深部锚拉支架支护巷道顶板稳定性分析

为研究深部锚拉支架支护参数对巷道顶板稳定性的影响,通过梳理矩形巷道顶板破坏和锚拉支架支护机理,建立了锚拉支架支护下巷道顶板加固岩石梁应力分析力学模型,推导保证巷道顶板稳定条件下,拉杆预紧力的理论表达式,以及巷道顶板岩石梁最小加固高度的理论表达式;探讨了锚拉支架支护巷道顶板稳定条件下拉杆所需施加预紧力和加固岩石梁最小高度与巷道跨度、巷道高度、巷道围岩参数之间的关系。应用Matlab进行分析,结果表明:在巷道尺寸和巷道围岩参数确定的情况下,通过采取合理方式增大岩石梁加固高度对提高巷道顶板稳定性效果很明显,并可以显著减小拉杆所需预紧力。     

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。     

浅埋煤层综采工作面回撤通道顶板支护技术研究

针对回撤通道受采动影响巷道顶板稳定性差、变形大等问题，以内蒙古高家梁煤矿20117回撤通道为工程背景，提出回撤通道顶板补强支护方案，建立回撤通道锚固梁结构力学模型，通过理论计算分析了锚固梁结构的稳定性，并在20117回撤通道进行现场实践。结果表明：20117回撤巷道顶底板移近量较小，巷道相对比较稳定，优化后的锚(网)索、垛式支架联合支护方式对围岩起到了加固与强化作用，很好地控制了围岩变形，保证了工作面回撤安全。     

多软弱夹层的巷道顶板稳定特性及支护设计

建立了多层软弱夹层条件下巷道坚硬层状复合顶板的力学模型,分析了其结构特征、离层破坏机理及判据,基于关键层理论、组合梁理论和悬吊理论的基本原理提出了巷道顶板锚固支护参数的计算方法。研究表明:含多个软弱夹层的坚硬复合顶板由于顶板岩层的离层导致顶板刚度降低从而致使顶板下沉、破裂、冒落;顶板岩层的离层状况主要由各层的弯曲挠度的差异性所决定;通过锚杆形成的顶板组合梁需要具备足够的组合强度,否则很容易和老顶发生离层并造成岩梁两端发生弯曲断裂或剪切破坏而形成简支梁结构,最终使岩梁失稳冒落;合理的顶板锚固参数尤其是预紧力设计对于控制巷道顶板岩层的失稳作用明显。     

特大断面碎裂煤巷顶板弹性基础梁模型研究

为揭示特大断面碎裂厚煤层巷道破坏机制,并对围岩进行有效控制,运用Winkler弹性地基梁理论,建立了巷道顶板弹性基础梁力学模型,推导出了煤巷顶板下沉量、顶板岩梁弯矩的特征函数公式,分析了顶板下沉量、顶板岩梁弯矩随巷道跨度的变化关系,并在东坡煤矿进行现场应用。现场实践表明:依据该模型计算结果,选用新型预应力桁架锚索支护系统进行现场巷道维护,有效解决了碎裂厚煤层巷道的围岩控制问题,证明了该模型的合理性。     

大断面回采巷道层状底板底臌机理及其防治对策

为研究大断面回采巷道底臌机理并寻求控制底臌的有效对策,通过对大断面回采巷道层状底板底臌机理进行理论推导,提出该类底板底臌的预测方法。结果表明:随着回采巷道底板断面的增大,岩梁的临界应力逐渐减小,更易失稳破坏;在水平力的作用下,几乎所有大断面回采巷道均受到底臌的威胁;随着巷道宽度的增加,底臌量大致呈线性增加。同时对巷道一般支护、加固巷道帮角和顶板及在加固巷道帮角和顶板的基础上安装底板锚杆的3种支护方案分别进行数值模拟,发现加固巷道帮角和顶板的同时安装底板锚杆可更好的防治底臌。     

层状顶板岩层中巷道稳定性研究

巷道顶板稳定性分析,是矿山巷道支护设计的主要根据,因此成为专门的研究问题,提出过多种计算模型和分析方法。本文则是根据板的柱形弯曲理论对层状顶板巷道稳定性进行研究,对顶板岩层进行了分析,建立了计算模型,确定顶板岩层稳定性的影响因素,从而提出维护巷道顶板稳定性的措施。     

超前液压支架沿工作面走向承载特性研究

根据超前液压支架的支护特点,将超前液压支架中的立柱简化为弹性支座,建立超前支架组弹性支座岩梁模型。将超静定岩梁离散为静定单跨梁,利用MATLAB程序计算分析不同支架刚度、巷道高度、顶板弹性模量、支护密度等参数对巷道顶板下沉量的影响。通过计算验证了非等强支护能够使得支护系统与巷道矿压规律相适应,增强超前支护系统适应性。     

沿空巷道上方顶板侧向破断研究与应用

山西某矿N2103工作面留设8 m窄煤柱进行综放高强度开采,为了研究煤柱上方顶板相对煤柱破断位置,基于弹性地基梁理论建立了顶板侧向破断理论判据,并根据顶板抗拉应力与其对应位置的弯矩成正比,确定顶板在距采空区边缘5.6~7.4 m位置处破断。由工业性试验可知,理论计算结果与现场钻孔窥视结果吻合性较好,表明该力学模型能够很好地对沿空巷道顶板破断位置进行预判,为沿空巷道煤柱宽度的安全设计提供依据。     

回采巷道顶板锚索预紧力的研究与应用

在阐述回采巷道顶板锚杆(索)与围岩相互作用的基础上,分析了锚杆与锚索在支护体系中各自的作用,指出锚索预紧力是影响支护效果的关键参数.通过分析锚索支护的特点,将回采巷道顶板简化为组合固支梁模型,运用莫尔积分求得了锚索所需要的预紧力.该研究对确定回采巷道顶板锚索预紧力具有一定的参考价值.     

苏家壕矿煤巷局部破碎段支护技术研究

针对苏家壕矿辅助运输大巷局部破碎段煤巷的具体情况,分析并计算了锚杆、梁与网联合支护的参数,得出了锚杆、梁与网联合支护能及时加固围岩,可有效地控制巷道顶板离层,减少巷道围岩变形,取得了较好的社会效益和经济效益。     

单轨吊巷道顶板深梁支护结构的构建及应用

针对单轨吊作用下区段平巷顶板控制难题,提出将巷道顶板视为深梁进行稳定性分析,并采用密集布置的高预应力锚索和强力锚杆支护系统构建顶板锚固复合深梁承载结构。采用FALC3D数值模拟软件研究了余吾矿S1203回风巷实际支护参数条件下的顶板预应力场分布特征,揭示了单轨吊巷道顶板的成梁机制,得出S1203回风巷顶板深梁厚度为6 m。通过对S1203回风巷顶板进行受力分析,建立了单轨吊作用下巷道顶板锚固复合深梁承载结构的力学模型,根据应力叠加准则,推导出深梁内部最大剪应力分布表达式,据此结合Matlab数值分析软件得出顶板深梁最大剪应力分布随单轨吊载荷变化的响应规律,阐明了单轨吊作用下巷道顶板的稳定性控制机理。根据S1203回风巷的矿压观测结果,单轨吊作用前后巷道顶板均未出现离层现象,顶板最大下沉量及两帮收敛量不变,分别为72,48 mm,表明巷道顶板深梁支护结构的构建有效实现了单轨吊作用下巷道顶板的控制。     

矩形巷道全长锚固锚杆力学模型分析及设计

煤矿开拓大量采用矩形巷道,传统锚杆设计方法通过将矩形巷道等效为圆形巷道对围岩变形进行分析进而确定支护参数,但圆形巷道围岩变形规律与矩形巷道不同,使得锚杆支护设计产生较大误差。依据陕西神木柠条塔煤矿S12001工作面运输巷顶板变形监测结果,建立顶板梁模型,根据弹塑性理论,推导出矩形巷道顶板下沉变形计算式,进一步对全长锚杆进行受力分析并提出其设计方法。研究结果表明:巷道顶板表面跨中部位竖向变形最大,向岩体内部以及巷道两帮逐渐减小;锚杆上剪应力以中性点为界,锚杆两端剪应力方向相反,最大剪应力在靠近巷道一端,锚杆轴向拉应力在中性点处最大,锚杆两端为0。通过对S12001工作面运输巷顶板进行支护设计,经计算发现各支护参数均符合生产要求,将理论计算的顶板围岩变形量与现场监测结果进行对比,对模型可靠性进行了验证。     

巷道复合结构破坏机理及锚注支护控制技术研究

以宏岩煤矿轨道下山顶板离层破坏控制为工程背景,采用材料力学理论计算和数值分析的方法,对巷道复合顶板破坏机理进行分析研究。分析结果表明,由于巷道顶板岩层的复合结构,在覆岩载荷和相邻工作面的采动影响下,致使巷道出现顶板下沉严重及支护体失效等矿压现象。提出利用注浆加固在顶板形成的多介质结构与注浆锚杆锚索联合控制顶板结构稳定性技术,根据轨道下山围岩结构确定深浅孔锚注加固方案并实施现场工程对比试验,加固区域顶板最大下沉量控制在59 mm左右,对顶板的复合结构取得了良好的控制效果。     

回采巷道顶板岩层破断演化过程研究

为了研究回采巷道顶板岩层破断的演化过程,基于两端固支的超静定梁模型,探讨了围岩应力重新分布过程中顶板岩层的弹塑性载荷及变形。理论分析表明,通过对各阶段应力临界值的计算,可以对顶板岩层的破断进行有效的预计,也为确定巷道合理的支护时间提供了理论依据。     

深部主运输巷道无立柱超前支护技术研究

城郊煤矿21109主运输巷道里段属于实体煤巷道,地质条件简单、从掘进到回采时间跨度短,具备无立柱超前支护技术试验条件。通过悬吊理论计算、现场拉拔力检测、加强施工质量管理等方法保障工业性试验|采取顶板离层和围岩变形监测、钻孔裂隙窥视等技术手段检验实施效果。实践表明：特定条件下,回采前采用普通锚索梁加固的无立柱超前支护工艺能够完全替代单体支柱、超前支架等立柱式超前支护工艺|其承载能力能够有效抵抗初采初放期间的采动影响,保证了回采期间的巷道顶板安全,极大解放了作业空间且优化了采煤作业流程。     

孤岛综放面窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究

针对马兰矿18506孤岛工作面赋存情况,综合采用理论分析、数值模拟、工程实践等手段,分析确定了沿空掘巷留设煤柱尺寸为8 m,提出帮顶锚杆支护、顶板锚索加固、煤柱锚索梁加固和局部顶板破碎地段注浆加固联合支护方式,并优化设计了巷道支护参数。现场实践表明,18506工作面沿空巷道位移变化量小,巷道顶底板移近量为378. 4 mm,两帮移近量为279. 6 mm,巷道变形程度低,完全满足生产安全要求。     

层状岩体中矩形巷道顶板破坏高度

为计算层状岩体中矩形巷道冒落高度,考虑到层状岩体中矩形巷道顶板各层物理力学性质的不同,对其进行分层研究,建立岩梁计算模型同时应用结构力学两端固支梁模型计算层状顶板整体受力,再用弹性力学对每层岩层进行内力计算。考虑到岩梁两端固支处集中力作用对岩梁整体内力分布的影响即岩梁端部效应,利用弹性力学中半平面体受集中力作用的内力解,推算出岩梁上侧受拉破坏点位置,从而得到各层破坏面与垂向夹角,进而可推算出冒落拱的高度。通过与实际巷道冒落拱高度测试结果的对比,验证此公式较为符合实际工程情况。     

极近距离煤层超前探梁注浆加固技术

白皎煤矿在极近距离煤层群下部煤层巷道掘进过程中,首次采用了超前探梁注浆加固技术,结果表明:该技术实现了对巷道顶板的加固作用,解决了极近距离煤层群下部煤层掘进过程中巷道顶板控制难度大的问题。     

掘进巷道锚杆预紧力的确定及应用研究

通过改善巷道锚杆的预紧力的方式可控制掘进巷道局部位置出现冒顶、片帮等现象,文章通过理论分析、数值模拟以及现场实测的方法,计算了巷道顶板锚杆预紧力并分析了其影响因素,探究了不同顶板锚杆预紧力条件下巷道围岩的垂直变形量,最终确定巷道的顶板锚杆的合理预紧力。主要得到如下结论：在锚杆预紧扭矩一定的前提下,随着锚杆直径不断增加,锚杆预应力会逐渐减小;在锚杆直径一定的前提下,随着锚杆预紧扭矩的不断增加,锚杆预紧力不断增大。随着巷道顶板锚杆预紧力的逐渐增加,巷道顶板下沉量逐渐减小,当锚杆预紧力由100kN增加至150kN时,巷道顶板的最大下沉量则由72.28mm减小至64.12mm。巷道顶板锚杆的预紧力应不小于130kN,并最终确定为150kN,经现场实测巷道顶板下沉得到良好控制。