研究结果表明：①一次回采和二次回采期间,巷道煤柱及煤壁两侧煤体峰值应力差分别为7.93MPa、12.96MPa,煤柱帮峰值应力远高于煤壁帮,两侧煤体呈非对称变形破坏特征|②与一次回采相比,二次回采期间3309工作面运输平巷煤柱帮主应力增大11.46MPa,塑性区范围从4.5m增加至煤柱宽度,煤壁帮主应力差增加27.46MPa,塑性区增加1.5m,巷道围岩处于高强度剪应力状态,易引起大变形破坏|③基于大断面巷道两侧煤体非均匀变形破坏特征,针对性提出“一长一短”两种补强支护方案,现场试验后巷道围岩稳定性控制效果良好。     

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术

迎采动面沿空掘巷经历邻近工作面侧向基本顶断裂、转动及稳定的全过程动压影响后,巷道围岩将产生大变形、维护困难.采用理论分析、数值计算和现场试验研究迎采动面沿空掘巷围岩变形规律和控制技术,得到该类巷道受邻近工作面采动影响后围岩呈现非对称变形,窄煤柱和顶板变形剧烈,提出提高窄煤柱和顶板支护强度使围岩形成有效承载体是保持迎采动面沿空掘巷整体稳定的关键,据此提出了合理的围岩控制技术:1)合理确定窄煤柱宽度,使邻近工作面采动影响稳定后巷道处于应力降低区;2)高强度大延伸率锚杆控制围岩变形;3)加强窄煤柱、顶板支护,提高关键部位承载能力.棋盘井煤矿工程实践表明,该技术有效控制了该类巷道围岩变形量,取得了良好效果.