煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。     

冲击地压矿井厚煤层沿空掘巷支护关键技术研究

针对冲击地压矿井回采巷道普遍采用多级支护体系,支护效果差的现状,分析了围岩变形破坏机理,指出高应力、强动载荷和卸压、锚杆支护体系失效分别是冲击地压巷道围岩强烈变形的基础、特征和关键因素。结合试验巷道破坏特征及锚杆支护系统失效分析结果,认为巷道维护的关键是减弱围岩性质劣化对锚杆支护体系的影响,并提出了具有针对性的控制对策。依据研究结果,确定了新控制方案和参数,进行了井下工业试验,取得了良好应用效果。     

综放面沿空掘巷锚网索联合支护参数优化

针对金庄煤矿5202综放面回风巷沿空掘巷变形严重的问题,根据理论计算确定了支护参数,并采用FLAC~(3D)数值模型分析巷道在"不布置卸压巷道+原设计支护"和"布置卸压巷+现设计支护"下两种方案围岩应力变化及巷道围岩变形。分析表明,将锚杆长度由2.6 m增长到2.8 m,实体帮玻璃锚杆换成螺纹钢锚杆,锚索长度由8.3 m变为7.5 m,增设卸压巷道后沿空巷道的变形量得到有效控制。     

深部巷道钻孔卸压围岩弱化变形特征与蠕变控制

采用数值模拟、理论分析及工业性试验等方法,分析了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变规律,指出巷道卸压后蠕变随卸压程度的增加而加大,揭示了卸压巷道围岩弱化变形特征:卸压钻孔闭合后,失去了转移围岩应力及补偿变形的能力,巷道尤其是卸压部位围岩破碎程度的增加缩短了稳速蠕变时间,围岩加速蠕变将诱发巷道整体变形加剧,不利于巷道稳定。指出合理的二次支护是控制卸压巷道蠕变的有效手段,分析了二次支护时机、锚注强度及范围对卸压巷道的蠕变控制效果,提出了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变控制对策,确定了二次支护时机、支护强度等关键参数,设计了巷道加固方案。现场试验结果表明,巷道蠕变控制效果显著。     

采动应力作用下深井巷道围岩稳定性分析与控制

以某矿千米深井巷道为原型,通过数值模拟研究,对采动应力作用下的巷道围岩破坏特征进行了分析,并对锚杆支护参数进行了优化研究。通过加强支护和改变局部锚杆支护参数,可以有效控制巷道围岩的变形,提高其整体稳定性。     

深部巷道围岩钻孔卸压与围岩控制技术研究

针对深部开采条件下巷道围岩地应力增加、破碎岩体增多等一系列问题,导致传统支护手段难以有效控制围岩变形的现象,采用有限差分软件FLAC3D建立深部巷道钻孔卸压模型,对钻孔卸压前后巷道围岩应力分布规律与变形破坏特征进行了分析,结果表明,钻孔卸压技术可有效释放巷道围岩应力增高区的变形破坏能量,促使浅部围岩高应力转移至深部煤岩体中,显著改善围岩应力环境。基于对卸压钻孔参数的模拟分析,合理确定出钻孔卸压与主动支护技术参数。工程实践表明,该技术围岩控制效果显著。     

复合顶板动压巷道变形破坏机理与锚杆支护技术

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。     

复杂软弱岩层大巷的稳定性与支护方式研究

复杂软弱岩层大巷具有变形量大、难支护、围岩持续变形破坏的工程特征,实践表明,现有支护难以控制。通过对不同支护方式的数值分析,提出了全封闭支架+全断面松动卸压以及二次锚杆支护的支护方式,数值分析结果表明,新支护方式下应力集中程度减小,高应力区向围岩深部转移,有效控制了围岩的剧烈变形。现场试验证明,新支护方式通过适度让压和锚杆支护强化围岩的作用,充分发挥了锚杆与围岩的整体力学效应,使围岩变形达到稳定的时间明显缩短,保证了巷道的稳定,具有显著的技术经济效益。     

深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

深部高应力膨胀性软岩泵房支护技术

基于唐口煤矿泵房的岩石力学试验、岩石矿物组成分析、地应力测试、破坏机理分析,提出了采用以锚索桁架、锚注为核心的联合支护体系,来解决深部高应力膨胀性软岩大型硐室的支护技术难题。监测结果表明:加固后泵房围岩最大变形量仅有6 mm,3个监测断面平均变形量仅为4.7 mm,结果说明以锚索桁架、锚注为核心的联合支护体系提高了围岩自身承载能力和支护结构的整体性,有效地控制住了围岩的变形和底臌,保持了泵房围岩的长期稳定。     

四方金矿深埋软岩巷道支护研究

矿山在进入深部开采后,由于地压问题引起巷道破坏,支护必不可少,但选择何种支护方式是困扰矿山企业的一个技术难题,亟待研究解决。以陕西四方金矿为例,通过对以往各种理论的总结分析,选取组合拱理论进行计算,应用有限元软件分析支护效果,探讨了不同支护方式下洞周应力、变形和塑性区的分布情况,并应用应力强度系数进行量化分析,研究了不支护、锚杆支护、锚杆与喷混凝土联合支护的效果。结果表明：采用有效的锚喷联合支护,可以改善围岩的应力状态,有效控制巷道的变形,不仅增加工人的安全感,而且提高工作效率,为矿山的安全生产、资源开采回收利用提供有力的保证。     

基于FLAC3D的管缝锚杆与玻璃钢锚杆支护效果对比

高峰矿大部分巷道采用管缝锚杆支护，但受巷道支护环境以及防腐措施不当影响，支护的管缝锚杆常因腐蚀而失效，需要进行二次支护，大大增加了支护成本和劳动强度。玻璃钢锚杆具有高强、轻质、耐腐蚀和抗疲劳的优点，能有效克服锚杆易腐蚀的问题。通过采用FLAC^3D有限差分软件对高峰矿管缝锚杆和玻璃钢锚杆支护进行数值分析，对比了2种锚杆在相同支护条件下的巷道变形、岩体应力场、塑性区以及安全度，充分分析了2种锚杆在高峰矿巷道的支护效果。研究表明高峰矿采用玻璃钢锚杆取代管缝锚杆进行支护具有可行性。     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。     

深井高应力软岩巷道让均压加固技术研究

深井高应力软岩巷道支护难度较大,传统的支护方式难以控制围岩稳定。针对云驾岭矿深井轨道巷变形破坏特征及地质条件,通过理论分析,提出了巷道让均压支护理念,即通过让压环实现全断面锚杆、锚索受力均衡,设计了一次锚网索让均压支护和二次注浆加固的综合支护方案。现场工业性试验表明,拱形巷道拱肩部锚杆、锚索让压环首先让压变形,随后向顶部转移;锚杆让压极值为15t,锚索让压极值为18t。结果表明南翼轨道巷变形破坏得到了有效的控制。     

锚杆支护组合构件对钢筋网加固作用试验研究

针对深井高地应力巷道因围岩大变形导致金属网严重破坏引发支护失效的问题,对高地应力巷道支护常用的钢筋网配合单体锚杆、钢筋托梁、W型钢带3种组合系统在垂直载荷作用下的力学性能进行实验室测试,分析了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统峰值强度、承载刚度、残余强度及卸压程度的影响规律,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网支护效应的加固特征。借助Ansys Workbench软件分析钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的整体位移变形量,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网横向、纵向股线的位移约束差异性。基于锚杆支护组合构件对钢筋网的不对称加固特征及边界网丝概念的提出,探讨了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统的加固机理。结果表明:①钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的承载性能可分为峰前承载区与峰后卸压区,W型钢带对钢筋网支护系统的强度强化作用是钢筋托梁的1.5倍,刚度强化作用是钢筋托梁的3倍。②锚杆支护组合构件对钢筋网的横向股线加固作用大于纵向股线加固作用,横向股线抗变形阻力分为垂直和水平两个分量,垂直分量由边界网丝与锚杆支护组合构件提供,水平阻力大小取决于边界网丝及焊接点剪切强度。③锚杆支护组合构件通过提高垂直约束作用、护...     

软岩巷道破坏机理及锚网支护设计研究

为了保证拜什塔木铜矿软岩巷道支护的安全性。采用理论分析和现场测试的方法,开展巷道变形监测试验,分析软岩巷道变形破坏机理,提出了锚网支护方式,设计软岩巷道锚网支护参数,并通过数值模拟验证锚网支护的可行性。研究表明:软岩巷道顶板及两帮变形收敛大,具有显著的时空效应,且采动影响大,原支护方式不能满足巷道安全性的要求,锚杆和锚网设计参数分别为,锚杆直径为20 mm、长度为1 800 mm、间排距为800mm,锚网尺寸为2m×1m,直径为6mm,网孔尺寸为100mm×100mm。数值模拟验证了锚网支护可以满足软岩巷道安全性的要求,锚网支护有效地解决了软岩巷道变形大等问题,为类似矿山软岩巷道支护设计提供一定的参考。     

深井高应力软岩巷道破坏原因及复合锚网支护技术

矿山深井地压大,造成一些巷道支护结构严重破坏,需对原有的支护形式进行改进。结合朱仙庄矿区典型巷道工程,在实验室完成高地压作用下不同材料模型的对比试验,研究模型结构变形、破坏规律和承载能力。通过室内试验的结果,改善支护结构,提出复合锚网支护技术来进行巷道的治理。工业性试验证明,复合锚网支护技术能够适用地质条件恶劣、巷道围岩严重变形情况下的支护要求。     

复合锚网支护技术室内试验研究及工程应用

矿山深井地压大,造成一些巷道支护结构严重破坏,需对原有的支护形式进行改进。结合朱仙庄矿区典型巷道工程,在实验室完成高地压作用下不同材料模型的对比试验,研究模型结构变形、破坏规律和承载能力。通过室内试验的结果,改善支护结构,提出应用复合锚网支护技术来进行巷道的治理。工业性试验证明,复合锚网支护技术能够适用地质条件恶劣、巷道围岩严重变形情况下的支护要求。。     

锚杆(索)支护体让压减震技术研究

在大埋深、高地应力等复杂地质条件下，现有的支护体无法有效适应围岩的大变形，易导致锚杆、锚索支护体大面积破断失效。详细分析了锚杆（索）支护体的让压减震作用机理，提出了锚杆（索）支护体让压减震功能实现的关键技术（让压点、让压距离及减震能力），并对工程中常用的单炮管和新型让压减震装置特性进行了对比分析。研究表明：①新型让压减震装置在高度相同的情况下，壁厚3.0 mm、3.5 mm时所对应的让压点分别为60 kN、73 kN，约束环壁厚越大，让压点也越大；②在约束环壁厚相同的情况下，35 mm高度下让压距离约15 mm，40 mm高度下让压距离约20 mm，随着约束环高度的增大，让压距离也随之增大；③在受到外部冲击荷载作用时，其弹性压缩量可达4~5 mm，具有明显的吸收震动荷载的能力，让压减震效果显著，单炮管让压装置的让压距离仅为新型让压减震装置让压距离的1/2，受到外部冲击荷载作用时，在不同冲击高度下的冲击变形量仅有0.5 mm左右，压缩之后的弹性恢复能力方面存在明显不足，减震效果不明显。