深井直角梯形回采巷道变形破坏规律与控制技术

深井倾斜煤层巷道沿顶板掘进形成的断面为直角梯形,针对该类巷道回采过程中的围岩非对称变形和控制问题,以74104工作面直角梯形巷道为工程背景,采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法对深井采动影响下直角梯形巷道的变形破坏规律与控制技术进行研究。研究表明：非对称变形破坏主要表现在高低帮变形非对称、高低帮煤壁上下部变形破坏非对称和顶底板变形沿巷道中线非对称3方面,直角梯形巷道的典型破坏方式为高帮上部滑移;采动导致的非对称应力是巷道非对称变形的直接原因,A区(高帮侧采空+低帮侧采动)直角梯形巷道高低帮应力差异可达18.59 MPa,高低帮应力差异与巷道非对称变形呈正相关;直角梯形巷道顶板最大下沉位置向高帮侧偏移,底板最大底鼓位置向低帮侧偏移,高帮变形量显著大于低帮,变形控制重点为高帮侧煤柱;提出“联合支护+高帮补强+低帮卸压”的巷道围岩控制方法满足安全生产要求,现场应用效果较好。     

直角梯形巷道围岩应力非对称特征数值模拟研究

针对石炭井二矿区倾斜煤层直角梯形巷道围岩出现非对称变形破坏,给巷道的稳定性控制和支护带来很大困难的问题,采用数值模拟方法,对该矿区巷道垂直应力、水平应力及水平位移进行了系统分析研究,给出了倾斜煤层直角梯形巷道围岩应力的分布规律及破坏特征。研究结果表明:巷道两帮、顶板及尖角处均呈现明显的非对称应力集中现象,主要表现为两帮应力集中峰值和距帮部侧壁的距离差异明显,并随着倾角和地应力增大而增大,当倾角为18°～27°,低帮应力集中峰值为高帮的1.07～1.33倍,高帮到巷道帮部侧壁的距离比低帮大1.26～3.79 m。其次沿煤层倾角相同方向对称的两尖角处表现为明显的压应力区,而相反方向两尖角处则表现为明显的拉应力区,且压应力和拉应力的最大值均出现在巷道顶板的两尖角处,其破坏特征表现为低帮一侧及底板严重的变形破坏。     

急倾斜特厚煤层巷道非对称变形机理

针对急倾斜特厚煤层回采巷道出现的非对称变形破坏,采用现场实测、力学建模计算及数值模拟揭示了急倾斜煤层巷道开挖后非对称变形破坏机理,分析了巷道开挖后应力场及塑性区分布特征,提出了可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护加固方案。研究表明:① 巷道非对称破坏表现为坚硬岩层侧帮部沿层理下沉、滑移、内扩,煤体侧帮部挤出帮臌;坚硬岩层侧顶部下沉量大于煤体侧,巷道中轴线偏向煤体侧;② 巷道发生非对称的变形机理为:在非均布载荷的作用下,巷道两侧肩角支座反力的倾角及大小发生变化,坚硬岩层侧支座反力大于煤体侧,倾角为煤体侧大于坚硬岩层侧,坚硬岩层侧帮部在小角度大应力作用下沿层理滑移、下沉、内扩,煤体侧帮部在近乎垂直角度作用力下使帮部煤体挤出帮臌;③ 巷道从坚硬岩层侧向煤体侧弯矩一直增大,剪力呈现为先增大后减小再增大的趋势,且在二次增大时方向改变,方向改变处即为巷道轴线向煤体侧的偏移位置,轴力呈现为抛物线形式的先减小后增大,在非均布载荷作用下的巷道最优合理断面即为“非对称三铰斜拱”;④ 提出可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护,重点加强巷道煤体侧帮部及坚硬岩层侧顶部支护。     

梯形断面巷道支护效果考察

为了考察针对梯形巷道高帮变形严重制定的支护方案的效果,在距离巷道口320m、350m、380m位置布置了三个测点,观测随着测点与工作面间距的变化引起的围岩变形情况。观测结果表明,高帮侧围岩变形仍然大于低帮侧,该支护方案能够有效地控制巷道围岩变形,减小围岩的变形量和变形速度,同时具有经济优势。     

倾斜煤层回采巷道锚杆支护参数数值分析

以云驾岭煤矿实测的岩层参数为基础,针对倾斜煤层回采巷道,建立数值计算模型,并通过改变顶板锚杆和锚索的直径、排距、倾角等建立了10种数值试验方案,应用FLAC3D2.0进行数值计算,比较分析了倾斜煤层回采巷道中各支护构件在控制围岩变形方面的作用,得到了以下结论:倾斜煤层中的回采巷道支护应该以顶板、高帮下部、低帮上部和靠近低帮的底板为关键部位;顶锚索和锚杆由垂直于顶板改为竖直设置能更好的发挥悬吊作用,减小顶板下沉。本研究成果可为倾斜顶板巷道支护机理的研究以及支护设计与施工提供参考。     

煤巷异常区域快速掘进围岩关键部位确定及控制

为了解决刘庄煤矿150802胶带顺槽快速掘进过程中巷道帮角局部变形严重的问题,通过FLAC3D数值模拟软件确定了巷道异常区域的关键部位.结果表明:巷道在帮角处产生较大剪切应力集中区域,高帮角的剪切应力集中值大于低帮角,巷道顶板的位移变形量大于两帮,通过数值模拟确定巷道支护的第一关键部位是巷道顶板的两个肩窝,其次是顶板,...     

不同赋存条件巷道围岩力学特征数值模拟研究

为掌握巷道围岩力学特征,以淮南谢一矿513(3)工作面回采巷道的地质条件为背景,采用FLAC3D对不同埋深、不同倾角的巷道进行了数值模拟研究。结果表明:随着埋深的增加,巷道围岩水平位移、垂直位移、水平应力、垂直应力呈非线性增加趋势,并且随着埋深的增加,巷道围岩塑性区逐渐增加;岩层倾角变化对巷道水平位移、水平应力影响较大,对竖直位移、垂直应力影响不大,巷道围岩破坏范围随着岩层倾角的增加逐渐增大,可为安全生产提供指导。     

大倾角煤层巷道变形机理与支护控制研究

针对大倾角煤层巷道围岩难以控制的现状,结合菏泽某矿区的巷道地质资料,采用FLAC软件对大倾角煤层巷道围岩应力分布和变形破坏进行研究。结果表明:与近水平煤层巷道相比,大倾角煤层巷道开挖后巷道变形表现为非对称性;对大倾角煤层巷道应加强低帮中部、高帮煤岩交界处的支护强度和重视靠近低帮侧的顶底板支护。在此基础上,设计了巷道支护控制方案,有效地控制了大倾角煤层巷道的变形破坏问题。     

不同梯形巷道围岩应力特征及变形规律的数值模拟研究

为了探究不同梯形巷道围岩应力特征及变形规律,以控制变量法为基础,以FLAC~(3D)数值模拟为技术手段,对等腰梯形巷道和直角梯形巷道周边的水平应力、垂直应力和最大主应力展开了研究。研究结果表明:等腰梯形巷道随着梯形巷道顶底宽比例的增加,水平应力逐渐向底板转移,巷道底板两侧边角处为应力集中区域;直角梯形巷道随着顶板与侧帮(低帮)角度的增加,巷道周边的应力呈非对称分布,巷道周边的水平应力逐渐向直角梯形巷道高帮一侧转移,且巷道顶板靠近高帮一侧为应力集中区域。对比发现,无论采用等腰梯形巷道还是直角梯形巷道,巷道围岩稳定性的主控应力为垂直应力。     

软弱夹层对金矿深部巷道围岩稳定性影响研究

含软弱夹层巷道围岩稳定性是黔西南金矿深部开采过程中遇到的一大难题。为保障矿山安全高效生产,采用FLAC3D模拟软件建立不同软弱夹层产状对巷道围岩稳定性影响的分析模型,研究巷道埋深、软弱夹层倾角和位置对巷道工作面稳定性的影响。结果表明：随着埋深的增加,巷道围岩变形量和塑性区体积均逐渐增大;当软弱夹层倾角在0°～40°范围内时,随着倾角的增加,巷道围岩变形量和塑性区体积均逐渐增大;当软弱夹层倾角大于0°时,巷道表面位移呈现不对称性：左拱肩>右拱肩,左帮>右帮,左拱脚<右拱脚,且随着角度的增大,这种不对称性更加明显;随着软弱夹层距巷道顶板距离的增加,巷道表面位移逐渐减小,巷道不对称变形的程度变小,围岩的塑性区体积逐渐变小。研究结果可为类似巷道工程支护提供一定的参考依据。     

坤达煤业3203工作面回采巷道支护方案数值模拟分析

以坤达煤业3203工作面为对象,采用数值模拟方法,分析了浅埋深矩形巷道在近水平煤层中采用锚杆索联合支护时的巷道围岩变形特征。结果表明,锚杆索支护后围岩破坏以顶板、底板、两帮表面中部最大,顶板破坏范围大于底板;巷道表面位移量在左帮、右帮和顶板都是随运算步数增大逐渐增加,增长趋势减缓,底板巷道稳定速度比顶板和两帮快;围岩位移量的变化趋势是随距巷道表面距离增大,变形量减小,减小速度由大变小,逐渐趋于零。但巷道整体位移量较小,说明锚杆索支护对巷道破坏产生了较好的抑制作用。     

高水平应力对复合顶板巷道稳定性影响的分析

水平应力是影响巷道围岩稳定的重要因素,采用纵横弯曲理论及其数值模拟的方法分析研究水平应力对复合顶板离层、煤层巷道围岩的位移及其应力分布状态的影响。研究结果表明:水平应力可使顶板的岩层的弯曲变形量增加,且水平应力越大,岩层的弯曲变形量越大,巷道顶底板的变形破坏程度大于巷帮的变形破坏程度。     

糯东煤矿松软围岩巷道变形破坏研究

针对深部围岩巷道变形破坏的问题,以糯东煤矿北翼轨道巷道围岩为工程背景,采用钻孔窥视成像技术及现场监测相结合研究研究巷道围岩变形破坏特征。研究结果表明:北翼轨道巷道围岩变形量随时间的增加而增加;通过钻孔成像技术可知,北翼轨道帮部围岩在0~3.0 m处为围岩第一破裂化区域（破碎区）,但破碎程度依次减小;4.0 m处为岩层稳定区,局部仍出现离层或破裂现象,但围岩整体稳定;北翼轨道顶板围岩在0~5.0 m处为围岩第一破裂化区域,6.0 m为岩层稳定区。研究可为深部围岩巷道变形控制提供理论依据。     

叠加支承压力影响沿空巷道围岩稳定性特征及支护对策

针对急倾斜煤层叠加支承压力作用下沿空巷道围岩变形失稳问题,采用室内试验、数值模拟、理论分析和现场实验相结合的方法,对比研究了回采前后沿空巷道围岩位移、应力分布和塑性区范围等稳定性特征,开展了锚网索联合支护参数敏感性分析。结果表明：固定支承压力下,沿空巷道围岩应力非均匀分布,围岩变形以顶板下沉和两帮非对称变形为主;叠加支承压力作用下,沿空巷道围岩变形加剧,靠近采空区侧煤体弱化程度加深,煤帮及顶、底板岩层深部岩体向塑性状态转变;锚网索主要参数敏感性从强到弱依次为锚杆间排距、锚杆长度和锚杆预紧力。据此提出了非对称锚网索支护方案,有效控制了支承压力叠加影响沿空巷道围岩变形。     

松软煤层高帮巷道巷帮控制技术

针对松软煤层高帮动压巷道围岩变形特点,以阳泉上社煤矿地质条件为对象,分析了巷帮破坏机理和解决对策。松软高帮在不均衡应力和顶帮不同强度的作用下,发生剪切破坏,并在巷道四角处产生剪应力集中区;高预应力锚索支护松软高帮时,可减小塑性破坏范围和剪应力集中程度。结合注浆加固作用特点,提出松软高帮的高预应力注浆锚索支护技术。井下实践表明,松软高帮巷道巷帮高预应力注浆锚索全高支护可有效控制巷帮大变形,提高围岩稳定性,试验效果良好。     

厚煤层留小煤柱沿空掘巷支护技术研究

为研究厚煤层小煤柱沿空巷道的围岩变形特征及支护技术,解决巷道的失稳难题,以魏家地煤矿西2305运输顺槽为研究对象,采用理论分析及数值模拟对小煤柱巷道围岩结构形态及应力分布状态进行分析,采用现场实测的方式对沿空巷道围岩变形及支护参数展开研究。研究表明,小煤柱巷道围岩应力受一次回采影响呈非对称性,煤柱受力与上覆岩层载荷及悬露基本顶岩块长度成正比,与煤柱宽度成反比;小煤柱沿空巷道在掘进期间,围岩变形量相对较小,且变形沿巷道中轴线呈高度对称性;一次回采后,巷道围岩在煤柱侧变形和破坏较大,巷道变形呈非对称性。基于现场实测所得巷道围岩变形特征,提出了加强锚索进行小煤柱巷道的加固。通过现场工业性实验,加强支护后,煤柱侧帮部变形量减小至原来的58.3%,有效控制巷道围岩变形,减小煤柱帮部变形严重的问题。     

急倾斜巷道围岩变形数值模拟分析

为了研究急倾斜岩层中巷道的稳定性,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了500~1 000 m深度下75°倾斜岩层中巷道开挖后的变形特征及围岩应力分布规律。结果表明:急倾斜岩层中的巷道变形,主要受倾斜层理及软弱岩层的层间滑动控制,巷道开挖后的最大变形方向与岩层的倾向基本一致,并且随着巷道的深度增加,变形量也逐渐增大。而且,巷道围岩的变形与应力分布具有非对称特征。数值模拟结果与解析解对比表明,由于解析解的限制,在靠近巷道的围岩处与数值模拟结果有一定的偏差,但是进入弹性区后,两种解的结果具有较好的一致性。     

大倾角破碎煤层巷道冲击破坏特征与支护方法

大倾角煤层巷道冲击地压破坏表现出非对称特征,支护控制方法也特殊.以古山煤矿为工程背景,揭示锚杆锚固体脱落及巷道围岩非对称破坏的原理,提出全断面锚索、网、喷联合非对称支护方法,并进行现场试验.结果表明:随着巷道围岩塑性区域的发育以及外露破碎煤体风化等作用,锚杆轴力衰减严重,锚固体近似处于零压力区,在冲击载荷作用下整体脱落;巷道两帮存在较大的垂直应力,顶底板存在较高的水平应力,在煤层倾角参与作用下,巷道结构出现大致垂直于煤层倾斜方向的主作用力,导致与煤层倾角垂直方向,巷道一侧肩窝和对应的底角变形剧烈;基于巷道破坏原理,提出以帮锚索取代帮锚杆,并进行锚网支护煤体喷浆,解决锚杆轴力降低、锚固体整体脱落问题;针对巷道结构主作用力方向进行非对称加强支护,以控制肩部与底角围岩剧烈对称破坏.工程试验表明,该方法不仅提高了巷道围岩抵抗冲击地压破坏的能力,而且大大减小了巷道围岩变形量.     

倾斜煤层下行开采沿空掘巷煤柱尺寸研究

针对倾斜煤层下行开采沿空掘巷煤柱尺寸选择问题,文章以任楼煤矿7259风巷为背景,运用数值模拟的方法模拟了煤柱尺寸从3m到10m时巷道围岩的应力场、位移场。研究结果表明:5m煤柱宽度垂直应力及其峰值已变得稳定,煤柱中存在一定宽度的弹性核,能承受回采引起的支承压力对巷道影响。此时,沿空帮水平方向位移量及其峰值急剧减小,煤柱中部水平方向位移量变化较慢,煤柱的稳定性好。最终,确定合理的煤柱尺寸为5m。然后,用理论分析的方法计算了煤柱尺寸,两种方法确定煤柱尺寸结果相差不大。将研究成果用于现场实践,巷道围岩变形得到了有效控制,巷道维护效果良好。     

倾斜煤层综放沿空留巷围岩稳定性模拟研究

以倾斜煤层综放工作面为研究对象,运用数值模拟的方法,从技术因素和地质因素2个方面,对煤层刚度、煤层埋深以及巷旁充填体强度不同时,沿空留巷围岩应力和位移随下区段工作面推进的动态分布和变化规律进行了模拟研究,以揭示不同工况条件对巷道围岩稳定性的影响规律。结果表明:煤层刚度越大,巷道围岩变形量越小,但两帮垂直应力越大;煤层埋深越大,巷道变形量和两帮垂直应力越大,但煤层埋深对煤层底板及巷旁充填体的影响相对较小;随巷旁充填体强度的增大,实体煤壁侧的垂直应力受影响较小,巷旁充填体侧垂直应力逐渐增大,巷道顶板和巷旁充填体侧位移逐渐减少,巷道底板和实体煤壁侧位移量逐渐增加。