超高巷道巷帮变形特征及支护技术

通过以山西某矿回采巷道掘进过程中出现的巷道超高段为工程背景,采用数值分析的手段演算了巷道高3～9 m时两帮位移特征:巷高越高巷帮中点水平位移和下沉越明显,大于某临界高度后位移会明显增加且巷帮有产生整体滑移的趋势。揭示了巷帮是超高巷道围岩控制的关键部位,采用锚杆索加固浅部围岩形成的锚固结构对围岩具有约束作用,并采用了相应的"三高"锚杆支护技术。     

综放工作面沿空留巷合理巷道参数的数值模拟

为有效降低巷道掘进工程量、提高煤炭资源回收率,文章以南阳煤矿3206综放工作面进风巷沿空留巷工程为背景,通过数值模拟、现场实测的方法,分析了不同留巷宽度、巷旁支护宽度条件下巷道围岩的变形特征,确定了综放沿空留巷的合理巷道参数,主要得到如下结论：1）巷道顶板、底板整体呈现中部垂直变形大、两端垂直变形小的非对称变形特征,且巷旁充填帮侧的顶板垂直变形明显大于实体煤帮的顶板垂直变形;2）巷道巷旁支护帮与实体煤帮整体呈现上部水平变形大、下部水平变形小的变形特征,即巷道顶板侧巷道帮部的水平变形明显大于巷道底板侧巷道帮部的水平变形;3）当留巷宽度为3600mm、巷旁支护宽度为1400mm时,巷道最大顶板下沉量、底板鼓起量、巷旁支护帮变形量和实体煤帮变形量分别为117.76mm、-0.94mm、53.24mm和38.37mm,均最小;4)3206综放沿空留巷的合理留巷宽度为3600mm,合理巷旁支护宽度为1400mm,经现场实践表明,巷道围岩变形小,留巷效果良好。     

采动巷道煤帮变形破坏规律与控制技术

针对采动巷道帮部围岩变形破坏剧烈、支护维护困难、扩帮施工工艺复杂等问题,以刘家梁矿复合顶板采动巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等综合研究方法,监测获取采动巷帮变形破坏规律,分析采动巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。研究结果表明:工作面回采过程中,采动巷道区域出现支承压力集中程度增大的同时,围岩周边主应力的方向也随之偏转,导致巷帮出现较大的塑性破坏深度且最大巷帮破坏深度偏向于巷帮中部,引发普通支护强度无法有效控制的巷帮围岩大变形,造成支护体损坏;采用高延伸性、可持续提供支护力、围岩变形过程中不破断的支护材料是此类围岩控制的有效途径。据此研发适用于大变形巷帮围岩控制的高延伸性组合锚杆,该锚杆杆体延伸率超过20%,具有较高的尾部抗剪能力,并可在扩帮施工后继续使用,现场应用效果良好。     

葛店矿倾斜煤层回采巷道支护技术优化

高地压条件下倾斜煤层回采巷道支护技术已成为约束煤矿安全生产的难题之一.在分析总结围岩变形破坏特征和原因的基础上,提出了回采巷道顶部采用1/4圆拱形断面、巷帮采用锚索钢梁护帮支护优化方案,确定了锚、梁、网+锚索联合支护技术参数.工程实践表明,优化支护技术有效控制了围岩变形破坏.     

孤岛工作面强烈动压巷道支护技术研究

针对孤岛工作面两巷受强烈动压影响矿压显现强烈、支护困难的问题,以五阳煤矿7603孤岛工作面运输巷为工程背景,运用FLAC3D模拟软件,分析了相邻7605工作面回采后运输巷围岩应力分布规律和7603工作面回采阶段不同支护方式下运输巷围岩变形规律,确定了7603孤岛工作面运输巷采用高预应力强力锚杆锚索+帮部锚索补强的组合支护方案,并进行了现场应用。研究结果表明:采用高预应力强力锚杆锚索+帮部锚索补强的组合支护方案后,巷道支护强度明显提高,巷道变形量减小,巷道稳定周期明显缩短,较好地控制了巷道变形。     

巷帮煤体整体滑脱型冲击地压锚杆防冲支护原理及工程实践

冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类型冲击地压的重要地质特征,而巷帮煤体整体滑脱是其主要冲击破坏特征。在此基础上,以巷帮滑脱煤体为研究对象,建立了顶板-巷道-底板复合结构体力学模型,建立了巷帮煤体发生水平滑移的极限平衡方程,并对各个参数进行分析。结果表明：由于顶板反弹使巷帮煤体竖直方向压力降低,巷帮煤体被构造应力推入巷道发生冲击地压。基于该发生机制模型,认为目前的锚杆支护设计体系在防治巷帮煤体冲入型冲击地压存在不足,并基于其发生和破坏特征,建立了针对巷帮煤体整体滑脱型冲击地压的锚杆防冲支护设计原则,即将顶和底帮锚杆锚固端分别穿层打入稳定的顶底板内,并使用长锚索取代中部帮锚杆,提供锚杆支护的防冲作用。基于新建立的锚杆防冲支护设计方法,以大屯矿区孔庄煤矿7305工作面防冲支护为工程背景,在宽煤柱段巷帮锚杆支护采取了防冲设计,帮顶、底部锚杆及补强锚索均锚固于顶底板内部,能够有效吸收煤体滑动动能,提高安全性。     

高顶板沿空留巷帮壁收敛防治

阐述锚索支护技术应用于沿空留巷高顶区巷道锁帮，采用锚索＋道木的维护方式。理论上设计锚索的锚固长度，为沿空留巷高顸区巷道帮壁维护找到新的维护方式，解决了沿空留巷高顶区巷道帮壁片帮的维护难题。     

某矿沿空动压巷道变形特征分析及锚杆支护方案优选

结合现场观测成果,对某矿三采区相向掘进沿空动压巷道(12306轨道巷)顶板及巷帮的变形特征进行了分析,认为巷道顶板和煤柱侧巷帮变形量较大,实体煤侧巷帮变形量较小,巷道变形呈现不均称特征。结合12306轨道巷变形特征分析,认为该巷道原支护方案中锚杆选型、锚杆支护密度、钢筋梯安装角度均不合理。根据上述分析,设计了3种锚杆支护方案(方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),并进行了数值模拟分析。研究表明:方案Ⅰ对于巷道围岩稳定性的控制效果最优,即12306轨道巷合理的支护方案应为采用规格为22 mm×2 200 mm无纵筋左旋螺纹钢锚杆支护,顶板与实体煤侧巷帮锚杆端头锚固,锚杆间排距为800 mm×800 mm;右帮锚杆全长锚固,锚杆间排距为600 mm×800 mm,靠近顶板位置的锚杆与水平方向呈20°夹角安装。     

强动压松软煤层巷道煤帮变形破坏特征及锚注加固试验研究

松软煤层巷道受动压影响巷帮强烈变形破坏,传统支护难以保证巷道服役期内正常使用。以云驾岭煤矿1213工作面回风巷受动压扰动巷帮大变形问题为例,分析巷帮强烈变形破坏特征,研究巷帮滑移变形机理,提出巷帮锚注加固技术。结果表明:煤体强度低、巷道轴向与最大水平主应力近似垂直、强烈的动压扰动、巷帮支护系统与煤体强度不耦合、侧向支承压力等是导致巷帮大变形的主要原因;受开采扰动作用巷帮产生滑移破坏,使高帮侧部分锚杆支护失效,增加了巷帮灾害发生危险;巷帮注浆提高了破碎煤体的完整性和承载能力,帮锚索将浅部潜在破坏煤体与深部稳定煤体锚固在一起限制巷帮变形。现场试验及矿压监测表明:巷道煤帮总体变形仅为224mm,保证了巷道服役期内正常使用。该巷帮治理技术适用于动压影响下的松软煤巷巷帮加固。     

小庄矿破碎围岩变形特征及加强支护研究

针对小庄矿辅助运输巷帮部破碎围岩较难支护的问题,分析原支护方案下巷道围岩变形特征,提出了巷帮差异性加强支护的方法来解决巷道严重失稳的问题,运用FLAC3D数值模拟对原支护与加强支护的围岩顶底板、两帮移近量进行对比。分析结果表明,采用加强支护后能够有效控制围岩变形,得出了巷道帮部围岩变形规律;通过工业性试验,对100 m范围内巷道围岩变形进行监测,发现加强支护与数值模拟结果较为吻合,显著提高了围岩强度和承载能力,有效控制了巷道帮部的破碎变形。     

特厚煤层大断面强烈动压巷道支护技术

针对斜沟煤矿23105工作面14.5 m特厚煤层皮带巷大断面强烈动压巷道支护技术难题,采用理论分析和数值计算相结合的方式,分析了巷道变形机理和应力分布特征,提出了特厚煤层大断面强烈动压巷道支护控制技术。经现场应用可得,采用高预应力强力顶、帮耦合支护技术有效控制了特厚煤层大断面强烈动压巷道变形,取得了良好的支护效果。     

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。     

坚硬顶板条件下裸顶巷道煤帮稳定性分析及控制对策

为研究坚硬顶板条件下裸顶巷帮的支护问题,综合采用现场调研、力学分析、数值计算和工业性试验等方法,对巷帮稳定性进行分析,并提出针对性的控制对策。根据弹塑性理论,构建巷帮卸荷力学模型,推导出巷帮任一点应力的解析表达式。基于巷帮的应力状态获得巷帮张拉损伤判据,采用控制变量法,通过Matlab计算得出卸荷系数和裂隙面倾角对巷帮损伤的影响。针对巷帮的变形破坏特征,提出基于"强帮护顶,强角控跨"的围岩控制原理,现场试验表明,支护方案可保证巷帮基础的强支承,实现顶板岩梁的微扰动,保障巷道服务期间的安全有效使用。     

煤峪口矿邻近采空区巷道非对称差异性支护技术应用

为实现邻近采空区巷道围岩的稳定控制,以煤峪口矿8701工作面5701巷为工程背景,通过FLAC数值模拟软件分析,确定5701巷留设25 m宽护巷煤柱。5701巷顶板赋存普氏系数18以上的互层结构,承载性能较好,因此,设计提出邻近采空区巷道非对称差异性支护技术。模拟分析了对称支护和非对称支护时巷道围岩应力演化与塑性区分布：非对称支护技术下巷道围岩侧应力集中范围相比于对称支护下较小,围岩应力集中区域在巷帮2～3 m范围;采用非对称支护时煤柱帮塑性区范围在3～6 m,采用对称支护时范围在5～8 m,因此非对称支护技术控制效果相对更好。5701巷在掘巷90 d后,巷道顶板、煤柱帮、实煤体帮移近量稳定在182、161、122 mm左右,实现了巷道稳定控制。     

李雅庄矿深部松散煤层巷道支护技术研究

李雅庄矿2-6081巷道属于深部松散煤层巷道,支护困难。在该巷内进行了地应力测试,分析了巷道变形特征,提出了"强护表、快支护、高预紧力"的支护技术,采用新材料支护并进行井下试验,结果表明:地应力以垂直应力为主,属于中等应力区;巷道变形特征为帮部移近速度快、变形持续时间长、变形量大,两帮移近促进底鼓,导致底鼓严重;新支护在巷道浅部围岩形成强度较高的预应力承载结构,巷帮锚杆受力较小,两帮移近量在200 mm以内,支护效果显著。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

大采高双次动压影响软煤巷道耦合让均压支护技术

为了解决松软煤层动压巷道围岩控制的难题,基于长平煤矿4314工作面工程地质条件,采用耦合让均压支护理念,对锚杆支护中支护体与围岩之间的相互作用关系进行研究,提出了松软煤层动压巷道支护关键点。工业性试验结果表明:采用蛇形结构锚杆、鸟窝结构锚索和让均压环后,煤帮锚固效果得到有效改善,锚杆、锚索在服务期间受力均匀;巷道两帮采用非对称设计,优化巷帮锚索布置方式和支护强度,改善煤体侧巷帮锚索对回采影响;巷道受大采高工作面两次动压影响后,巷两帮最大移近量为575mm,顶板最大下沉量为155mm,巷道服务期间围岩变形得到有效控制。     

帮锚索-槽钢桁架在高应力软碎煤巷中的应用

为了有效解决高应力、软碎围岩和受向斜构造、断层、空间交叉巷与采空区支承应力叠加等复杂条件下的巷道帮部支护难题,防止发生片帮垮冒事故。通过对新三矿大断面废矸置换巷巷帮支护存在问题的分析,提出了新型帮部锚索-槽钢桁架支护技术,采用数值模拟软件设计并优化了支护参数,在废矸置换巷进行了现场实践,取得了良好的经济与技术效益。     

大断面高巷帮破碎围岩巷道支护技术研究

针对长平煤矿Ⅲ43142巷大断面高巷帮围岩破碎特点,在地质力学参数测试基础上,分析了高巷帮巷道围岩变形破坏机理,并针对其特点确定了以W钢护板为两帮支护组合构件的锚杆索联合支护方案。该方案实施于井下并进行矿压监测,监测结果表明该方案可以有效控制围岩变形,为类似条件的大断面高巷帮破碎围岩巷道支护提供了参考。     

孤岛工作面沿空掘巷支护技术探索

为解决陈四楼煤矿孤岛工作面沿空掘巷巷道支护技术难题,结合沿空掘巷煤柱稳定性影响因素,通过选定几种支护形式在21502轨道顺槽进行支护试验,对比不同支护材料的支护效果,根据不同支护材料的自身特性,优化21502带式输送顺槽巷道支护设计。在巷道沿空侧巷帮肩窝和底脚采用短锚索代替锚杆使用,巷帮变形得到有效的控制,大大减少了锚杆被压断的数量,提高了巷帮煤壁的稳定性,降低了支护成本。