深井巷道顶板锚固体破坏特征及稳定性分析

结合深井回采巷道围岩锚固体变形破坏特征,分析了深井回采巷道顶板锚固体失稳机理,建立了巷道顶板不同破坏形态的稳定性模型,得出了深井回采巷道锚杆、锚索支护条件下顶板锚固体稳定性力学方程,并结合古汉山矿深井回采巷道锚杆、锚索耦合支护方案开展验证性研究,对现场试验巷道顶板锚固体的稳定性进行了力学求解及数据分析,提出的深井回采巷道锚杆、锚索耦合支护方案支护参数合理,顶板离层量小于25mm、顶底板及两帮位移收敛量小于180mm,均保持在可控范围内,锚杆、锚索耦合支护有利于巷道围岩的稳定.     

深部高应力回采巷道支护技术研究

针对深部开采巷道围岩变形快、变形量大的重大难题,根据兴东矿2121工作面回采过程中巷道围岩的变形特征,通过普氏理论计算出锚杆(索)支护参数,提出了5种不同支护方案,利用FLAC3D数值模拟软件,依次计算出各种方案的顶板下沉量和两帮移近量。结果表明:(1)深部巷道在高应力作用下,巷道围岩变形总量较大,特别是在巷道变形初期,巷道围岩变形速率大,在此条件下采用锚杆索联合支护,可以有效控制围岩的变形和破坏;(2)通过加强两帮的支护,可提高深部巷道围岩整体的承载能力,减少顶板下沉,促进顶板形成稳定结构;(3)增加锚索的预紧力,使锚杆与锚索同步承载,可大大增加支护结构的稳定性,有效控制围岩变形。现场试验表明,锚杆索联合支护可有效提高巷道围岩的承载能力,减少围岩移动和变形,具有良好的支护效果。     

不同服务期煤矿巷道锚杆的受力特征

利用锚杆无损检测技术对3个矿区不同服务期的回采巷道锚杆进行轴力检测,获得了锚杆轴力的变化特征以及锚杆受力的统计规律,结果表明:不同矿区回采巷道锚杆受力的变化规律基本一致,在巷道掘进期,锚杆轴力迅速增大,在距离巷道掘进面一定距离后增加幅度逐渐减缓;当巷道变形进入稳定期后,锚杆的轴力呈增加的趋势但变化幅度不大;在工作面回采期,锚杆轴力普遍较大,且随工作面的推进,锚杆轴力变化显著,最大受力超过10t.锚杆的轴力变化与巷道围岩中的应力调整是相对应的,锚杆的受力状态和变化趋势可反映巷道围岩的变形和稳定状态,不同时期锚杆受力演化规律可为锚杆支护设计和参数优化提供依据.     

复杂条件下煤巷支护方案数值模拟优化分析

以河北金能集团东庞矿2610综采工作面巷道为背景,应用有限差分软件(FLAC)模拟巷道的开挖和支护,以围岩中锚杆和锚索不发生破坏为目标函数,对巷道支护方案进行优化分析.模拟结果表明,采用优化后的支护方案,能够使巷道围岩变形大大降低,围岩完整性增加.工程实践证明,取得了良好的技术经济效果,为煤巷支护优化设计提供了一种可行方法.     

孤岛工作面围岩支承压力分析与沿空掘巷支护参数优化

为研究孤岛工作面围岩支承压力特征与沿空掘巷支护参数优化,建立了三维数值模型,制定了相应的试验方案,研究了孤岛工作面沿空掘巷支护参数变化和围岩控制效果之间的相互关系,支护系统整体的协调性,并确定了最优支护方案.研究结果显示:随着锚杆长度增加,形成的组合梁厚度加大,孤岛工作面沿空掘巷的顶板岩层内的压应力增加,拉应力降低,减小锚杆的间排对于巷道有明显的支护效果,但锚杆长度和间排距均存在最优值;锚索长度对孤岛工作面沿空掘巷顶板内的压应力没有作用,而巷道两帮围岩水平方向的拉应力升高;支护系统最大应力随着锚索间排距的增加,而支护系统的单根锚索应力降低.现场实测验证了围岩控制效果.     

锚杆锚索联合支护数值模拟及现场应用

分析锚杆锚索联合支护作用机理.根据现场实测围岩参数,采用FLAC3D有限差分计算软件建立相应数值分析模型,模拟不同锚杆间距、不同锚索数量下的锚杆锚索联合支护效果,得出合理、经济的锚杆间距和锚索数量.并与现场试验相比较,验证了模拟的正确性.研究结果对类似巷道的支护设计有一定指导作用.     

深部高应力硐室围岩蠕变失稳机理及控制技术

赵固二矿-800 m水平巷道和硐室围岩属于典型的工程地质软岩,具有工程地质条件复杂、地应力高、围岩流变性强等特点,一般的锚网索喷+被动支护易被各个击破,造成巷道和硐室返修次数多、维修工程量大。在借鉴"新奥法"中二次支护思想的基础上,提出"一次锚杆+锚索+钢梁强力支护,二次围岩注浆改性,三次双层工字钢棚,四次喷射混凝土"的支护方案,实现主动支护与被动支护协调作用。蠕变数值模拟表明:锚网喷支护条件下,3 a时硐室断面收敛量达到30%,变形量大、变形速率高;主被动联合支护方案能够有效地控制围岩变形,5 a时变形速率0.05 mm/d。现场工业性试验表明,施工2 a后,硐室表面最大位移为28 mm,变形速率0.20 mm/d,锚索作用范围内岩体完整性较好,硐室围岩得到了有效控制。     

古汉山矿东翼通风疏水大巷锚注支护技术研究

古汉山矿东翼通风疏水大巷先后采用了多种支护方式均未取得成功.为了满足掘进巷道的技术要求,解决巷道的变形,通过对巷道支护与围岩相互作用及目前各类巷道支护形式及支护效果分析研究,决定采用锚注支护方案.其实质是采用注浆锚杆兼作注浆管使用,一方面通过注浆改变围岩的物理力学性能,另一方面又为锚杆提供了可靠的着力基础,提高了锚杆的支护效果.断面内注浆锚杆自下而上先注底脚,再注两帮,最后注拱顶锚杆.掘进巷道500 m,通过现场施工及施工后的监测,巷道能满足设计要求,取得了较好的支护效果.     

半煤岩巷锚杆支护参数优化数值模拟研究

随着煤矿开采强度的加大,浅部薄及中厚煤层已逐渐引起关注．薄及中厚煤层中的半煤岩巷进尺较低,成为制约矿井高产高效的瓶颈之一．结合香山公司半煤岩巷的掘进现状,采用数值模拟方法对其支护参数进行优化设计,将锚杆间排距由0．7m扩大为0．9m,巷道围岩塑性区变化不明显,锚杆（索）作用在弹塑性范围内,巷道围岩位移及支护受力在250KN左右．现场工业性试验表明,巷道两帮最大变形量113mm,顶板最大下沉量128mm,稳定后收敛速率小于0．1mm／d;单月进尺达180m,施工段累积节省158．11万元,对同类条件下的半煤岩巷快实现快速掘进有一定的参考价值．     

古汉山矿东翼通风疏水大巷锚注支护技术研究

古汉山矿东翼通风疏水大巷先后采用了多种支护方式均未取得成功．为了满足掘进巷道的技术要求,解决巷道的变形,通过对巷道支护与围岩相互作用及目前各类巷道支护形式及支护效果分析研究,决定采用锚注支护方案．其实质是采用注浆锚杆兼作注浆管使用,一方面通过注浆改变围岩的物理力学性能,另一方面又为锚杆提供了可靠的着力基础,提高了锚杆的支护效果．断面内注浆锚杆自下而上先注底脚,再注两帮,最后注拱顶锚杆、掘进巷道500m,通过现场施工及施工后的监测,巷道能满足设计要求,取得了较好的支护效果．     

集中应力影响下破碎围岩巷道支护技术研究与应用

新柳煤矿受井田范围内小窑越层越界开采影响,且随着矿井开采深度不断延伸,在回采下层煤过程中,造成回采巷道围岩松散破碎、自稳性差、矿压大且来压迅速。针对复杂的地质条件,该矿在回采巷道掘进过程中最终采用锚杆、锚索、W钢带、网＋25#U型钢棚联合支护形式,有效控制了巷道的强烈变形,提高了掘进速度和降低了后期维护成本,取得了良好的支护效果。     

近距采空区下回采巷道非对称变形机理及控制对策

针对山西某矿4~#煤回采巷道掘进后出现的非对称变形严重、支护困难等问题,基于巷道围岩的自稳隐形拱理论,综合工程地质分析、理论力学解析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对非对称变形机理和控制对策进行了研究.结果表明：1)上覆采空区和遗留煤柱下方支承应力改变了巷道围岩最大主应力的大小和方向,支承压力的差异性是造成巷道发生非对称变形的主要因素;2)回采巷道的片帮使自稳隐形拱的最大高度由1.74 m增加为2.68 m,最大高度的位置向遗留煤柱侧偏移了0.2 m,巷道两帮非对称变形加剧了巷道整体变形的非对称变化趋势;3)采空区和遗留煤柱下方底板的非均匀应力造成回采巷道围压比增加数倍,回采巷道塑性区呈现非对称蝶形破坏;4)建立了近距采空区下回采巷道自稳隐形拱支护模型,利用预应力锚杆提供主动压应力使回采巷道两帮改变为类刚性结构,并通过锚杆对巷道围岩关键区进行补强,通过自稳隐形拱理论定量化的设计锚杆索合理支护参数,非对称变形问题得到良好控制.     

厚煤层超高巷道支护技术

以山西某矿超高回采巷道为研究对象,数值演算了巷道高3.5⁷.5 m围岩响应特征:巷帮剪、拉塑性区深度与巷道高度大致呈正比关系,巷高对两帮移近量影响最大,且巷帮垂直应力峰值内移.阐明了巷帮为超高巷道围岩控制的关键部位,最终采用了高强度、高黏结力、高预紧力、高可靠性锚杆与帮斜拉锚索梁联合支护技术.巷道掘出后两帮和顶底最大相对移近速度分别是7,3 m/d,15 d后稳定,移近速度降低至1.5 mm/d以下,经过120 d观测,两帮相对移近量125 mm,顶底板相对移近量88 mm.工程实践结果验证了该类型超高巷道支护的指导思想和支护技术的科学性,以期为类似条件下超高巷道支护提供借鉴.     

软弱围岩巷道变形机理及返修控制技术

为研究软弱围岩巷道返修控制技术,以湖北黑良山磷矿胶带斜井为研究对象,借助钻孔窥视仪、X衍射仪、室内岩石物理力学试验及工程地质调查手段对巷道围岩的破坏特征和变形机理进行分析.巷道的变形机理主要表现为:低岩体强度、含泥矿物成分高、地下水及原支护形式不匹配.在此基础上,提出了以"喷射混凝土+壁后注浆+锚杆+锚索"为核心的双拱协同全断面加固返修方案,并采用现场试验、工程类比法及理论计算对支护参数进行校核.现场围岩位移监测结果表明:巷道返修后,围岩的变形分为不稳定、较稳定和稳定3个阶段,返修64d后,围岩变形趋于稳定,巷道变形得到有效控制,返修效果较好.     

大倾角极软厚煤巷围岩破坏机理与支护参数优化

以杜家村煤矿1201南运输巷为研究对象,结合FLAC3D数值分析方法与非对称性耦合支护理论,分析了1201南运输巷的围岩破坏机理并提出大倾角极软厚煤层的支护优化方案.研究结果表明,大倾角极软厚煤层巷道围岩破坏主要是由顶板上部岩层剪切与张拉作用所致;优选了支护方案,有效抑制了巷道底板的底臌、两帮的移近及其塑性区的发展.现场应用表明,顶板锚索支护范围内,锚杆(索)非对称性耦合支护的围岩整体性较好,巷道围岩在支护20~30 d后,变形趋于稳定.     

特厚煤层全煤扩修巷道的围岩稳定性与合理支护参数研究

针对矿特厚煤层中扩修巷道围岩变形量大、破坏严重及支护效果差等情况,根据巷道围岩松动范围测试结果,通过理论计算得出巷道锚杆支护参数.利用有限差分软件FLAC对其无支护、锚杆支护及锚喷支护进行数值模拟,对巷道围岩的应力特征、位移特征及破坏进行了研究.结果表明,采用锚网喷联合支护方式比较合理,并据此确定了巷道扩修支护参数.     

云盖山一矿穿多层倾斜软岩巷道锚注支护技术应用研究

针对云盖山一矿巷道掘进过程中穿多层倾斜软岩难以支护的问题,深入开展围岩结构观察和岩性分析,并用数值模拟方法分析巷道非对称变形的原因,提出巷道非均匀变形控制思路与支护方案,采用锚注支护控制巷道的非对称变形,结果表明:穿层软岩巷道两帮浅、中、深部破碎范围分布不均匀,顶底板呈现非对称变形破坏特征,浆液扩散差异化显著,与层理、节理的不均匀分布密切相关;采取中空锚杆索浅深部和高低压相结合的注浆方式,对破碎岩体节理和岩层层理进行胶结,高强度锚网索将胶结后的节理和层理进一步进行挤压加固,设计"三次喷浆+高强锚网索+中空注浆锚杆索+底板硬化"全断面联合支护方案,在现场得到成功应用,可为类似穿层软岩巷道的控制提供参考。     

煤矿掘进巷道锚杆分次支护施工及效果研究

作为一项综合性比较突出的施工环节,煤矿巷道的掘进与支护有着紧密地联系,支护工作不仅影响着掘进的效率,同时也间接起到控制成本的作用.本文从煤矿巷道锚杆分次支护的力学计算出发,结合实践分析了巷道分次支护的施工工艺,并评价了其施工效果,最后,对施工监测结果展开论述与研判.监测结果表明分次支护的施工方案除了可以显著减小围岩变形...     

大断面厚顶煤巷道围岩控制与支护参数优化

以山西大同同忻矿8104综放工作面回风巷(断面尺寸5.2 m×3.5 m)为工程研究背景,阐述了厚顶煤大断面巷道的围岩控制难题:顶煤裂隙发育、变形强烈、破坏范围大、易发生离层和冒顶等事故.结合现场地质生产条件,采用桁架锚索加强支护,并分析此支护系统的优越性:提供水平和竖直方向预紧力、变形闭锁、协同承载控制区域、锚固点稳.采用FLAC3D数值模拟计算了桁架锚索倾斜角度从10~40°变化过程中围岩变形规律:随着桁架锚索倾斜角度的增大,巷道围岩变形量先减小后增大,锚索倾斜20°时,巷道围岩变形量最小.表明回风巷受到采动影响后,顶底板最大移近量为395 mm,两帮最大移近量为263 mm.     

厚层松软复合顶板煤巷梯次支护力学原理及应用

井厚层软弱复合顶板巷道围岩,单一长度的锚索加强支护,形不成稳固的承载结构,导致下位岩层离层,巷道围岩继续变形和破坏.提出了梯次支护原理,首先采用锚杆支护在巷道顶板浅部围岩造壳(一阶支护),再采用短锚索支护控制顶板中下部软弱煤岩形成二次强化锚固承载结构(二阶支护),再应用长锚索对已形成的二阶锚固承载体向顶板上部深层煤岩体实施整体组合锚固(三阶支护),在顶板岩层中形成一定厚度和承载强度的具有组合锚固效应的阶梯式立体支护结构,并对其支护力学原理进行了理论分析.该支护技术成功应用于淮南顾桥煤矿11151轨道顺槽,其巷道顶板浅部围岩离层分别为10和14 mm左右,深部围岩离层最大值为23 mm.