大倾角特厚复合顶板巷道支护稳定性分析

针对大倾角特厚复合顶板煤层倾角大、围岩强度低、层间黏结力弱且易离层等特点,结合永宁煤业4105工作面顺槽巷道实例,采用FLAC^3D数值模拟软件,模拟了不同断面形状与支护参数巷道围岩塑性区分布规律和围岩应力分布、变形等特征。研究结果表明,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,更加适合大倾角特厚复合顶板巷道的开挖支护。     

深部穿层巷道非对称变形机理及控制对策研究

针对深部穿层巷道围岩非对称变形破坏特征,对其破坏机理及控制对策进行了数值分析和工程试验研究。结果表明,受埋深大、高地应力,特别是水平构造应力的影响,原支护下巷道围岩出现了非对称大变形破坏,穿层巷道断面与岩层倾向成钝角部位表现出最先破坏的关键部位特点;非对称破坏主要表现为围岩结构的非对称性影响下产生的不同岩层间的剪切滑移变形及高应力作用下的软弱岩层挤出变形等错位变形。结合现场工程地质条件,提出了锚网索+底角锚杆的非对称耦合支护对策,对关键部位进行了加强支护,有效地遏制了围岩的非对称变形,消除了巷道围岩的错位变形,提高了巷道围岩整体稳定性,现场应用效果良好。     

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。     

不同煤层倾角锚杆支护巷道围岩受力特征物理模拟研究

为了研究煤层倾角变化对锚杆支护回采巷道围岩力学特征的影响,结合淮南矿区大倾角煤层开采地质和技术条件,应用自制相似材料模拟旋转试验架,建立了煤层倾角为0°,30°和45°的锚杆支护回采巷道的相似材料模拟模型,系统分析了不同煤层倾角锚杆支护回采巷道围岩应力、变形和破坏特征。随煤层倾角增大,巷道围岩应力分布和变形的非对称性特征更加明显;倾角越大,巷道围岩的整体稳定性越差。研究得出顶板、高帮和底板是大倾角煤层实体煤回采巷道围岩稳定性控制的关键部位,揭示了煤层倾角变化对锚杆支护巷道围岩力学特征影响的作用机理。工程应用表明,大倾角煤层回采巷道围岩稳定性控制的关键是根据巷道围岩非对称结构特点和围岩力学特征的非对称性,采用非对称锚网索组合支护,并不断改进支护材料、优化支护参数、加强施工工艺和质量管理。     

深井复合顶板半煤岩巷稳定性控制研究

针对淮南矿务集团谢一矿5132工作面运输顺槽的地质条件,分析深部复合顶板巷道围岩破坏特点,考虑岩层中软弱层,分析有倾角复合顶板巷道受力特征,认为倾角较大时顶板在巷道中部运动剧烈导致巷道失稳,提出用非对称支护设计,对围岩采用高强锚网索支护,充分利用围岩自身承载能力,控制巷道变形破坏。     

层状岩体巷道断面形状优选及支护方式研究

在层状岩体中施工巷道工程时,岩层倾角很大程度上决定了巷道的变形破坏特征,选择合理的巷道断面形状和支护方式对于维护巷道稳定至关重要.采用数值模拟方法系统地研究了层状岩体巷道在不同岩层倾角下的破坏模式,并结合压力平衡拱理论确定了层状岩体巷道断面形状的优选原则,继而提出了相应的支护方式.研究结果表明,在岩层倾角由水平逐渐变为陡立的过程中,巷道顶板的破坏模式也由对称的拱形冒落演变为非对称的楔形冒落,甚至是整体滑移破坏;基于压力平衡拱下巷道的自稳特性,对于顶板发生拱形冒落及整体滑移破坏的层状岩体巷道,推荐采用直墙拱形断面,对于楔形冒落的层状岩体巷道,推荐采用五边形断面;根据兰氏锚杆经验准则确定的支护参数一般适用于顶板发生拱形或楔形冒落的层状岩体巷道,当其用于顶板发生整体滑移失稳的层状岩体巷道时,可能会导致支护参数不够稳健.     

复杂围岩大断面回采巷道底鼓控制研究

 底鼓是复杂围岩环境下巷道破坏的主要特征之一。采用有限差分软件FLAC3D对清水营煤矿110202工作面辅助运输巷道底鼓进行模拟,分析其位移、应力分布特征,得出其底鼓力学机理：巷道开挖后,在巷道顶板中形成拱形承载结构,上覆岩层重量通过拱形承载结构传递到巷道两帮,在两帮产生应力集中,在两帮垂直集中应力的约束下,底板受水平挤压作用形成主被动塑性区,当底板塑性区围岩压力大于围岩强度时,巷道底板发生应力失稳,产生底鼓。提出复杂围岩环境下巷道底鼓控制的“顶板—两帮—底板”系统结构支护方式,试验结果表明该支护方式取得了良好的底鼓控制效果,取得了显著的经济和社会效益。     

厚软弱顶板岩层巷道围岩控制技术研究与应用

为解决厚软弱顶板岩层下巷道维护困难问题,以新大地公司15303工作面回风顺槽为工程背景,分析了厚软弱顶板岩层下巷道围岩变形破坏特征,开发了的厚软弱顶板岩层下巷道围岩控制技术,技术应用后,有效解决了厚软弱顶板岩层下巷道维护难题,实现了15303工作面回风顺槽的稳定控制.     

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.     

近断层大断面巷道变形分析与控制

为了解决近断层大断面巷道的支护难题,针对山西晋城赵庄矿近断层大断面巷道53121巷在掘进期间发生顶板剧烈下沉、两帮非对称变形和支护结构失效的现象,通过现场调研和数值模拟,分析近断层大断面巷道变形破坏的特征和原因。结果表明,断层面剪切滑移破坏、围岩松软破碎、支护结构针对性差是造成大断面巷道变形破坏的原因。利用非对称支护原理,提出该巷道围岩的控制技术,即顶板采用全锚索支护方式控制大断面巷道顶板下沉,两帮采用锚杆+锚索非对称支护技术控制大断面巷道两帮非对称变形,促使支护结构均匀承载,从而控制巷道围岩变形。工程实践表明,采用新支护方案后,围岩变形得到有效控制,巷道稳定性大幅提高。     

基于地应力的巷道支护参数设计研究

围岩强度与地应力的关系是导致巷道破坏的重要影响因素。分析了锚杆支护与围岩应力的关系、预应力锚杆与围岩变形的关系,然后数值模拟分析了不同支护条件下围岩破坏情况和应力分布情况。数值模拟得出,构造应力场下,顶板在锚杆锚索联合支护下,巷道变形量很小,巷道支护效果良好,顶板离层现象基本消失。以某矿为例,对巷道进行地应力测试以及巷道支护设计,通过锚网喷联合支护,特别是对顶板进行加固,支护取到了良好的效果。     

软弱顶板煤巷锚杆支护技术研究

为解决软弱顶板煤巷支护难题,提高掘进速度,针对巷道围岩软弱特征,采用BHS-56型围岩强度装置进行测试,基于测试结果,依据试验巷道生产地质条件,通过数值模拟研究了巷道不同支护方案,确定了巷道支护方式及参数.井下矿压观测结果表明,设计的支护方案能够有效控制巷道变形.     

石炭井二矿倾斜煤层巷道支护技术研究

针对倾斜煤层巷道围岩应力分布复杂多变、常规支护方案效果欠佳的问题,结合石炭井二矿具体工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场监测的手段,对倾斜煤层直角梯形巷道支护技术进行了系统研究。研究结果表明:倾斜煤层直角梯形巷道顶底板竖向应力向低帮侧偏斜,水平应力在巷道尖角处集中,在顶板两侧尖角处表现得尤为突出。根据这种特征提出了具有针对性的非对称支护方案,并进行了数值模拟分析,支护后围岩应力非对称分布特征得到明显改善,变形量大大减小。现场实施监测表明该方案能有效控制倾斜煤层直角梯形巷道的非对称变形破坏,根据巷道围岩应力非对称分布规律提出针对性的支护方案对倾斜煤层巷道围岩稳定性控制具有重要作用。     

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

倾斜厚煤层沿空梯形巷道煤柱合理宽度研究

为了探究倾斜煤层沿空巷道合理煤柱宽度留设,采用理论分析、数值模拟和工业性试验相结合的方式开展研究。结果表明:通过建立沿空巷道基本顶力学模型,推导出倾斜煤层内应力场影响范围为12.2~12.8 m;数值模拟不同煤柱宽度下巷道围岩偏应力分布特征,最终确定合理窄煤柱宽度为10 m;继而提出顶板预应力锚杆+高强度单体锚索+桁架锚索支护耦合作用下的非对称围岩控制技术,现场矿压观测结果表明巷道围岩稳定性良好。     

巷道围岩变形破坏特征及支护方案研究

为了确保巷道围岩的稳定性,理论分析了巷道围岩变形破坏特征,得出了开挖后巷道围岩变形速率分布及巷道塑性区和原岩应力的关联;数值模拟分析了不同支护条件下巷道垂直应力分布情况及不同滞后支护方案下巷道顶板垂直应力分布,得到了最优支护方案。最后进行现场实测分析,验证了该支护方案的可行性。     

高应力复合顶大断面煤巷支护参数优化研究

为解决高应力复合顶板工作面巷道支护维护难的问题,通过现场调查,对已有巷道围岩破坏原因进行分析,得出原有巷道支护方式和参数不具有针对性。结合巷道断面和顶板岩性相变大的特征及巷道破坏特点,通过调整巷道两帮支护的锚杆间距,增加了支护密度,根据复合顶板岩性不同,将顶板支护分为4种方案,分别布置具有针对性的锚索补强支护,同时增大了锚索直径,强化了锚索支护作用。采用FLAC数值模拟软件对巷道在优化支护方案下的应力分布和变形特征进行模拟分析,巷道变形量减少,整体稳定,验证了支护优化方案的合理性。经工程实践和支护效果观测表明,巷道顶板下沉量最大为137 mm,两帮移近量最大为365 mm,顶板深部最大观测离层值为14 mm,保证了巷道稳定性,达到了预期目标。     

倾斜煤层沿空掘进巷道不对称支护技术

鉴于现阶段绝大多数巷道采用对称支护方法这一现状,通过理论分析、数值模拟以及物理相似模拟技术揭示巷道围岩的受力状态及变形破坏特征。研究表明倾斜煤层沿空掘进巷道围岩呈明显不对称受力状态及变形破坏特征,巷道断面与岩层倾斜方向成钝角的部位首先产生变形破坏,随后产生连锁反应,巷道的其他部位破坏,最后造成整个巷道的破坏失效。因此常规的对称支护技术不能保证巷道围岩的稳定,针对这一研究结果提出采用非对称的支护技术,在对称支护的基础上对薄弱（关键）位置补充加强支护,防止薄弱（关键）部位的破坏而导致的整个巷道的连锁式破坏,使巷道整个断面的变形趋于协调。在巷道掘进过程中和工作面回采过程中通过现场矿压及围岩变形量的检测分析,锚杆的受力均匀,巷道变形能够满足安全生产要求,表明支护效果较好,对类似条件巷道的支护有借鉴意义。     

复合顶板松软煤层巷道变形破坏机理及合理支护设计

依据巷道围岩物理力学条件,结合数值模拟对复合顶板松软煤层巷道变形破坏机理进行分析,结果表明:巷道变形破坏原因主要是由于原有支护缺乏主动支护作用,复合顶板和松软煤帮物理力学性质差,在围岩应力作用下,顶板易离层、冒落,两帮易片帮、下沉,并且两者相互影响、相互作用。为此提出了在巷道掘进过程中采取的支护对策并对回采巷道进行合理支护设计。