深井准备巷道底鼓成因及其防治对策

针对陶二矿深部巷道底鼓问题,基于巷道围岩变形破坏机理,通过对巷道底鼓影响因素的理论分析,得出围岩性质、水、采深、地质构造和支护形式是导致底鼓的主要因素,提出采用注浆锚杆和注浆锚索分别控制浅部和深部围岩,使底板岩层形成承载梁,提高岩层的黏聚力和内摩擦角,增强底板整体稳定性。并在南采区轨道上山进行了支护试验,结果表明：顶底板移近量小于300 mm,底鼓量约占顶底板移近量的70%,比原支护减小80%;同时,巷道两帮的变形也得到有效的控制。     

不同水平应力对巷道稳定性的模拟研究

水平构造应力是影响巷道围岩稳定的重要因素之一,通过相似材料模拟试验和数值模拟方法研究不同水平应力作用下锚杆支护巷道以及无支护条件下巷道围岩变形破坏特征.物理模拟较好的反映了巷道顶板的冒落和底板的鼓起状况,数值模拟反映巷道周围塑性范围和应力分布.模拟结果表明,随着水平应力增加,水平应力向巷道顶底板深部传递的趋势明显,导致巷道底鼓及褶皱形破坏,顶板剪切变形及楔形冒落.顶底板变形破坏大于巷道两帮的变形破坏.因此,高水平应力作用下,巷道顶底板是巷道控制的重点.锚网索喷一次支护配合长环形U钢支架二次支护是解决高水平应力作用下巷道支护的有效手段之一.     

非软顶底板煤巷锚杆支护及围岩松动规律

分析巷道围岩松动规律是优化锚杆支护的基础.通过对非软顶底板煤巷围岩松动特征与锚杆支护关系的分析,理论计算了非软顶底板煤巷围岩的松动范围,提出了非软顶底板煤巷锚网索耦合支护方案,运用数值计算分析了非软顶底板煤巷锚杆支护前后围岩松动规律,并对试验巷道围岩松动范围进行了钻孔窥视和超声波探测.结果表明:非软顶底板煤巷围岩松动范围在顶板两角及两帮中部,两帮呈半圆形破坏,顶板呈马鞍形破坏.锚杆支护后,围岩松动范围减小,围岩应力由顶板两角沿两帮向底板两角深部转移,顶底角锚杆(索)耦合支护利于巷道围岩的稳定.     

深部软岩巷道底鼓机理与治理试验研究

为研究深部软岩巷道强烈底鼓发生机理及治理方法,以邯矿集团陶二煤矿扩大区南大巷底鼓问题为背景,分析了南大巷强烈底鼓特征及影响因素,提出了巷道底板锚索束+底板深浅注浆的治理方案,通过巷道原支护和底鼓治理方案相似模拟试验,对比分析了两方案在底板破坏和围岩应力分布特征。结果表明:高应力、岩石遇水膨胀、支护结构不合理等因素综合作用导致巷道发生强烈底鼓;浅部注浆使底板破碎岩体相互黏结形成整体,深部注浆填充深部裂隙岩体孔隙,锚索束将浅部注浆岩体和深部注浆岩体锚固在一起限制底板变形。现场底鼓治理试验表明:巷道底板变形在38~48 mm之间,治理后30 d巷道趋于稳定。该底鼓治理技术适用于深部大断面、永久巷道(硐室)底板加固。     

深部沿空切顶巷道底鼓破坏机制及强化控制技术研究

为解决深部沿空切顶巷道的底鼓大变形破坏及频繁翻修维护问题,分析了深部沿空切顶巷道围岩应力环境的转变特征,基于滑移线场理论建立了不同应力扰动阶段下沿空切顶巷道的底鼓破坏力学模型,研究了不同应力扰动阶段巷道底鼓破坏机制,并开展了底板强化控制试验。结果表明：深部沿空切顶巷道的围岩应力环境转变可分为掘进后切顶前、切顶后一次采动及沿空留巷三阶段;在巷道两侧滑移线场的对称及非对称作用下,三阶段巷道底板分别呈小变形对称底鼓、采场侧高于实体煤侧的非对称底鼓变形及实体煤侧高于采空区侧的非对称大变形底鼓破坏;随采深增加,沿空切顶巷道底板支护荷载增加;底板限制性强化支护底鼓速率下降约33.3%,底鼓量可降低804mm,最适于控制深部沿空切顶巷道底鼓破坏。     

淮南矿区深部煤巷变形破坏机制及支护技术

针对淮南矿区开采深度大、构造应力高、地质构造复杂、围岩松软等条件下的煤巷支护难题,系统研究了深部煤巷围岩变形破坏机制,提出帮部在垂直压剪和横向顶拉作用下产生"〈"或"ㄟ"形破坏;底板在两帮压膜效应和远场应力挤压下产生塑性流动,呈"凸"形破坏;顶板在垂直压应力下产生张拉导致顶板岩层破断或失锚,发生""形破坏。在此基础上提出"合理巷道设计源头让压、高预紧力改善应力状态、强化表面支护协调变形、围岩注浆提高承载能力、补强短板形成支护整体"煤巷支护方法、"地质-矿压"信息动态支护设计方法以及支护质量控制体系,形成深部煤巷成套支护技术。工程实践证明,该技术能有效控制深部煤巷的变形破坏,提高支护效能,有助于实现安全经济支护。     

深部高应力富水黏土软岩大巷底鼓机理及控制技术

为研究深部高应力富水黏土软岩大巷强烈底鼓控制技术,以陕西蒋家河煤矿二采区回风大巷为工程背景,理论分析了大巷底鼓影响因素,采用UDEC-Trigon离散元方法研究了大巷变形破坏特征及底板锚注支护机理;研发出适合于富水条件下锚杆(索)锚固的新型耐水锚固剂,并在井下取得良好锚固及拉拔效果;提出了先注浆封闭裂隙、后锚索加固的底鼓控制方案,并成功应用于工程实践。研究结果表明:大巷在高应力及水理作用影响下呈挤压流动性和水理膨胀性底鼓;锚注支护对于减小深部高应力围岩塑性区分布作用不明显,其主要作用在于控制底板围岩浅部张拉裂纹的产生和深部剪切裂纹的产生、扩展延伸及贯通,抑制导水裂隙带形成,避免围岩遇水泥化弱化岩体强度,底板锚索支护系统还可有效改善底板围岩应力状态,避免浅部近零应力区形成及深部围岩应力的进一步释放;锚注支护加固底板后,锚索支护系统与底板围岩系统处于稳定状态,实测大巷最大底鼓量仅202 mm,有效解决了深部高应力富水黏土软岩强烈底鼓问题。     

深部倾斜岩层巷道变形分析与控制

针对深部倾斜岩层巷道围岩大变形控制的难题,以九龙矿北翼二水平轨道大巷为工程背景,通过现场调研、数值模拟分析深部倾斜岩层巷道围岩变形破坏的特征和原因。研究结果表明:倾斜岩层剪切滑移破坏和弯曲变形、围岩松软破碎、底鼓严重、支护结构针对性差是导致巷道变形失稳的主要原因;随着岩层倾角的增加,深部巷道围岩的破坏模式由倾斜岩层层间滑移破坏和靠近巷道拱肩部位的岩体分离、弯曲变形共同作用,逐渐向岩层层间滑移破坏转变;基于以上研究,提出了采用高强度锚杆和高预应力锚索,在巷道变形关键部位加强支护,控制底鼓和架设U型钢,全断面喷射混凝土和注浆的支护技术,强化围岩的整体强度和承载能力。工程实践表明,巷道围岩变形控制效果显著。     

三软煤层复采工作面无煤柱沿空掘巷支护技术

基于三软煤层老采区留设煤柱中复采工作面无煤柱沿空掘巷采用工字钢梯形棚架支护条件下,针对煤矿巷道围岩稳定性差、底鼓变形严重影响生产的实际,采用理论分析和现场实践的方法,提出锚网索支护新方案,即通过锚索强大的预紧力,主动对巷道围岩进行加固,改变基本顶岩层深部的应力分布,使基本顶岩层在巷道两侧所形成的集中应力向两侧的深部转移,减轻对底板及两帮的压力,同时通过贴帮柱加强采空侧帮部对顶板的支撑,使底鼓及两帮的变形得到控制.经实际测定,巷道顶底板的变形总量为478 mm,底鼓量为235 mm,两帮总变形量为172 mm.与工字钢梯形棚式支护相比,巷道的变形量大幅降低,不需要挖底扩帮进行多次返修,保证了生产.     

注浆加固技术防治巷道底鼓的机理研究

对于底板围岩破碎或岩层承受的应力超过自身强度而产生裂隙的巷道,注浆加固技术防治底鼓的效果较好.采用FLAC软件对注浆加固技术防治巷道底鼓的机理进行了研究,并与其他支护方式进行了比较,结果表明:使用底板注浆加固技术时,注浆浆液渗透到岩层裂隙之间,增加了破碎岩石之间的黏结力,使底板附近围岩形成具有较高强度的整体结构.因此,与普通锚杆支护相比,围岩变形量大大减小,巷道两帮变形量及底鼓基本被控制.     

高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用

针对煤矿深部及复杂困难巷道条件，分析了锚杆支护作用，提出高预应力、强力支护理论，大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，保持围岩的完整性，减少围岩强度降低；开发出高预应力、强力支护系统，包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料，力学性能得到显著提高；高预应力、强力支护系统成功应用于新汶矿区千米深井巷道，巷道变形降低70%左右，顶板离层仅为原来的5%，巷道支护状况发生了本质改变.实践证明，高预应力、强力支护系统可有效控制围岩变形与破坏.同时，提高顶板支护的刚度与强度可有效地减小煤帮压力和底臌.     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

深部厚顶煤巷道围岩稳定性相似模型试验研究

针对深部厚顶煤巷道围岩控制难题,采用相似模型试验方法,分析了埋深、构造应力等因素对厚顶煤巷道围岩变形、围岩应力及支护结构的影响,揭示了厚顶煤巷道围岩稳定性规律:随着埋深增大,两帮及顶煤内应力峰值增大,围岩变形破坏程度增大;随着构造应力增大,围岩变形破坏程度增大,构造应力对顶煤稳定性影响显著,顶煤水平应力呈现出"两端低、中部高"分布形态,且应力峰值位置随构造应力增大向深部转移,下位顶煤、煤层与顶板交界面附近的顶煤破坏严重,最终发生"尖顶型"垮冒;顶板锚杆和穿过煤岩层交界面的锚索易被剪断。对于深部构造应力作用下的厚顶煤巷道,认为提高顶煤锚固体的抗剪能力尤为重要,提出采用"高强高预紧力锚杆及斜拉锚索梁"支护技术,以此增强厚顶煤锚固体的抗剪能力、提高两帮承载能力,顶煤和两帮稳定性的提高则有助于减小底臌量。研究成果成功应用于工程实践。     

深井高应力破碎软岩巷道过断层支护技术研究

针对深部软岩破碎巷道遇断层后,巷道围岩变形量增大、易造成顶板垮落、底鼓变形破坏剧烈等问题,对高应力软岩巷道过断层支护机理进行了研究。通过采用数值模拟与现场实践相结合的方法,确定“金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的综合支护方式。应用结果表明,巷道顶底板和两帮的变形量大大减小,有效控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形和底鼓,保证了巷道围岩稳定。     

深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。     

深部巷道底鼓原因及治理技术研究

为了对深部巷道底鼓进行治理,分析了研究区原岩应力,得出了研究区最大主应力方向大致为东向西分布,研究了巷道底鼓原因,主要有最小水平主应力的影响、巷道底板泥岩等软弱层的影响、巷道底板和底角缺少有效支护、相邻巷道掘进的动压影响和围岩蠕变变形。然后采用反底拱+大直径锚索束+深浅孔注浆技术,使巷道底板得到了有效的控制,减少了底板变形。研究为类似工程条件的巷道底鼓的治理提供了技术支持。     

煤巷倾斜层状顶板变形失稳机理及支护技术

针对鹤壁矿区二1煤层回采巷道顶板变形严重支护困难,从倾斜岩层非对称作用、水平构造应力、煤帮软弱失稳、底鼓塑性流动诱发等方面分析揭示了顶板失稳力学机理。采用高预拉力、高刚度护表构件控制围岩浅部离层,利用围岩深部自承能力;锚索减跨强力悬吊,帮角弱化区补强支护整体促稳等支护对策,并提出了预拉力锚网索梁联合支护技术参数。结果表明:掘进期,新支护方案下的巷道顶板最大下沉量44 mm,降低75%;两帮移近量最大77 mm,减小60%;回采期,顶板最终下沉量138 mm,两帮移近量为179 mm,巷道支护状况有了明显改观。     

不同地质条件下的锚杆支护技术

影响巷道围岩完整性和稳定性的主要因素有巷道围岩强度、地应力、巷道断面形状和巷道断面尺寸等。不同地质条件下锚杆支护技术主要包括:松软围岩巷道锚注加固;复合顶煤巷锚带网加锚索联合支护;综放顺槽采用锚杆锚索联合支护;综放面末采锚网支护。