厚顶煤巷道顶帮整体锚固支护体系研究与应用

针对深部应力作用及常规支护条件下厚顶煤矩形断面巷道围岩变形量大的问题,分析主要原因是巷道肩部围岩裂隙发育,顶帮锚固体相互独立,支护结构松散。从厚顶煤巷道围岩失稳破坏机理出发,采用FLAC3D数值计算,对顶帮整体锚固支护体系及传统锚固支护的支护预应力场分布特征及巷道围岩变形破坏规律进行了对比分析。结果表明,顶帮整体锚固支护体系能够改善肩部围岩为挤压式传力机制,抑制肩角处围岩剪切裂隙的产生和发育,增强顶帮围岩在空间上的相互支撑作用,有效提高围岩自承能力,防止厚顶煤巷道发生冒顶、片帮等非线性大变形现象。现场应用表明,采用顶帮整体锚固支护体系后,巷道顶板最大下沉量为50 mm,两帮移近量最大为100 mm,支护效果良好。     

孤岛工作面柔模混凝土沿空掘巷围岩协同控制技术

为解决浅埋孤岛工作面无煤柱沿空掘巷围岩强烈变形难题,建立了沿空掘巷覆岩结构模型,分析了沿空掘巷覆岩结构、矿压特征及顶板结构断裂形态,确定了影响完全沿空掘巷围岩稳定性的影响因素。采用理论分析和数值计算方法,确定了支护体可缩量和充填体支护阻力,提出了强化锚固体系承载性能、加强顶帮结构和巷内柔性支护等围岩协同控制思路。研究结果表明：采用新型“三高”锚杆、大直径高预应力锚索及配件进行加强支护,有效控制巷道浅部和深部的变形破坏;要加强巷道帮顶协同控制,通过加强巷帮煤体的支护强度和范围,实现帮部对顶板有效的支撑作用;巷内超前临时支护能抵抗关键覆岩断裂下沉,避免巷道顶板强烈变形;三种支护方式在时空上相互协调,从而实现三种支护方式对沿空巷道的协同控制。现场工程验证表明,巷道围岩和墙体结构保持稳定,变形在可控范围内,巷道支护效果良好。     

锚网梁索联合支护在急倾斜煤层煤巷中的应用

基于急倾斜煤层巷道围岩活动特点,采用动态设计方法,对急倾斜煤层巷道进行了锚网梁索支护设计,并对巷道支护效果进行监测,实践证明在急倾斜煤层全煤巷道中,由于受到水平构造应力的影响,巷道帮部围岩的稳定性要差于顶部围岩的稳定性,巷道帮部的支护是决定整个巷道支护效果的关键,巷道支护措施应该由支顶护帮向支帮护顶转变,为类似条件下的锚网索支护设计提供了科学依据。     

基于压力拱理论破碎围岩巷道结构失稳研究

针对破碎围岩巷道结构失稳问题,基于压力拱理论综合分析巷道顶底板、两帮围岩结构失稳机制;采用FLAC~(3D)数值计算模拟软件剖析巷道围岩结构失稳机理和灾变特征,通过工程现场检测分析巷道支护效果。结果表明:底-帮和顶-帮结合部是支护关键区,该区域能够有效阻碍覆岩顶、底板和两帮围岩运移,缓解岩体灾变概率;支护后巷道沉降量较未支护状态下巷道沉降量平均降低50%,应力峰值减小且呈线性分布,动力灾害得到有效控制,巷道实现安全掘进。     

深井高应力巷道围岩变形及控制技术研究

为了解决赵固一矿2号煤层11271胶带巷围岩变形破坏严重的问题,通过现场监测数据分析地质力学参数和原支护方案围岩变形破坏规律,指出围岩强度低、赋存水文地质环境复杂、应力集中系数高、支护强度无法达到要求是巷道围岩变形破坏的主要原因。提出了强力一次支护理论,采用全长预应力锚固强力锚杆锚索控制技术提高顶板初期支护预应力和支护强度,加强两帮支护的支护方案。现场试验效果表明:无论是从锚杆索受力还是从巷道顶底板和两帮变形量来看,采用全长预应力锚固强帮控顶技术后,巷道变形得到有了效控制,而且保证了正常回采。     

孤岛工作面沿空巷道锚固失效分析与支护对策

为解决某矿3210孤岛工作面回采巷道中大量锚杆锚索断裂及锚固失效、导致巷道围岩变形破坏严重的现象,对现场锚杆锚索的断裂数量分布和断裂形态进行统计分析,揭示了锚杆索支护失效的重点区域,发现大部分锚杆破断的位置都在杆尾螺纹处、大部分锚索破断位置均为杆体中部,进一步分析了巷道围岩破坏的破坏特点及原因。针对巷道支护帮弱的问题,对强帮护顶支护技术应用进行了探讨。基于研究针对原有支护,提出了“锚网索加强支护+帮部注浆补强加固”的支护对策,对支护参数及注浆施工参数进行详细设计。在改进支护前后对围岩变形情况进行实时监测与拉拔试验检验。结果表明,在工作面采动影响下,围岩变形量减小,该支护方案能提高巷帮抗变形能力与锚固能力,增强锚杆体锚固结构的弹性模量,能够有效解决锚杆索破断导致的锚固失效问题,极大提高了生产效率。     

高应力巷道卸压与支护综合控制技术研究

以某矿采空区受侧向支承压力强烈影响的变形巷道为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,对比分析了高强度顶板支护条件、高强度顶帮支护条件和底板切槽卸压条件下的巷道围岩稳定性,阐述了高应力巷道底板切槽卸压与高强度顶帮支护综合控制技术作用。     

深埋隧洞围岩及其支护结构内力与变形监测结果分析与研究

锚网支护是巷道支护主要结构形式,不同工况采用的支护结构不同。为了验证新型支护结构系统的支护效果,以现场工业试验为研究背景,通过对新型支护结构系统支护巷道的现场监测,重点对围岩的表面位移、锚杆受力状态、围岩深部变形等参数进行监测。通过对监测结果的分析,得到了以下结论：新型支护结构是一种柔性支护结构,能够与巷道围岩协调变形,并能保持足够的工作载荷且有部分余量,在设计允许范围内支护结构整体工作状态良好;通过对巷道深部位移、巷道表面位移、锚杆离层观测等参数的分析,得出锚固后的围岩体变形可以采用半对数函数进行拟合,同时,锚固后的围岩体在适度变形后整体变形量趋近于稳定状态,充分说明新型支护结构系统能有效改善围岩的变形,有效地提高了围岩的稳定性。     

小间距大断面巷道群围岩控制技术研究

为有效控制潘家窑矿小间距大断面巷道围岩变形，基于普氏理论、强帮强角理论、锚杆悬吊理论，以巷道极限平衡拱、附加平衡拱下部围岩压力为主要控制对象，通过巷道帮部、角部支护以抑制极限平衡拱的形成，从而降低巷道顶部、帮部围岩压力。根据潘家窑矿巷道围岩地质力学参数试验结果，分析巷道围岩普氏拱形成过程，确定普氏拱曲线方程，研究开拓巷道顶部、帮部受力状态，计算巷道支护参数。研究结果表明：潘家窑矿开拓巷道附加平衡拱跨度为47.34 m、高度为14.241 m;附加平衡拱附加压力最大值为99.886 kPa;巷道顶部、帮部压力最大值位于主要运输巷，分别为198.608 kPa、74.8343 kPa。因此，提出了巷道顶板、帮部采用锚杆支护，同时巷道角部及帮部采用锚索加强支护的巷道支护方案。现场监测数据证明，支护后巷道整体变形量普遍较小，锚杆(索)受力稳定，围岩结构保持了较好的完整性。     

滑动构造区厚煤层巷道锚固结构形成机制研究与应用

针对郑州矿区煤层赋存条件,从煤层结构、覆岩序列和支护特性3个方面阐述了滑动构造区厚煤层巷道的变形破坏机制。在此基础上,通过建立力学模型,研究了构造厚煤层中锚固结构形成的力学条件。并根据超化煤矿22031工作面地质采矿条件,通过实测端锚锚杆的锚固长度,在确定顶、帮锚固结构厚度的基础上,计算得到形成顶、帮锚固结构所需施加的锚杆预紧力分别为45.7 k N和44.0 k N。观测数据表明,回采巷道服务期间顶底板移近量约330 mm,两帮移近量约270 mm,巷道围岩变形得到有效控制。     

采空区下巷道锚杆支护参数优化数值模拟分析

为研究采空区下布置巷道围岩的控制技术,以厚煤层采空区下布置的2311工作面巷道支护参数选择为背景,采用数值模拟技术,利用正交试验,建立了27组锚杆支护巷道围岩力学模型,分析了不同支护参数与巷道围岩变形之间的关系,确定了最优巷道锚杆支护参数方案。结果表明:基于极差分析,影响巷道顶底板变形的最大因素包括帮与顶锚杆间距、帮与顶锚杆排距,其中帮锚杆长度、帮锚杆间距、间排距等三个因素对巷道两帮的变形影响最大;基于灰色模糊理论,确定锚杆间排距0. 7 m、锚杆直径18 mm、顶锚杆长2. 6 m和帮锚杆长2. 4 m为最优支护参数方案。模拟结果为现场巷道围岩控制提供了理论基础。     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

锚杆支护参数对巷道围岩稳定性影响研究

针对山西陵川崇安关岭山煤业工程条件,利用数值模拟方法,研究该矿开拓巷道和回采巷道帮部锚杆支护参数对巷道围岩稳定性的影响特征。研究结果表明:关岭山煤业开拓巷道和回采巷道顶属于I类巷道顶板,稳定性好,但为维护顶板完整性,利用少量锚杆支护即可;对于关岭山煤业15号煤层,帮部在锚杆直径较粗、锚杆较长、锚杆间排距较小时对巷道围岩稳定性有利,即帮部锚杆支护密度和长度较大时围岩稳定性越高;关岭山煤业开拓巷道和回采巷道帮部锚杆支护都宜采用直径18mm,长度2.4m,间排距为0.8m×0.8m的支护方式。     

动载扰动下特厚煤层巷道破坏机理及其控制技术研究

为改善园子沟煤矿特厚煤层巷道在高应力、强动载扰动下支护效果,以园子沟煤矿1102007工作面为工程背景,通过现场调研测试、数值模拟、理论分析及工程实践的方法,对巷道支护进行优化。通过数值模拟,分析了巷道围岩在动载扰动下变形破坏效应,巷道围岩浅部支护构件易损坏,深部围岩变形破坏严重;通过理论分析,提出了“长短锚杆索梯次支护+帮顶M型钢带整体支护+弱结构构建”组合支护技术。现场实践结果表明,采用新的支护组合体系后,可以有效控制巷道围岩稳定性。     

基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合MohrCoulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷...     

大松动圈下锚固承载层支护效应的弹塑性解

对于大松动圈围岩巷道,锚杆和围岩共同作用在松动圈内部形成了“锚固承载层”。为研究大松动圈下“锚固承载层”对巷道围岩应力分布的影响,通过理论推导和实例分析,认为“锚固承载层”在极限平衡状态下对塑性区提供的支护强度[pid]由锚杆支护强度[pi]和锚固承载结构强度两部分组成,根据支护强度[pi]和锚固层厚度b的关系提出了“锚固界限厚度”概念。对于松动圈外的围岩,将巷道周边的应力分布进行了重新计算并与传统的Finner-Kastner解进行了比较。研究表明：承载结构在巷道稳定性控制中占据主导作用,支护强度和承载结构协调作用更有利于巷道维护,修正Finner-Kastner解可为深部巷道围岩支护机理研究以及巷道支护参数设计提供理论依据。     

两帮加固对控制深部巷道顶底板变形机理研究

通过数值计算,模拟了支护与注浆加固两帮后巷道的顶底板围岩稳定性。模拟结果表明,对巷帮加固处理后围岩顶底板变形量减小,承载能力增强,巷道围岩水平应力增大,顶底板破碎区与塑性区范围缩小。从而得出巷道两帮的加固有利于巷道顶底板围岩的稳定性。     

上行开采顶板煤巷围岩稳定性控制技术研究

针对淮南矿区煤层群上行卸压开采被保护层回采巷道围岩控制的技术难题,采用数值模拟和物理模拟方法研究了下部煤层卸压开采后项板巷道应力场和裂隙场时空演化规律,以及卸压开采动压影响条件下,复合顶厚度小于锚杆锚固范围、复合顶厚度与锚杆锚固范围相当、复合顶厚度大于锚杆锚固范围时巷道变形破坏规律,结果表明:下伏采动和巷道掘进形成的叠加应力决定巷道围岩应力分布和裂隙演化特征,锚杆支护能够优化围岩的应力场和裂隙场,保证围岩整体结构稳定;复合顶厚度大于锚杆锚固范围的巷道安全状况最差,巷道变形破坏最严重.在此基础上提出了保障顶板安全、加固两帮、强化关键区域、增大锚固范围的控制原则,给出了以新型“三高”锚杆为基础的立体式锚索梁承载结构组合支护技术,并成功应用于工程实践,取得了良好的支护效果.     

浅埋煤层综采工作面回撤通道顶板支护技术研究

针对回撤通道受采动影响巷道顶板稳定性差、变形大等问题，以内蒙古高家梁煤矿20117回撤通道为工程背景，提出回撤通道顶板补强支护方案，建立回撤通道锚固梁结构力学模型，通过理论计算分析了锚固梁结构的稳定性，并在20117回撤通道进行现场实践。结果表明：20117回撤巷道顶底板移近量较小，巷道相对比较稳定，优化后的锚(网)索、垛式支架联合支护方式对围岩起到了加固与强化作用，很好地控制了围岩变形，保证了工作面回撤安全。     

浅谈动压影响巷道的围岩变形机理与支护分析

为了减少动压留巷巷道在掘进期间受高地应力发生的巷道变形、顶板受到基本顶回转引起的不均匀沉降而发生的层间错动,采用高预应力强力一次支护理论进行巷内锚杆支护。对巷道浅部围岩必须大幅提高锚杆支护的初期强度和刚度,通过施加足够预紧力并通过组合构件实现预应力扩散,将围岩锚固成一整体,提高锚固体的强度,阻止围岩的裂隙扩展,防止围岩变形进一步恶化;对于较深部的围岩,其变形具有一定的延性,应采用高预紧力锚杆锚索协调支护,补偿围岩侧向应力损失,抑制新裂纹的产生和扩展。特别是对于松软煤帮围岩的控制,对两帮采用分部强化支护,抑制围岩变形尤为重要。