大倾角煤层巷道变形破坏机理与支护对策研究

基于大倾角煤层巷道围岩破坏特征现场探测信息,建立了不同岩层倾角下巷道围岩变形破坏的数值计算模型,研究了大倾角煤层巷道围岩非对称变形破坏机制,得出围岩变形破坏的关键部位.在此基础上,提出大倾角煤层巷道围岩关键部位非对称耦合支护对策.结果表明:随着岩层倾角增加,巷道围岩变形破坏表现出明显的非对称性,通过对围岩变形破坏的关键...     

倾斜大断面煤层巷道耦合控制对策研究

以倾斜大断面煤层巷道围岩破坏特征现场观测信息为基础,对其变形破坏关键部位进行研究,得出巷道变形破坏的关键部位为巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位和巷道的底角。在此基础上,提出了倾斜大断面煤层巷道围岩关键部位非对称耦合控制对策,并对巷道非对称耦合支护效果进行了数值模拟研究。结果表明:采用该控制对策可以有效实现支护体与围岩之间的协调变形,保证巷道围岩的稳定。     

旗山矿倾斜煤夹层巷道破坏机理及支护设计研究

为了实现旗山矿区埋深1 032 m的北翼联络大巷变形破坏巷道的稳定性控制,采用现场地质调查、物理力学实验、物化微观结构分析、地应力测量、数值模拟、现场试验应用等手段,分析了围岩的软岩特性、煤夹层结构、高地应力水平、支护设计不合理等因素是造成巷道失稳的主要因素,分析了该类型巷道的变形破坏机理,并揭示了该类型巷道由于巷道围岩体结构中存在煤夹层引起岩层中存在薄弱面,造成了巷道的非对称性变形破坏现象.针对该类型巷道变形破坏特点,提出了非对称耦合补强支护下的控制对策及支护设计方,并在现场进行了工业应用.研究结果表明:采用非对称耦合补强控制对策下的设计方案,可以充分利用锚索、注浆锚杆、底角锚杆等对引起非对称变形破坏的关键部位进行加强支护,有效地消除巷道围岩关键部位产生的差异性变形,使得巷道围岩稳定性大大提高.     

基于非对称变形围岩的锚杆支护策略研究

深部穿层巷道的高地应力引起了巷道围岩的非对称变形,结合FLAC~(3D)数值模拟结果,针对这种非对称变形做了深入的破坏机理分析,提出了相应的非对称变形控制对策--锚网索+底角锚杆的非对称耦合支护,对非对称变形发生的关键部位实施了相应的加强支护方案。从监测结果来看,实施改进的支护方案后巷道围岩变形协调均匀,有效地控制了深部巷道围岩的非对称变形。     

超深矿井软岩巷道锚网索耦合支护技术

针对星村煤矿埋深超过1 200 m的巷道围岩出现的大变形破坏问题,综合运用现场调研、室内测试和数值分析等方法对其破坏机理及稳定性控制技术进行了研究。分析得出巷道埋深大、地应力水平高以及铝质泥岩遇水膨胀等是巷道产生大变形破坏的原因,特别是底鼓严重的主要原因;同时指出,对称布置下开放式底板的原支护形式是造成高水平构造应力作用下巷道出现非对称大变形破坏的另一关键因素。根据现场工程地质条件分析,结合耦合支护理念,提出了复合托盘+锚网喷+关键部位锚索+底角锚管的非对称耦合支护技术,数值模拟结果显示新支护能够和巷道围岩实现耦合作用,大幅提高了巷道承载能力,并进行了现场工程应用,监测结果表明新技术对深井巷道围岩大变形控制效果良好。     

特厚倾斜复合顶板巷道破坏特征与稳定性控制

大倾角特厚复合顶板巷道因其围岩原位强度低、层间黏结力弱,在复杂应力作用下巷道围岩具有非对称破坏特征。结合具体工程实例,采用相似模拟试验、FLAC3D数值模拟和工程测试等方法,分析不规则梯形与拱形巷道在常规对称支护和非对称强力支护条件下围岩应力、位移等变化规律,揭示特厚倾斜复合顶板巷道的非对称破坏机理。研究表明:受岩层赋存特征影响,巷道围岩结构和应力分布的非对称性是造成巷道非对称性破坏的根本原因;复合层状岩层结构面法向约束力减小与钝角部位应力集中直接导致弱面剪切滑移失稳;采用拱形巷道与非对称强力支护能有效改善围岩应力状态、减小围岩变形,提高巷道支护体系的平衡承载能力。     

深部岩巷非对称性变形原因与补强支护技术

针对深部岩巷掘进支护后表现出的非对称变形破坏的现象,采用力学理论分析结合计算机数值模拟的方法对其变形破坏的原因及支护控制进行研究分析。结果表明,巷道周边围岩一侧肩角及对应的底角出现不同程度的应力集中,且这些应力集中点围岩发生塑性变形,是产生非对称变形破坏的关键部位;周边工作面回采后,侧向支承应力拱垂直于覆岩形成应力扰动,造成巷道非对称受力,与模拟结果相同。基于上述研究,提出了"关键变形部位补偿加强支护"的控制对策。工程应用结果表明,采用非对称加强支护形式,可以有效控制巷道非对称变形,巷道围岩稳定性大大提高。     

深部倾斜岩层巷道变形分析与控制

针对深部倾斜岩层巷道围岩大变形控制的难题,以九龙矿北翼二水平轨道大巷为工程背景,通过现场调研、数值模拟分析深部倾斜岩层巷道围岩变形破坏的特征和原因。研究结果表明:倾斜岩层剪切滑移破坏和弯曲变形、围岩松软破碎、底鼓严重、支护结构针对性差是导致巷道变形失稳的主要原因;随着岩层倾角的增加,深部巷道围岩的破坏模式由倾斜岩层层间滑移破坏和靠近巷道拱肩部位的岩体分离、弯曲变形共同作用,逐渐向岩层层间滑移破坏转变;基于以上研究,提出了采用高强度锚杆和高预应力锚索,在巷道变形关键部位加强支护,控制底鼓和架设U型钢,全断面喷射混凝土和注浆的支护技术,强化围岩的整体强度和承载能力。工程实践表明,巷道围岩变形控制效果显著。     

深井断层破碎带穿层软岩巷道锚网索耦合控制对策

旗山矿开采深度近千米,随着开采深度的增加,在高地应力、特别是在水平构造应力和断层切割条件的影响下,巷道围岩出现顶沉、帮缩和底鼓等大变形破坏现象,其中顶沉及帮缩量最大处超过1 100 mm,原有支护很难控制巷道围岩稳定性,严重影响和制约了煤矿的安全生产。基于此,以旗山矿千米深井断层破碎带穿层软岩巷道为例,详细分析了巷道破坏特征及主控因素,得出了高应力膨胀型软岩巷道的破坏力学机制,提出了注浆+非对称锚网索+底角锚杆耦合支护控制对策,实现支护体与围岩在强度、刚度和结构上的耦合,从而达到控制深部软岩巷道稳定的目的。上述成果在现场进行了应用,监测结果表明耦合支护对深部高应力断层破碎带穿层巷道的稳定性起到很好的控制效果。     

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。     

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。     

采空区影响下穿层巷道变形特征及支护技术研究北大核心

针对梁北矿在采空区下近距离掘进-550 m水平东翼开拓巷道围岩不易稳定的问题,采用数值模拟方法分析了相邻2个不同时间开采的工作面形成的采空区和煤柱对开拓巷道附近围岩的应力分布规律和变形特征;并基于多层次耦合承载结构的支护原理,给出了相应的变形控制对策和支护方案,在现场进行了应用。研究结果表明:随着工作面的推进,采空区底板岩层原岩应力恢复区由采空区中部向四周扩散,塑性破坏区呈“倒马鞍”状分布;穿层巷道受邻近未稳定采空区垮落岩层逐步压实扰动过程产生的应力和煤柱应力集中产生的影响,塑性破坏区呈非对称分布。基于巷道围岩破坏形成破碎区、塑性区和弹性区的分区特征,提出充分利用内外承载体形成多层次耦合承载结构的支护对策;采用“高强锚网索+浅深部围岩分次注浆+喷浆”多层次耦合控制技术,在现场取得了良好的应用效果。     

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。     

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。     

深部巷道非对称变形与围岩强度及空间结构关系

为了探究深部巷道非对称变形产生的机制及发生条件,理论分析了深部巷道长期大变形机理,研究了高应力作用下不同强度围岩变形破坏特征的差异;同时利用数值模拟分析了围岩岩层产状、围岩层状空间结构对非对称变形的影响。研究得出:在倾斜、层状和非均质的岩层空间结构中,巷道断面内不同强度等级的围岩在高应力作用下的变形差异,是造成深部巷道产生非对称变形的根本原因;巷道断面内围岩结构与强度的不对称性导致了巷道变形的不对称性。     

朱集矿深部高地应力复合岩层巷道围岩控制技术研究

针对深部矿井高地应力作用下,岩石巷道围岩整体变形量大、持续时间长、局部破坏严重的支护难题,以朱集矿-965东翼轨道大巷为工程背景,在进行系统地质力学测试、围岩变形破坏特征分析、支护形式选取与现场试验的基础上,对深部高地应力复合岩层巷道围岩控制技术进行研究。通过优化锚杆支护参数、合理选择护表形式与构件,实现了深部高地应力复合岩层巷道围岩的一次主动支护,有效控制了深部高地应力巷道围岩的长期持续变形,改变了深部岩巷"前掘后修、反复维修"的局面,取得了良好的现场应用效果。     

深井高地应力复合岩层巷道围岩控制技术研究

针对深部矿井高地应力巷道围岩整体变形量大、持续时间长、局部破坏严重的围岩控制难题,以深井大倾角、复合岩层巷道掘进为工程背景,在进行系统地质力学测试、围岩变形破坏特征分析、支护形式选取与现场试验的基础上,对深井超高地应力巷道围岩控制技术进行研究。通过优化锚杆支护参数、合理选择护表形式与构件,实现了深部高地应力复合岩层巷道围岩的一次主动支护,有效控制了深部高地应力巷道围岩的长期持续变形,改变了深部岩巷"前掘后修、反复维修"的局面,取得了良好的现场应用效果。     

大倾角煤层巷道支护稳定性数值试验研究

针对大倾角煤层巷道支护课题,通过FLAC3D数值模拟研究异形断面的的变形破坏与受力分布规律,确定了合理的支护工艺并成功应用于工程实践。研究表明:①受岩体结构非对称性影响,巷道产生的层间剪切滑移变形、高应力挤出变形等差异性变形是导致大倾角煤层巷道非对称变形破坏的主要原因。②直墙拱形断面巷道可改善围岩的应力状态,减小围岩塑性区破坏范围,降低围岩的变形量,更加适合大倾角煤层巷道的开挖支护。③研究成果可为类似工程的设计和施工提供借鉴参考。     

走向顺层软岩巷道非对称锚网索支护优化研究

以贵州省遵义县某煤矿走向顺层软岩巷道为工程背景,采用巷道变形量现场实测、数值模拟等方法,分析了倾斜、急倾斜煤层附近的走向顺层软岩巷道变形破坏特征,提出非对称锚网索联合支护方案,确定了支护设计的基本参数。工程实践表明:在应力分布不均且松软复杂围岩条件下的走向顺层巷道中,采用非对称锚网索联合支护可较好地控制巷道围岩稳定。     

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。