单一巷道进路式回采上覆充填体力学行为及稳定性研究

在分析下向进路分层无分段充填法的基础上,对某矿采用单一巷道进路式回采建立了上覆充填体力学模型,为避免人工假顶出现“悬臂梁”状态,最终确定“嵌固梁”模型作为该充填采矿法上覆充填体力学模型。依据弹塑性力学知识计算出充填体承载层厚度为0.92 m,得到了充填体最大挠度值为23.4 cm。结合工程实际,采用FLAC3D数值模拟软件研究了不同采深下采场围岩与充填体塑性区及应力分布规律,研究结果表明：除首采层以外,其余分层上覆承载层均没有发生塑性破坏,且各分层充填体所受最大主应力均没有达到其抗压强度,所选承载层厚度及充填料浆配比所得参数能够保证充填体稳定性。研究成果可为破碎围岩薄矿体实现安全高效开采提供理论依据。     

基于有效锚固层厚度的煤系巷道顶板叠加梁支护理论及应用

通过对巷道顶板岩梁的变形及破坏特征分析,确定了顶板岩层失稳的宏观过程;针对煤系巷道顶板沉积岩层的分层特征,建立了煤系巷道顶板叠加梁力学模型,基于其协调变形及共同承载特性,求解出了叠加梁中各分层岩梁等效承载应力、层间作用力以及锚杆(索)支护强化参数,揭示了锚杆(索)对叠加梁结构的支护作用机理,即优化不同抗弯刚度的各层顶板...     

极破碎中厚矿体开采方法及稳定性分析

根据极破碎中厚矿体开采中下向进路承载层受力特点, 将其简化为受均布载荷及自重应力的简支“梁”模型, 求出承载层最大拉应力σ_tmax的表达式, 并以最大拉应力强度理论作为承载层的破坏判据, 由此得出下向进路不同承载层厚度与安全系数的关系曲线。当进度高度为3.4 m, 进路宽度为3.0 m时, 安全系数法分析表明人工假顶厚度1.4 m为最优。利用二维有限元分析矿山原有的1.0 m厚人工假顶与安全系数法得出的1.4 m厚人工假顶进路的稳定性, 结果表明下向进路回采时, 影响进路稳定性的主要因素是充填体的力学特性, 顶板沉降位移统计表明, 采用1.4 m厚人工假顶的进路顶板稳定, 与安全系数法分析结果一致。     

极不稳固围岩松散矿体回采工艺的改进

柏坊铜矿铜鼓塘矿段八中段Ⅵ矿体为软岩矿体,矿体顶板为溶洞沉积型松散围岩,底板为煤系层页岩,矿体和围岩极不稳固,采用传统进路式水平分层胶结充填法顺序采矿,存在着进路支护量多,垮区处理次数多,导致生产效率低,成本高,安全性差。针对八中段的生产条件,掘进井巷时,遇到围岩松散的垮区,利用气脚式钻机打空心标杆至围岩中,进行超前支护控顶。在布置采场时,结合上向或下向进路式水平分层胶结充填采矿顺序特点,提出错位下向进路式分层胶结充填法,显著提高采矿生产效率和作业安全,且进路支护成本明显降低。     

厚层复合顶板煤巷锚杆支护技术研究

为了解决顾北矿1312(1)综采面厚层复合富水顶板条件下巷道锚杆支护难题,根据煤巷锚杆支护围岩控制机理,锚杆支护巷道的围岩强度强化理论,高预应力、高强及超高强锚杆与锚索支护技术,提出了厚层复合富水巷道锚杆支护方案。工程实践表明,顶板和两帮采用2.5 m长高预应力、高强锚杆,顶板采用6.2 m锚索配合槽钢组成锚索梁结构支护,充分调动深部围岩承载能力,主动控制巷道围岩并形成稳定的承载结构,缩小了围岩塑性流动区的范围,达到了预期的支护效果。     

下分层回采巷道位置布置及支护技术研究

下分层回采巷道是围岩变形剧烈且顶板易冒落极难维护的巷道。通过对上分层围岩活动规律的分析,建立了基本顶弧形三角块的力学模型,研究了下分层巷道合理的布置位置,并辅以数值模拟分析。以某矿为例,采用高水速凝材料顶板注浆加固破碎区,顶板和两帮分别采用水力膨胀锚杆和螺纹钢锚杆支护,提高了破碎围岩的完整性和力学参数,增强了围岩承载能力,有效控制了围岩变形,达到了预期的技术经济效果。     

多裂隙围岩中锚固结构形成的力学机理

把顶板锚固结构简化为均布荷载作用下两端固定支撑的梁,通过分析该固定支撑梁的力学平衡条件,确定了形成锚固结构所需锚杆预紧力与巷道顶压集度、顶板岩石物理力学参数、锚杆有效长度、布置间距之间的定量关系;把两帮锚固结构看作顶板锚固结构的支撑体,通过分析锚固结构的支撑能力与侧向压力的关系,建立了巷道两帮形成锚固结构所需锚杆预紧力与巷道顶压集度、两帮岩石的力学参数、锚杆有效长度、安装根数之间的定量关系。研究结论在大同矿区15号煤层巷道支护中得到应用,效果良好。     

巷道薄分层软弱底板围岩变形控制机理与支护实践

针对薄分层软弱底板巷道围岩变形失稳难题,综合理论分析、力学计算、数值模拟、井下试验及现场实测方法,详细研究了薄分层软弱底板巷道压曲失稳机理及控制技术。研究表明:1)薄分层软弱底板巷道围岩在支护体作用下形成具有一定整体性和较大强度的"组合岩梁",破坏形式从单层压曲破坏转变为整体"组合岩梁"破坏,这种力学特性的改变是实现薄层状底板围岩稳定控制的本质;2)增大底板锚杆支护强度可大幅增强薄分层"组合岩梁"强度及抗弯刚度;3)底角斜拉锚杆在增大强度与抗弯刚度的同时还可以抵抗部分侧向压力,进一步减弱底鼓。介绍了一典型软弱薄分层底板巷道围岩稳定性控制成功案例,研究成果对类似条件的支护工程具有一定的理论意义和参考价值。     

复采巷道过破碎顶板区钢梁支护研究

为了解决复采巷道掘进时频繁过空巷和破碎顶板区巷道支护的难题,采用理论分析、数值计算和现场实测相结合的方法,通过分析"破碎顶板-工字钢梁"相互作用机理,建立2种梯形棚梁力学计算模型,研究了复采残采松软破碎围岩梯形棚被动支护强度确定问题;并根据梯形巷道几何参数及覆岩力学参数,计算不同棚梁跨长不同棚距下顶板压力值并与工字钢梁最大支护载荷进行比较;对复采巷道过实体煤和破碎顶板区围岩控制平面应变力学模型进行数值计算。结果表明:将梯形棚立柱和顶梁简化成简支压弯构件模型,更符合实际;当棚梁跨长为3.2 m,单梁最大允许棚距为0.7 m;巷道顶板压力小于梯形棚梁抗拉强度和屈服强度,可满足复采掘进巷道支护要求。研究为复采矿井破碎顶板工字钢梯形棚支护方案确定提供理论依据。     

破碎矿岩巷道分区支护设计与力学分析

"湿喷混凝土+树脂锚杆"支护技术以其良好的应用效果,在井巷工程中得到了广泛应用。针对某矿山矿石围岩破碎、支护难度大的问题,应用喷射混凝土作用机理、喷射混凝土强度与围岩稳定性的力学关系等原理,结合矿山的工程地质现状,对巷道支护方案进行了设计。对于喷层厚度的计算分别应用了冲切破坏理论、黏结破坏理论、剪切破坏理论以及锚杆间荷载原理,最终得出在巷道顶板的混凝土喷层厚度不应小于54mm,巷道两帮的混凝土喷层厚度不应小于15mm。应用组合梁理论对树脂锚杆参数进行分析,结果表明锚杆长度要大于2.56m,间距小于1.53m。根据计算结果进行了巷道支护的现场应用,取得了较好的效果。     

水力膨胀锚杆加固巷道围岩力学效应研究

针对鑫瑞煤矿5号煤层工作面及工作面巷道传统的树脂锚杆不能有效提高巷道破碎顶板整体稳定性,不能充分施加预紧力等问题,分析了极近距离煤层群开采时巷道破坏的主要原因,提出了"水力膨胀锚杆+钢筋梯子梁+锚网"联合支护技术,并通过分析水力膨胀锚杆受不同拉拔力时锚杆轴向分布应力,建立水力膨胀锚杆作用的力学分析模型,简要介绍了水力膨胀锚杆的作用机理和应用条件。基于数值模拟和力学模型的力学效应分析情况,将适应性较强的水力膨胀锚杆应用于鑫瑞煤矿。实践表明:采用"水力膨胀锚杆+钢筋梯子梁+锚网"联合加固支护新技术,能够有效控制下分层巷道围岩强烈变形,并取得良好的支护效果。     

干河矿煤巷锚杆支护力学模型及数值分析

旺采法中采场巷道服务时间各不相同,为了使支护设计具有针对性,利用力学和数值模型分析了煤巷变形特点。根据"岩梁"理论,建立煤巷顶板力学模型,获得了顶板岩层厚度与煤巷跨度、直接顶容许拉应力之间的双曲关系。结合FLAC3D,分析了支护部位不同时围岩及锚杆力学响应,明确了煤巷支护的重点是角部和两帮,单独进行两帮支护对围岩的控制效果优于单独顶板支护,支巷两帮可以采用玻璃钢锚杆。分析了锚杆参数对围岩的影响规律,证明加强两帮支护可以实现"强帮护顶",帮锚杆长度存在最优值。     

深部高应力不稳固矿体开采方法研究

为了解决山东黄金鑫汇金矿深部高温、高压、高应力给矿体回采带来的难题,结合矿体赋存条件选用上向水平进路充填法开采。进路回采采用浅孔光面爆破来控制围岩稳固性;针对不稳固矿体,采用树脂锚杆穿带支护,支护网度1.5m×1.5m。树脂锚杆为直径22 mm、长2.2 m的螺旋钢;一步骤进路采用1∶6胶结充填,二步骤进路采用1∶8胶结充填,通过后期现场观察,采场爆破、支护效果较好,矿石回收率达到95%,贫化率为8%,获得了较好的经济效益。     

临涣煤矿9136工作面砂质顶板巷道支护技术

临涣煤矿9136工作面覆岩以砂质岩性赋存为主,针对工作面回采巷道的顶板支护问题,采取了预应力锚杆索支护技术;基于弹性半无限体理论,建立了巷道顶板力学模型,分析了顶板分层应力分布特征,进行了巷道支护设计;通过充分发挥锚杆索的组合梁和悬吊作用,结合预应力锚杆索的强化支护原理,提高了巷道覆岩的稳定性,保证了巷道掘进期间的正常使用。     

近距离煤层群开采采空区下方回采巷道支护技术研究

针对近距离煤层群采空区下巷道围岩支护面临顶板破碎、支护难度大等问题，以51101运输巷围岩支护为工程背景，提出依据巷道顶板与上覆采空区层间距厚度变化情况，采用动态设计方法确定围岩支护技术方案。顶板与采空区层间距按照1.5 m、1.5～5.1 m、5.1 m划分3个阶段，各阶段分别采用钢架棚、钢架棚+锚杆、锚网索支护方式，并通过理论计算以及工程类比法确定支护参数。现场应用后，51101运输巷掘进及后续使用期间围岩始终保持稳定，实现了近距离煤层群采空区下巷道围岩变形的有效控制。     

近距离煤层采空区下方巷道支护技术

为确保近距离煤层采空区下方巷道使用安全,采用理论分析方法对近距离煤层采空区下方巷道围岩变形进行分析,并具体确定巷道支护方案.层间距大于5 m时采用锚杆、金属网、梯子梁以及锚索相结合支护方式;层间距小于5 m时,将锚索长度缩短至4.0 m并增加靠近上覆采空区煤柱侧巷帮锚杆数量,在巷道中部布置单体支柱等.现场应用表明,提出...     

上向水平分层进路充填采矿法在杜达铅锌矿的应用

杜达铅锌矿100 m中段矿体构造发育,厚度较大。为确保矿山安全高效回采作业,同时降低采矿贫化率和损失率,提高资源回收率,提出了上向水平分层进路充填采矿法。沿矿体走向划分盘区,盘区内自矿体下盘向上盘每隔4～6 m划分一个采场,采用间隔式进路回采结束后进行接顶充填,充填体养护后进行下一循环的回采工作。上向水平分层进路充填采矿法在杜达铅锌矿100 m中段成功应用,以进路为回采单元,缩小了采场暴露面积,控制了顶板,保证了作业人员和设备的安全,并且提高了采场生产能力,将损失率与贫化率降低到10%以内,提高了资源回收率,矿山经济效益显著提高。实践表明,上向水平分层进路充填采矿法是开采倾斜中厚破碎矿体的一种有效方法。     

上向进路与上向分层充填法在李官集铁矿的应用

李官集铁矿为厚大多层急倾斜铁矿床,矿体底板为构造破碎带,原采用分段空场采矿法,但下盘围岩垮落严重,夹石难以剔除,损失贫化很大,存在严重的安全隐患。经改进,下盘矿体采用上向进路充填法,上盘矿体采用上向分层充填法分区联合开采,根据矿岩稳固性调整采场顶板跨度,多层矿体联合开采,降低了损失贫化率和采准工程量,实现了安全高效开采,取得了良好经济效益。     

机械化上向进路分层充填法在我矿的试验与应用

针对凡口铅锌矿狮岭顶板矿体和围岩极不稳固的牲，进行了机械化上向进路分层充填采矿工艺的试验研究。实践证明，该采矿工艺具有安全、高效、贫化损失小和技术先进的特点，适用于矿岩结构极不稳固的顶板复杂矿体的回采。     

缓倾斜煤层迎采巷道围岩控制技术研究

为有效解决缓倾斜煤层迎采动掘进巷道围岩控制难题,以某矿缓倾斜煤矿开采为工程背景,分析了巷道顶板岩层破断特征及其围岩应力分布特征。结果表明,巷道顶板岩层浅部主要为水平裂隙,深部主要为垂直裂隙,距孔口10～14 m内,超前工作面受采动影响更为剧烈;当3205回风顺槽超前工作面10 m至滞后工作面15 m时,巷道所受应力最高可达19.8 MPa,是最主要的应力影响区,应对迎采巷道加强支护。据此提出了适应现场巷道围岩条件、安全可靠的“锚杆+锚索+钢筋梯子梁”联合支护方法。通过现场实践,3205回风顺槽加强支护后,锚杆受力最大值为设计锚固力的70%,顶板垂直位移减小了67.6%,巷道围岩控制效果显著。