回采巷道蝶叶型底鼓机理研究

基于工作面回采过程中由于巷道底板岩性软弱,以及回采过程中会产生应力集中,巷道底鼓现象较为常见的问题,采用回采巷道的蝶形塑性区理论,以孙疃矿回采巷道发生的底鼓破坏作为研究背景,运用FLAC^3D数值模拟软件分析采动影响下巷道底鼓的发生机理。结果表明：(1)巷道所处的应力环境不同,所形成的塑性区形态也会不同,大主应力比的情况下,巷道围岩塑性区会出现蝶形分布,且蝶叶的方向随着主应力方向的旋转发生改变;(2)在采动影响下,会造成原岩应力场和采动应力场的叠加,从而在巷道围岩内形成高偏应力差,且最大主应力方向会向回采工作面一侧发生偏转,使塑性区蝶叶转向巷道底板,由于蝶叶的旋转导致底板岩石遭到破坏。研究结果对造成巷道底鼓破坏的原因有了一个新的认识。     

孤岛工作面软岩巷道底鼓机理及控制技术

阳煤五矿8410工作面为孤岛工作面,回进风巷道沿顶板掘进,底板为软岩,巷道受上覆岩层重力及采动影响极易发生底鼓。为防止底鼓产生危及安全生产,运用薄板理论建立软岩巷道底板力学模型,推导出底板岩层的应力状态与失稳临界条件,进而提出了孤岛工作面软岩底鼓机理,为底鼓控制及治理提供理论依据,并针对性地提出底鼓控制及治理相关技术,为同类巷道底鼓的治理提供借鉴。     

炮采采动影响下回采巷道底鼓治理研究

通过现场实测掌握了某矿7021工作面采动影响下回采巷道的变形规律,经过理论计算得出该工作面回采巷道底鼓类型属于挤压流动型底鼓,分析认为两帮煤体的变形破坏是引起巷道底鼓的最直接原因。分析了引起巷道底鼓的主要因素,给出了治理底鼓方案,即在原有支护基础上采用底板锚杆注浆加固底板。现场试验表明,该方案对防治底鼓效果较好。     

回采巷道底鼓演化过程的分布式光纤实测研究

随着煤矿开采的深部化和开采设备的大型化，回采巷道底鼓成为制约工作面高效、安全回采的重要问题，揭示回采巷道底鼓的发生规律对巷道底板稳定性控制具有重要意义。在分析回采巷道底板变形破坏特征的基础上，结合巷道底鼓关键特征研究了分布式光纤应变表征方法，并通过钻孔布设分布式传感光缆，以煤矿现场大量实测数据为依据，对工作面回采过程中回采巷道底鼓的发生进行了系统分析。研究结果表明：分布式光纤以一个正应变峰值和一个负应变峰值分别对应底板岩层的离层和挤压的非协调挠曲变形特征，以光纤局部范围受拉对应底板岩层的破碎和挤压膨胀变形特征，破碎特征区光纤的应变增量、增速反映了破碎岩块之间的挤压剧烈程度。将回采巷道底鼓演化过程分为扰动、破坏、卸压隆起3个阶段，指出每个阶段底板岩层破坏特征，确立了各阶段破碎区分布式光纤应变特征值关键信息。研究所得结论为实现巷道围岩大范围分布式光纤监测提供新的思路，对回采巷道底鼓控制具有指导意义。     

大采高软岩回采巷道底鼓分析及控制

基于对回采巷道底鼓机理的认识,通过3305工作面的工程试验得到大采高软岩回采巷道底鼓有效控制方案,并分析各个因素的影响程度,为此类巷道底鼓控制提供一定的依据。     

软岩巷道锚网反底拱技术的应用探讨

通过理论研究与现场试验,论证了软岩巷道底板采用锚网反底拱支护技术的可行性。实践证明,锚网反底拱与巷道顶帮支护相接,可形成封闭的组合加固体,该组合体既具有很高的承载能力,又具有良好的可缩性能,能够有效的控制三软岩层底鼓,减少巷道变形与破坏,较好的满足了巷道掘进和工作面回采期间的生产运输要求。     

巷道底鼓过程中能量转移规律及其控制研究

在深井煤矿巷道中,底鼓量往往占巷道顶底板移进量的一半以上.李村煤矿由于埋深较大受高地应力和回采工作面采动的影响,回采巷道底板出现严重底鼓现象,严重影响工作面正常生产.针对李村煤矿回采巷道严重底鼓现象,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道围岩变形破坏特征及能量分布规律进行分析,并对巷道开挖后围岩能量转移特征展开了研究,分析...     

煤矿坚硬顶板回采巷道底鼓控制技术研究

针对国投塔山煤矿10209回采巷道生产地质条件,分析了回采巷道在采动影响下巷道底鼓机理及控制技术。通过分析,回采巷道底鼓主要影响因素为采动过程中的超前支承压力,建立底板岩层滑动力学模型,提出加强两帮支护强度及安装底角锚杆对底板岩层进行控制的思路。以国投塔山煤矿10217回采巷道为背景进行现场工业性试验,表明底鼓控制方案安全可靠,为坚硬顶板软岩底板回采巷道底鼓控制提供依据。     

动压巷道多次扰动失稳机理及开采顺序优化研究

应用计算机模拟、现场实测和理论分析综合研究方法,分析了煤层群开采条件下的张集煤矿1113(1)工作面轨道巷多次扰动失稳机理,并对煤层群邻近层多工作面回采顺序进行了数值计算,再现了不同开采顺序下的底板动压回采巷道围岩力学环境。研究表明：目前采用的邻近层交错同采方式,1113(1)工作面轨道巷失稳的力学本质为,本工作面回采活化了已破坏的上覆层间似连续-非连续-散体结构,加剧了工作面前方受多重采动影响的轨道巷浅部高应力环境下的大范围持续强变形,突出表现为巷道底鼓强烈;回采顺序显著影响煤层群回采巷道围岩稳定性,下行开采下伏回采巷道受扰动程度最低,巷道变形及围岩破坏范围最小;邻近层对应同采,下伏工作面轨道巷受上覆工作面底板聚压影响区高应力、巷道开挖、本工作面开采扰动等多重因素叠加作用,巷道围岩破坏范围最大、变形最严重。煤层群开采采区设计中应尽量采用下行开采,同时避免或减少巷道受多次采动影响。     

采动影响下回采巷道底鼓控制技术

通过对回采巷道底板与煤柱的破坏关系分析,得到两帮煤体首先变形破坏是采动影响下回采巷道底鼓的直接原因,认为该类巷道的底鼓类型以挤压流动性底鼓为主;研究了底鼓的主要影响因素和现有底鼓防治措施,根据该矿9214巷道实际情况,提出了锚杆支护、全封闭工字钢的联合支护技术控制巷道底鼓,保障巷道围岩稳定。     

软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P_0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P_0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其"控底-助帮"的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。     

高应力回采巷道底鼓机理及治理技术

赵固矿区回采巷道在高地应力和采动叠加支承压力的共同作用下,超前支承压力影响范围达到160 m,造成泥质底板和碎裂煤帮变形严重,围岩变形量大,底鼓量达到400 mm以上,导致大量巷道返修。大采高沿底掘进巷道为挠曲褶皱性底鼓;上分层沿顶板掘进巷道为挤压流动性底鼓。提出了赵固矿区回采巷道底鼓的治理策略,即“强帮、控制顶角和底脚、强化底板、适度卸压,底板采用自钻式注浆锚杆”,并给出了支护方案。自钻式注浆锚杆具有可接长、自锚固、自钻进、主动支护、可注浆和柔性支护的特点,是控制巷道底鼓的有力支护手段。矿压观测表明,采用自钻式注浆锚杆加固巷道底板,能够有效控制巷道底鼓。提出的底鼓控制方法可以为类似条件巷道围岩控制提供参考。     

深部开采卸压巷道合理位置研究

随着矿井开采深度的不断加大,深部软岩巷道底鼓问题日益严重,开掘卸压巷是解决巷道底鼓的有效途径之一,其位置的选择决定了巷道的卸压效果。为了进一步研究卸压巷的合理位置,以某矿E2337工作面为背景,采用理论计算和FLAC数值模拟分析的方法,对距采空区10,15 m处卸压巷两侧煤柱的垂直应力和卸压巷的变形量进行了对比和分析。研究表明:合理布置卸压巷,既可以减小两帮的表面位移量,又可以转移巷道周围的集中应力,降低巷道底鼓的变形量,在煤层上分层距采空区10 m处布置卸压巷卸压效果最好。     

元甲煤矿软岩巷道底鼓机理及控制技术研究

针对元甲煤矿20101回采巷道底鼓严重破坏问题,通过对巷道底板围岩的矿物成分分析及物理力学强度测试,发现底板岩层中黏土矿物成分较多,易膨胀、软化,且底板围岩整体强度较差,是造成巷道底鼓严重的主要原因。根据元甲煤矿的工程地质条件,提出了打卸压槽的方案控制底鼓,利用FLAC3D数值模拟软件,研究了不同切槽深度下的巷道围岩应力分布及位移情况,确定出20101运输顺槽切槽卸压深度为2 m。现场工业实践结果表明,该方案有效控制了巷道底鼓,取得了良好的经济效益。     

松软煤层留底煤巷道沿空留巷底板加固技术研究

针对松软煤层沿顶掘进留底煤巷道条件下的沿空留巷巷道底鼓,提出了一种钢筋混凝土灌注桩加固底板方案。在超前回采工作面巷旁支护体下方钻孔,钻孔穿过底煤至基岩以下约500 mm,钻孔内放入钢筋笼并且浇筑混凝土形成钢筋混凝土灌注桩,待工作面回采后使得巷旁支护体处于灌注桩上方。文章主要依托霍尔辛赫煤矿3605综放工作面柔模混凝土沿空留巷进行工业性实践,通过对沿空巷道围岩的收敛变形量进行观测,没采用底板加固段巷道底鼓量约稳定在350 mm,采用钢筋混凝土灌注桩加固底板后巷道底鼓量约稳定在100 mm。结果表明:钢筋混凝土灌注桩加固底板方案能够有效控制沿顶巷道条件下沿空留巷的底鼓。     

沿空巷道底鼓破坏与支护技术研究

以3005综采工作面沿空掘巷为工作背景,在分析巷道底鼓破坏特征的基础上分析了巷道围岩强度及应力、护巷煤柱、支护方式对底鼓破坏的影响,给出了优化后的锚杆支护方案及底板处理方案。实践表明,巷道底鼓治理方案合理,巷道底鼓得到了有效改善,可以满足工作面安全生产要求。     

底板深孔爆破卸压机理及底臌控制技术研究

高河矿E2305工作面胶带巷由于底板岩层强度低,在高应力作用下导致巷道底臌严重。利用FLAC3D分析了底臌发生的主要机理,经过理论计算和数值模拟计算,提出了底板深钻孔松动爆破方案。通过相似模拟,研究工作面回采过程中矿压显现、回采巷道附近围岩的应力分布、位移、巷道的破坏方式及程度的规律。对回采巷道底板岩层进行深孔爆破卸压处理后与原支护不爆破卸压的巷道底臌现象和规律做出对比,结果显示底板深孔爆破卸压能够解决底臌问题。工程实践表明:巷道最大底鼓量为55mm,最大底鼓速率为26mm/d,变形速率及底鼓量在巷道正常使用允许范围之内,底板卸压爆破后巷道变形尤其是底臌得到了有效控制,可以为相似条件下巷道底臌治理提供借鉴。     

回坡底煤矿工作面运输巷复合型底鼓机理研究

以回坡底煤矿11-1021工作面运输巷为研究对象。利用半平面无限体理论对11-1021巷上方10号煤层孤岛煤柱对底板岩层的应力集中进行了研究。根据11-1021巷底板岩层的实际情况,发现11-1021巷的底鼓类型为挠曲褶皱性+挤压流动性的复合性底鼓,其底鼓机理较为复杂,对11-1021巷的复合型底鼓进行了具体分析。研究结果表明:孤岛煤柱造成的应力集中使得11-1021巷的水平应力达到19.6 MPa,较大的水平应力作用是巷道发生底鼓现象的原因之一。对于11-1021巷直接底的0.8 m铝质泥岩底板,根据压杆稳定理论得到失稳的临界应力为17 MPa,因此直接底会发生失稳鼓起。而对于11-1021巷厚度较大的基本底,利用滑移线理论计算得两帮处的支承压力峰值超过了底板岩层的极限承载力,会产生挤压流动性底鼓。同时,靠近孤岛煤柱一侧的支承压力峰值更大,在底板会形成较大区域的滑移线场,从而使巷道底鼓出现非对称性,并在远离孤岛煤柱一侧的底鼓量更大。