复杂地质构造区域软岩层巷道围岩控制技术研究与应用

以软岩层矿井复杂地质构造区域巷道掘进与围岩控制为工程背景,在对巷道围岩应力环境、岩体强度、围岩内部裂隙发育状况详细测定和围岩可锚性试验的基础上,提出"强力锚杆初始支护+破碎围岩注浆加固+高预应力锚索加强支护"的巷道围岩控制技术。实践表明,强力锚杆支护系统与破碎围岩注浆加固相结合的围岩控制方式,是解决复杂地质构造区域软岩层巷道围岩控制难题的有效途径。     

高预应力强力支护系统在王坡煤矿的应用

简述了高预应力强力支护理论,分析了王坡煤矿3号煤层的地质条件,根据地质生产条件,采用高预应力、强力锚杆锚索支护系统,成功支护了王坡煤矿大断面及复杂困难条件巷道,根据矿压观测分析,该支护系统有效控制了巷道围岩的变形,保持了巷道围岩的稳定性。     

高预应力强力支护技术现场应用研究

高预应力强力支护能够大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度,保持围岩的完整性,往往一次支护就能有效控制围岩变形与破坏。通过现场应用表明:采用高预应力强力支护技术提高了水帘洞煤矿巷道的安全性和可靠性,巷道从施工开始到结束,其变形和位移得到有效控制。     

深井褶曲构造影响区松软破碎围岩综合加固技术研究

文中针对围岩破坏特征,提出了高预应力全锚索支护和滞后注浆综合加固技术。对已变形巷道进行维修后先采用预紧力全锚索配合钢筋网片支护控制围岩的进一步碎胀变形,再进行喷浆封闭,防止围岩风化同时为后期注浆创造有利条件。最后采用浅、深孔二次耦合注浆对围岩内部裂隙进行充填,增强围岩裂隙面的粘结强度和围岩完整性,提高锚索预应力往围岩深部的传递能力,从而提高支护承载结构的承载能力。通过现场试验表明:主运输大巷采用高预紧力全锚索和滞后注浆综合加固技术后,有效控制了主运输大巷变形,保证了巷道的使用安全。     

高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用

针对煤矿深部及复杂困难巷道条件，分析了锚杆支护作用，提出高预应力、强力支护理论，大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，保持围岩的完整性，减少围岩强度降低；开发出高预应力、强力支护系统，包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料，力学性能得到显著提高；高预应力、强力支护系统成功应用于新汶矿区千米深井巷道，巷道变形降低70%左右，顶板离层仅为原来的5%，巷道支护状况发生了本质改变.实践证明，高预应力、强力支护系统可有效控制围岩变形与破坏.同时，提高顶板支护的刚度与强度可有效地减小煤帮压力和底臌.     

深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

煤矿巷道支护与加固材料的发展及展望

我国煤矿巷道支护与加固方法主要有4种形式,包括棚式支架、支柱、砌碹支护、喷射混凝土及巷道用液压支架等围岩表面支护型,锚杆与锚索围岩锚固型,注浆加固围岩改性型及联合控制型。系统介绍各种支护材料与构件的力学特性,注浆加固及充填材料的物理力学性能,分析其支护加固效果及适用条件。指出我国煤矿已形成了包括金属材料、非金属材料及复合材料的煤矿巷道支护加固材料体系,实现了从木材到金属的支护材料革命,被动支护到主动支护的技术革命,不仅显著提高了巷道围岩控制效果,而且降低了巷道维护成本,为煤矿实现安全、高效建设与生产提供了可靠的保障。最后,分析了支护加固材料与构件存在的问题,对其未来的发展进行了展望。     

深部大巷破碎围岩注浆支护技术

针对九龙煤矿-850 m深部胶带大巷围岩破碎、支护失效等问题,通过围岩力学性能测试、围岩裂隙窥视、巷道围岩浅孔注浆结合深孔注浆锚索二次加固试验对巷道围岩破坏机理和稳定性进行了研究。结果表明,巷道所处位置水平构造应力大和巷道支护结构设计不合理是造成胶带大巷围岩破坏的主要原因。根据破坏机理和理论计算得到的浅孔注浆结合深孔注浆锚索二次加固支护方案能有效解决由水平构造应力带来的巷道围岩破坏问题,巷道注浆加固后,巷道两帮和顶底移近量较加固前仅增长5 cm和3.5 cm,控制了巷道围岩整体移近量,支护效果明显。     

复合注浆技术在成庄矿动压巷道加固中的应用

结合成庄矿二盘区2103巷的地质条件和巷道破坏状况,提出了水泥浆与不饱和聚酯化学浆复合注浆、预应力注浆锚索补强的巷道围岩加固方式。数值模拟表明,注浆情况下预应力锚索的支护效果得到了大幅度提高。水泥浆充填粗缝,化学浆粘结细微裂隙,并设计合理的注浆压力,使围岩裂隙扩张,注浆后回缩产生注浆预压力。该支护方法能有效避免动压巷道的强烈变形。     

基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固应用研究

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法.以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液加固原理,研发新型高强预应力注浆锚杆系统,形成基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注支护方案.通过浆岩界面SEM扫描、围岩钻孔窥视、锚杆索受力和围岩变形监测等方法综合评价该新型预应力锚注的工程应用效果.结果表明:通过高强预应力注浆锚杆的轴向约束应力与自应力浆液的膨胀应力使加固围岩处于准三维受力状态,实现了破碎围岩的强化与损伤修复;新型高强预应力注浆锚杆具有预应力大、预应力施加标准、锚固力高、杆体强度高等优点,能够对围岩提供高轴向约束;新型锚注加固后,注浆浆脉充填围岩裂隙,浆液结石体与岩体结合致密;注浆锚杆索受力稳定,巷道表面围岩最大位移为83 mm,说明通过新型预应力锚注加固方案实现了变电所巷道围岩稳定性控制.     

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。     

余吾煤业轨道大巷破碎围岩控制技术

分析了破碎围岩弱面、水蚀、构造应力、大断面等因素对余吾煤业+400 m水平轨道大巷围岩变形破坏的影响,论述了轨道大巷两帮破坏诱发顶板变形的围岩破坏特征,进一步阐述了采用注浆加固减小帮顶围岩塑性区,锚杆支护提高了围岩的自承能力的锚注联合控制技术。矿压观测结果表明,注浆加固围岩弱面后,锚杆锚索初期快速承载,围岩最大表面位移约23 mm,控制效果显著。     

围岩新型注浆加固技术在成庄煤矿的应用研究

针对晋煤集团成庄煤矿2319综放工作面巷道围岩破碎的具体情况,分析了破碎原因和破碎范围,使用2ZBQ型气动注浆泵对23191巷两帮进行了注浆加固。为保证注浆加固效果,采用了分层分区注浆技术,对同一钻孔的浅部和深部分别进行浅孔低压、深孔高压相结合的注浆加固工艺,形成了一套适用于该煤矿的新型注浆加固工艺,通过钻孔窥视镜及注浆后片帮煤块中浆液分布情况的观察分析,该技术满足了破碎围岩注浆加固的要求,效果显著。     

深井高应力巷道围岩强力-分次支护协调控制技术研究

为解决深井高应力巷道围岩变形破坏问题,结合强力支护理论及巷道围岩变形与支护时机关系分析了深井巷道强力-分次支护的力学机制,提出了一次锚网喷、二次全断面锚注配合底板鸟笼锚索相协调的强力-分次支护技术,现场应用实现了深井巷道围岩变形可控。结果表明：随一次强力支护时间延长,深井巷道围岩变形速度先降低后变缓再突然增加,二次支护的最优时机为围岩变形速度变缓阶段。     

预应力在锚杆支护中的作用

在分析目前复杂困难条件下锚杆支护存在问题的基础上，论述锚杆支护系统刚度，特别是预应力对支护效果的重要性.采用有限差分数值计算软件分析了不同预应力下锚杆、锚索产生的应力场分布特征，以及钢带对锚杆预应力扩散的作用.提出锚杆主动支护系数、强度利用系数、预应力长度系数、有效压应力区、预应力扩散系数、有效压应力区骨架网状结构及临界支护刚度等概念.井下试验表明，大幅度提高锚杆预应力可显著减小巷道围岩变形，有效控制顶板离层；钢带在预应力支护系统中起非常重要的作用；锚杆预应力存在临界值，达到或超过临界值后锚杆支护可有效控制围岩变形与破坏.     

采动敏感型底板巷道支护技术研究

某煤矿底板巷道受上覆煤层开采影响时,变形失稳严重,支护困难。在矿区地应力场、围岩力学性能测试的基础上,对巷道失稳状况进行了调查,实测了巷道围岩变形的基本规律,分析了巷道失稳的机制,提出了基于采动敏感型巷道的控制围岩稳定的支护机理;同时针对工程实践,提出高强度预应力锚杆为基础,巷道关键部位加强支护及二次注浆加固技术方案,并在现场进行了工业性试验。实践表明,提出的支护对策可有效的控制巷道围岩稳定,具有广阔的推广应用前景。     

高应力超大断面硐室围岩控制对策研究

针对深部高应力超大断面硐室围岩易失稳的问题,以红庆河煤矿设备换装硐室为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了在低扰动掘进条件下超大断面硐室的围岩应力分布特征及变形规律,结果表明：高应力条件下,超大断面硐室塑性区范围明显变大,硐室帮部及底板相对于顶板更容易发生失稳,并提出强力一次全断面支护对策,底板锚索采用水泥灌浆实现全长预应力锚固。现场实践表明,硐室围岩稳定,变形量控制在30mm以内。     

让压与锚注法在软岩巷道中的研究与应用

神火煤电公司葛店矿-600 m轨道大巷属于典型的软岩巷道,围岩具有大变形、高压力的特点,锚网喷加锚索等常用的支护形式已难以控制巷道围岩.软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失败的主要因素,提出利用锚杆兼做注浆管,可实现锚注一体化.基于数值模拟和现场观测,采用先让后抗的原则,在合适的时机进行了锚注支护.让压与锚注法在-600 m轨道大巷的应用结果表明:该技术能有效控制软岩巷道围岩的变形,是一个支护的新途径.     

阳城矿深部复合型软岩大巷破坏机制与支护设计

针对阳城煤矿南翼软岩大巷严重底鼓和断面收缩等非线性流变大变形控制难题,综合采用力学试验、现场测试和理论分析等方法,分析了南翼大巷围岩的地质力学特性和破坏特征;通过建立受二向均布载荷作用下的巷道力学模型,研究揭示了阳城煤矿南翼软岩大巷变形破坏力学机制。结果表明:地应力环境对大巷产生了极为不利的影响;大巷围岩属HJS复合型软岩,节理裂隙发育、松动破坏严重,使得可承载的完整岩层厚度较小是大巷破坏严重的关键因素。基于大巷复杂的破坏机制,提出了以锚注为主体的锚网索喷注联合支护方式,并设计使用了新型的注浆锚索,注浆管+注浆锚索深、浅耦合注浆,取得了良好的现场应用效果,实现了软岩大巷变形的有效控制,为类似巷道工程提供了参考。