巷道防冲机理及支护控制研究

在分析冲击矿压巷道"强弱强"模型的基础上,基于巷道冲击矿压发生的层裂板模型,研究了巷道支护体"强结构"防冲机理、型式和要求.结果表明高强预应力锚杆作为主动支护技术,能够增加冲击矿压发生的难度,提高裂纹非稳定扩展的临界应力值,从而防止冲击矿压的发生.从能量守恒定律出发,研究了巷道围岩与锚固体受冲击载荷的动载与变形特征,指出冲击矿压巷道支护体"强结构"应该具备主动让压功能,通过引导控制能量的释放和转化,将高能量消耗在主动让压过程中,能有效抵御冲击矿压的影响,保证巷道围岩和支护体系的稳定.提出为有效防止冲击矿压发生与抵御冲击载荷,"强结构"应具备主动高强度支护与让压的双强功能,高强让压锚杆能够满足要求,是冲击矿压巷道的有效支护形式.通过现场应用,证明了让压锚杆效果显著.     

基于能量校核的强矿压全煤巷道强力锚索顶板支护系统的设计应用

强矿压显现情况下特厚大断面全煤巷道围岩离层和结构变形严重,普通低强度支护方式不能对巷道破坏进行有效控制。为提高支护效果,保持围岩的完整性与稳定性,采用基于能量校核的不等长完全强力锚索顶板支护系统进行支护。通过理论计算和现场实践表明,这种新型支护设计方法的支护承载力超过矿压显现的能量释放,长短结合的锚索支护显著提高了支护的可靠性和安全程度,降低巷道维修成本,应用效果显著。     

大断面15106切眼巷道锚网联合支护技术实践

15106切眼巷道为大断面和大跨度巷道,其支护难度较高.在对大断面和大跨度巷道破坏机理分析的基础上,提出锚网联合支护方式,并计算校核支护参数.矿压监测结果表明,该支护技术能有效控制巷道围岩的变形.     

冲击矿压巷道锚杆支护原理分析

锚杆支护作为一种内在的支护形式,有非常好的自身稳定性和柔性特征,可以实现主动支护、早期承载,可以达到很高的支护强度,对冲击矿压巷道具有良好的适应性。冲击矿压巷道锚杆支护的作用原理为:对围岩体整体强度的强化作用、对围岩应力状态的改良作用、对围岩变形破坏的约束作用和对冲击剩余能量的吸收作用。     

煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。     

特厚松软高应力煤层巷道锚网索支护系统优化

砚北煤矿250203上工作面运输巷在掘进过程中煤爆频繁,并伴有强矿压发生,震动能量最大达1.0×106J,来压使巷道变形严重,设备损坏,给职工人身安全造成危胁。为确保掘进安全,通过对煤体松动圈测定以及能量校核和冲击载荷计算确定顶板支护参数,并对巷道支护方式进行优化,采用长短锚索相结合、双层金属网并加大托盘材质结构的支护方式,显著提高了支护的可靠性和增加了煤层自身的承压性,保持了巷道的稳定。     

特大断面冲击地压巷道破坏机理及控制技术研究

为解决马耿村矿特大断面冲击地压巷道支护难题,介绍了巷道地质条件及围岩地质力学参数特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征,冲击地压巷道变形破坏的主要影响因素是高应力、强动载、卸压和支护体系。频繁冲击能量会产生冲击破坏效应;卸压措施会对冲击地压巷道围岩结构及支护体系产生巨大影响;主动支护体系失效导致冲击地压巷道变形严重破坏。提出特大断面冲击地压巷道矿压特征明显不同于非冲击地压巷道,不同区域及位置的巷道表面位移和顶板离层差异较大;受掘进影响巷道变形更快速更剧烈,稳定时间更长;冲击地压巷道锚杆锚索受力呈锯齿形或台阶形剧烈波动。在耿村矿进行试验,13230上平巷掘进断面超过30 m2,属特大断面冲击地压巷道。矿压监测数据显示,采用提出的支护方案后围岩变形得到有效控制,巷道支护状况得以明显改善。     

冲击煤层巷道锚网支护防冲机理及抗冲震级初算

文章分析了冲击矿压时程特性对巷道支护构件的特殊功能要求,提出了冲击-支护的3D特性匹配,要求支护构件必须同时具备高强度、大刚度和一定的柔度,比较了钢棚、锚杆支护对冲击矿压震动破坏过程的适应性差异,分析了锚固结构中锚杆的轴向变形对P波的适应性及锚固体横向约束对S波的抵抗,并对锚网支护吸能防冲能力进行了近似计算.研究表明,锚网支护是目前相对较能适应巷道冲击矿压震动破坏效应的支护形式,约可抵抗震级为2.6的冲击矿压.     

震源扰动型巷道冲击矿压破坏力能准则及实践

针对震源扰动型巷道冲击矿压破坏机理进行研究,建立了巷道围岩冲击震源扰动型冲击破坏的动力分析模型,推导了巷道围岩承载结构在“静载+动载”组合作用下动力破坏的应力判据和能量准则。基于该力学模型及其机理分析,提出合理设置弱结构消波吸能的防冲理念,并从理论角度分析了弱结构消波吸能的作用机理。最后通过工程实例,应用能量准则进行了冲击煤层巷道的支护设计及其防冲性能核算,理论研究成果初步得到了应用和检验。     

均匀围压下圆形巷道开挖孕冲能量分析

为了探讨巷道发生冲击矿压的能量机制,对巷道开挖及形成支护结构后煤体内的能量变化进行了研究.基于弹性理论,分析了均匀围压下圆形巷道松动区、弹性区及原岩应力区的能量积聚、释放及转移情况,探讨了巷道冲击的内在机制和远场震源的扰动影响,提出了巷道冲击的状态方程和能量判据.研究结果表明:均匀围压下圆形巷道开挖后随着松动区半径的增大,弹性区煤体始终在吸收能量;巷道松动区煤体塑性变形和破坏是巷道冲击的内在机制,远场震源起扰动作用.结合研究冲击状态方程和能量判据提出了巷道远、中、近的立体防冲体系并在现场得到了运用.     

巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击研究

基于FLAC2D数值模拟软件分析巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击的动态响应规律。结果表明:随着底煤厚度的增加,动力扰动下巷道底板水平应力峰值先升高后降低并逐渐向底板深处转移,底板垂直位移峰值、塑性区深度及最大能量密度均呈非线性增加,且增加趋势越来越弱,并趋于稳定;动力扰动下特厚煤层巷道极易发生底鼓冲击动力灾害,动力效应明显;现场矿震演化规律分析验证数值模拟结论的合理性。研究成果可为特厚煤层巷道底冲击矿压防治提供借鉴。     

回采过程中煤层冲击危险性评价方法研究

简述了冲击矿压发生的机理,论述了煤层冲击危险性的影响因素。提出了简单实用的煤层冲击危险性评价方法。采用数值模拟方法研究了回采过程中巷道周围的应力变化情况,根据巷道围岩的力学性态,分析了巷道周围冲击危险性。     

深井火成岩侵入工作面冲击矿压防治

基于赵楼煤矿1302工作面运输巷火成岩侵入区二次底板型冲击矿压的分析,指出较高的原岩应力和底板火成岩与围岩变形不协调,使得火成岩区产生应力集中和弹性能量积聚,火成岩突然断裂导致能量突然大量释放是底板冲击的根源。通过煤体卸压爆破、底板预裂爆破可减小火成岩两翼的应力和火成岩中部所受的弯矩,可有效改变火成岩的受力状态和能量释放速率,达到控制底板冲击矿压发生的目的。     

深部下山煤柱区矿震规律研究

针对某矿-1 025 m西一下山采区9煤回风下山发生的多次冲击矿压显现，利用SOS微震监测系统，研究分析深部下山煤柱区域矿震活动规律。结果表明：冲击矿压发生前，矿震能量持续上升，频次亦持续增加或维持在较高水平；矿震沿下山集中明显，主要位于2个覆岩关键层内，高静载加强矿震扰动是诱发巷道冲击破坏的主要原因；冲击前兆强矿震信号呈现低频率、高振幅特征。根据监测结果实施煤体大直径钻孔、顶板预裂爆破以及优化支护等矿震弱化控制技术，现场效果良好。     

孤岛面综放顺槽冲击危险性实测研究

根据济宁二号煤矿孤岛面综放顺槽布置的具体条件,采用现场实测的方法,对综放回采巷道在回采过程中的巷道变形进行了实测研究,结合钻屑法监测,得出了综放顺槽发生冲击危险的范围,为今后冲击地压的防治提供基础资料,进而为完善回采巷道设计提供科学依据。     

煤岩中弹性能量的表征与冲击地压预测方法研究

分析了煤岩储能区冲击效应现象的发生机理及基本特征,深入探讨了围岩深部原生煤岩体固有的弹性能以及冲击效应的特征;揭示了冲击效应诱发煤岩力学性能及物理性质的变化。基于这些有意义的变化,探讨性地提出了冲击地压的应力监测法和能量型磁电监测法的技术思想,为冲击地压的预测提供了新的方法。     

冲击矿压综合防治技术体系及应用

分析了目前在冲击矿压危险评价、监测手段及防治方法研究中存在的问题,提出建立一套冲击矿压综合防治技术体系。该体系建立在以地球物理探测方法为主的实测基础上,以地质构造异常探测、冲击危险源识别和剩余能量消耗为特征,对冲击矿压危险进行分阶段和分区域评价及防治。工程实践表明,该体系能对冲击矿压进行有效预警并能预防和减弱冲击矿压的危害,达到保证人员和设备安全的目的。     

岩爆过程的能量分析

能量积累与消耗是岩爆机理研究的重要内容之一。本文从地应力作用和晶体结构断裂两方面对其进行分析,得出地应力作用对岩爆能量积累来说是一个长期潜在的过程,而从岩石裂纹瞬时扩展及裂纹两侧矿物晶体拉伸破坏角度讲,岩爆能量的积累过程则是短暂的、瞬时的。岩爆释放的能量转化为表面能、动能及热能等形式。控制动能所占比例对防治岩爆或降低岩爆烈度有重要意义。     

柔性蓄能支护防冲技术应用研究

跃进矿冲击矿压属于典型的底板冲击矿压,针对底板冲击严重巷道单独采用锚网索支护防冲效果不好的现象,提出"O"型棚+锚网索联合支护方式。运用数值模拟方法对锚网索支护和锚网索+"O"型棚支护两种不同支护方式的底板变形、应力分布等进行模拟和矿井巷道变形实时监测数据分析,监测结果表明,锚网索+"O"型棚联合支护结构具有抑制冲击矿压的作用,适合在具有冲击矿压危险的巷道推广使用。