基于地应力的巷道支护参数设计研究

围岩强度与地应力的关系是导致巷道破坏的重要影响因素。分析了锚杆支护与围岩应力的关系、预应力锚杆与围岩变形的关系,然后数值模拟分析了不同支护条件下围岩破坏情况和应力分布情况。数值模拟得出,构造应力场下,顶板在锚杆锚索联合支护下,巷道变形量很小,巷道支护效果良好,顶板离层现象基本消失。以某矿为例,对巷道进行地应力测试以及巷道支护设计,通过锚网喷联合支护,特别是对顶板进行加固,支护取到了良好的效果。     

高应力泥岩顶板巷道围岩失稳特征及控制分析

通过对高应力泥岩顶板回采巷道破坏特征、力学变形机制及失稳原因分析,建立了回采巷道锚杆-锚索支护区变形协调方程,提出了高应力泥岩顶板回采巷道围岩控制关键技术,确定了预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护方案,并对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:高应力泥岩顶板巷道表现为顶板破碎严重及离层量大、两帮呈非对称收敛变形与底鼓量大的特征;高应力及泥岩顶板软弱围岩是巷道围岩产生破坏的内在原因,锚杆-锚索支护强度过低及锚杆-锚索支护区非协调变形则是巷道围岩破坏失稳的外在原因;古汉山矿13051回采巷道围岩为高应力-节理化-膨胀性复合型(HJS)软岩,为Ⅰ_(AB)Ⅱ_(AB)Ⅲ_(ABD)复合型力学变形机制,采用设计支护方案后,巷道围岩变形能利于释放,围岩压力减小,锚杆-锚索受力均匀,巷道围岩变形保持在可控范围内,预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护利于巷道围岩稳定。     

极弱胶结地层煤巷锚网索耦合支护效应研究及应用

基于锚杆与锚索支护机理分析,采用FLAC3D研究分析不同锚杆与锚索预紧力条件下引起的围岩应力场分布特征,定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力扩散效果,揭示了锚杆、锚索预应力耦合支护效应。针对极弱胶结地层煤巷矩形断面开切眼导硐工程地质特征,提出了锚网索与工字钢支架联合支护技术方案。采用FLAC3D研究分析了不同支护方案的支护效果,验证了煤巷矩形断面开切眼导硐联合支护方案的合理性,并进行了井下工业性试验。为评价支护效果,对巷道围岩变形与锚杆、锚索受力进行了实时监测,监测结果表明:该联合支护方案有效地控制了矩形断面煤巷围岩变形与塑性区的损伤扩展,保证了围岩与支护结构的稳定和安全。     

深部软岩巷道围岩支护技术研究

为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题,针对信湖煤矿回风石门埋深大、应力高、围岩强度低的特点,在分析了信湖煤矿回风石门的围岩赋存条件、变形破坏特征以及原有支护方案已难以维持现掘巷道稳定的条件下,通过理论计算得到信湖煤矿回风石门围岩塑性区范围,从而提出了控制巷道围岩的基本理念：采用小承载体控制围岩破碎区的扩大,采用大承载体限制围岩塑性区的发展,2个承载结构共同维持巷道稳定,进而提出采用“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案对新掘巷道进行支护,并结合FLAC^3D数值模拟及现场工业性试验对“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案的合理性及可靠性进行验证。结果表明：信湖煤矿回风石门新掘巷道经“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案支护后围岩表面变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,支护体与巷道围岩形成了稳定的复合承载结构,联合支护方案能够保持巷道的长期稳定,该联合支护方案可为其他类似深部软岩巷道支护提供一定参考。     

锚杆锚索同排协同支护在南关矿的应用研究

针对南关矿高水平应力条件下三采区轨道巷变形量大,难于支护的问题,以锚杆锚索同排协同支护思想为指导,通过现场观测、数值模拟及理论分析,对巷道掘进后围岩中应力演化规律及变形破坏机制进行了研究,提出锚杆锚索同排布置协同支护方案,对比了原支护方案及优化支护方案的预应力场和围岩变形情况。结果表明,锚杆、锚索布置方式及预应力协同后,最大限度发挥了锚固构件力学性能,提高了围岩的自承能力,减小了巷道围岩变形量。现场应用与监测数据表明,锚杆锚索同排协同支护方案具有良好的支护效果,可以有效控制巷道围岩。     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。     

深部蚀变岩型巷道锚杆锚索联合支护应用研究

为了确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道合理的支护方案,本项目对焦家金矿 15 中段蚀变岩型巷道进行岩体质量分级,计算出分级结果并提出初步支护方案,运用 Unwedge 进行楔形体冒落分析,模拟深部高应力影响下蚀变岩型巷道楔形体大小及初步支护方案合理性,对初步支护方案进行优化分析。根据巷道形状及规格加工制作双钢筋,将其运用到锚杆锚索联合支护方法中,大大地提高了整体支护强度。最终确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道采用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案。在此基础上,开展支护方案的现场工业试验,由巷道顶帮连续收敛监测结果表明,当应用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案支护后,巷道顶帮收敛变形在 1 个月内基本不再增长,可有效保证焦家金矿高应力下蚀变岩型巷道围岩在服务周期内的稳定性。     

大埋深梯形巷道围岩应力分布规律及支护优化

梯形巷道围岩的应力分布呈现非对称分布的特征,容易发生应力集中,引发巷道失稳破坏。以陈蛮庄煤矿3410工作面为背景,针对巷道变形量较大且破坏严重的情况,运用巷道围岩松动圈理论,分析了梯形巷道顶板应力分布特征,推导并计算了围岩塑性区最大半径,进而对现有回采巷道支护方式进行力学分析,验算当前支护下的支护强度。运用FLAC3D数值模拟研究揭示了当前支护条件下的围岩应力分布及变形规律,面对巷道底板底鼓、顶板蠕变、高帮局部滑移现象,基于原有支护提出补强支护的方案：在高帮中部偏上位置布置一根锚索,原有支护的锚索向下移动1 600 mm;在低帮增加锚索补强支护,且原有的锚杆、锚索更换为高强锚杆锚索,提高巷道围岩的承载能力。通过数值模拟验证了优化后的支护布置对围岩的控制效果显著,能够满足生产需要,有效控制了巷道围岩的变形与破坏。     

三软煤层沿空巷道破坏机制及锚注控制

针对龙口矿区梁家煤矿典型三软地层沿空巷道-4606材料巷围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破坏的主要原因。以锚注支护为核心,实施了U型棚+注浆锚杆+注浆锚索和注浆锚杆+注浆锚索2种联合支护对比试验方案。结果表明：方案实施后,巷道围岩变形量均小于原支护方案37%以上,U型棚+注浆锚杆+注浆锚索联合支护方案中U型棚对围岩的控制作用不明显,注浆锚杆+注浆锚索联合支护完全可以取代传统的U型棚支护。     

深部蚀变岩型巷道锚杆锚索联合支护应用研究

为了确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道合理的支护方案，本项目对焦家金矿 15 中段蚀变岩型巷道进行岩体质量分级，计算出分级结果并提出初步支护方案，运用 Unwedge 进行楔形体冒落分析，模拟深部高应力影响下蚀变岩型巷道楔形体大小及初步支护方案合理性，对初步支护方案进行优化分析。根据巷道形状及规格加工制作双钢筋，将其运用到锚杆锚索联合支护方法中，大大地提高了整体支护强度。最终确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道采用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案。在此基础上，开展支护方案的现场工业试验，由巷道顶帮连续收敛监测结果表明，当应用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案支护后，巷道顶帮收敛变形在 1 个月内基本不再增长，可有效保证焦家金矿高应力下蚀变岩型巷道围岩在服务周期内的稳定性。     

深部高应力软岩巷道围岩应力分析及支护研究

以淮南矿业集团潘三煤矿1662(1)运输平巷掘进工程为背景,针对深部高应力软岩巷道难以支护的问题,系统分析总结了该类巷道变形破坏特征,并提出了锚网索注联合支护对策。即在该类巷道掘进初期先采用锚杆及锚索联合支护控制围岩变形,随后配合注浆锚杆提高围岩承载能力。运用FLAC~(3D)数值模拟软件,对不同支护方案下软岩巷道的应力场及位移场分布进行研究。     

古书院矿软弱煤岩失控巷道综合加固技术研究

为解决古书院矿软弱煤岩巷道在动压影响下顶板断裂、底鼓等大变形失控问题,在地质调查的基础上对围岩变形破坏机理进行了分析,提出了注浆加固联合锚杆锚索的联合支护方案,同时进行了锚索受力、巷道围岩变形监测。工程试验结果表明,在对该破碎软弱巷道进行注浆加固-锚杆索联合支护后,提高了巷道围岩的整体性,锚索受力趋于稳定,巷道围岩变形量较小,巷道大变形得到控制,保证了巷道的安全性。     

受高水平构造应力影响的软岩巷道支护技术研究

针对白皎煤矿2410巷遭受高量值水平构造应力影响且围岩极其软弱的特点,对巷道变形特征进行了数值模拟研究。分析了裸巷开挖、低预紧力支护和高预紧力支护条件下巷道变形特征和塑性区分布情况,最终确定高预紧力强力锚杆索联合支护方案。方案实施后,矿压监测结果表明锚杆索预紧力较高时,巷道围岩变形得到有效控制,锚杆索最终稳定工作栽荷与初始预紧力相差不大。     

煤矿构造应力区巷道支护技术研究

本文通过分析大型陷落柱构造应力对巷道围岩应力的影响,确定构造影响区域内巷道支护的影响因素,研究得出构造应力对巷道的主要影响是水平应力较大,且分布不平衡,巷道支护体系中帮锚杆长度的局限性使其无法提供足够的预应力及支护强度,设计采用帮锚索配合锚杆的联合支护形式可以提供较大的预应力及承载力,保证了工作面绕采期间巷道变形后断面满足安全生产的需要。     

磁西煤矿深部高应力巷道变形破坏机理及控制技术

磁西煤矿-890 m进风行人大巷工程地质条件较差、水平构造应力大、自承能力低,现已发生严重变形破坏。为有效控制巷道围岩变形,保证其稳定性,通过对不同屈服准则条件下深部高应力巷道变形破坏进行弹塑性分析,确定适合工程实际的屈服准则,并基于FLAC3D结合巷道围岩岩性成分分析、力学性质测试结果,对不同支护方案中的支护结构、支护参数进行对比优化,提出以锚杆、锚索为核心的锚网索喷联合支护方案。在巷道开挖后进行矿压监测,进一步验证支护方案的可靠性,并获取巷道围岩开挖后的变化特征。工程实践表明,采用锚网索喷联合支护技术对提高深部高应力巷道整体性与稳定性具有较显著效果,围岩受力、变形更趋稳定,为保证煤矿的长期安全稳定提供了有力的技术支持。     

“锚杆-锚索联合支护”在软岩巷道支护中的应用

本文以董东煤矿50101工作面运输巷道支护工程为例,结合锚杆-锚索联合支护的相关理论,采用HLAC 3D非线性大变形程序对在软弱破碎围岩条件下的支护方案进行了数值模拟研究,结合现场实测巷道变形量,分析了锚索在联合支护过程中的破断原因,并提出了软岩巷道支护优化方案.     

全煤巷道锚杆锚索联合支护机理与效果分析

以同煤大唐塔山煤矿全煤巷道为例,采用有限差分数值计算软件FLAC 3D,对不同顶煤厚度、不同巷道布置位置、不同巷道高宽比、不同地应力大小、不同锚杆锚索预紧力等情况下巷道围岩受力与变形特征进行了研究。结果表明：顶煤厚度在10 m以内时,随着顶煤厚度增加,应力集中区范围扩大,应力值降低;巷道掘进与相邻工作面回采后在煤柱中形成的应力集中区呈近似“三角形”的分布特征;相同巷道高度下,随着巷道宽度增加,顶煤应力集中程度增加,底板岩体中应力值却降低;煤岩体强度越高,围岩应力值越大;锚杆锚索联合支护时,锚杆与锚索施加的预紧力应在锚固结构中形成相互连接、相互叠加的压应力区。井下试验表明,强力锚杆与锚索联合支护有效控制了巷道围岩变形,为全煤巷道提供了有效的支护手段。     

三软煤层巷道破坏机制及锚注对比试验

针对龙口矿区梁家煤矿典型软岩巷道-4606改造开切眼巷道围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破坏的主要原因。支护构件锚固性能试验表明,与注浆前相比,注浆10 d后注浆锚杆拉拔力提高214%,高强锚索提高89%。在此基础上,以锚注支护为核心,实施了U型棚+注浆锚杆,注浆锚杆+高强锚索两种联合支护对比试验方案。结果表明：方案实施后,巷道围岩变形量小于原支护方案59%以上,锚注支护可有效控制该类条件下巷道围岩变形;两种试验方案的围岩整体平均变形量相差6.6%,采用注浆锚杆+高强锚索联合支护方案可替代传统的U型棚支护。     

煤矿大变形软岩巷道联合支护方案研究

以大变形软岩巷道为研究对象,通过分析巷道破坏关键部位和岩体结构面信息,提出注浆锚杆+锚索+底角锚杆联合支护方案并利用离散元程序对无支护、常规支护和联合支护状态下的巷道变形特征进行分析,结果显示:联合支护的软岩巷道未产生张拉破坏区和剪切破坏区,巷道保持稳定。顶底板岩体稳定,整体巷道支护效果良好。巷道开挖后围岩累积变形量小于0.15cm。软岩巷道可以维持较长时间稳定,为采矿作业提供了安全的环境。     

赵庄二号井回采巷道锚网索支护参数优化研究

针对煤矿井下巷道锚网索支护参数选取随意性和盲目性导致巷道支护强度过低或过强问题。以赵庄二号井矿2305工作面回风巷道为工程背景,通过理论计算初步确定回风巷道锚网索支护参数,在此基础上设计锚杆的长度、间排距和锚索密度3种巷道支护参数优化方案,采用FLAC^3D数值模拟软件对锚杆不同长度、间排距和不同密度锚索下巷道围岩应力和巷道表面变形监测进行分析对比,确定最合理的方案。研究结果表明:随着锚杆长度由1.5 m增大至2.5 m过程中,巷道变形量逐渐减小,长度在大于2.5 m之后巷道变形量较小且无明显变化;随着锚杆间排距逐渐增大,锚杆之间产生有效应力区重叠部分逐渐减小直至分离,巷道变形量也逐渐增大;随着锚索密度增大,锚索在巷道顶板有效压应力影响范围越大,巷道变形量逐渐减小。在满足工程支护强度下,考虑经济成本、施工速度等因素最终确定锚杆长度2.5 m、间排距1 000 mm×1 000 mm,锚索每排2根最合适。