基于爆破卸压的深部构造应力富水软岩巷道底鼓控制技术研究

底鼓是深部高应力软岩巷道常见的底板破坏形式,也是影响矿井安全高效生产的制约因素,更是目前千米深井亟待解决的关键问题。为解决深部高应力软岩巷道底鼓制约煤矿安全高效开采的现场问题,以平煤某矿-950水平回风大巷为工程背景,采用井下试验、物化分析、室内试验相结合的方法,从岩石强度和应力特征视角分析了围岩结构、矿物成分、水理作用、支护强度、原岩应力对巷道底鼓的影响机制,发现了高构造应力和水理作用是影响巷道严重底鼓的主要因素,揭示了该巷道的挤压流动性底鼓和遇水膨胀性底鼓机理。根据深部高应力软岩巷道底鼓机理分析,提出了基于底板爆破卸压的注浆加固底鼓联合控制技术,利用松动爆破技术阻断底板高应力传播路径,改善巷道围岩应力环境,释放底板压力;同时,利用注浆加固技术强化巷道底板围岩的承载力,提高底板抗变形能力。基于上述研究成果,提出爆破卸压+注浆加固的布置方案与参数,并进行了工业试验和底鼓变形监测。现场工业应用监测结果表明：采用底板松动爆破+注浆加固的联合支护方案后,巷道底板围岩处于稳定状态,底板在300 d内最大位移不超过310 mm,巷道底鼓变形量较无支护状态下减少了36.7%～49.0%,巷道底板未...     

巷道局部弱支护围岩应力场及稳定性分析

基于圆形巷道局部弱支护力学模型,用自然边界元法推导出围岩内应力函数的边界积分公式,对比分析了底板不支护、底板局部弱支护、巷道全周边弱支护、巷道全周边均匀强支护时围岩内应力随角度的变化规律.采用Burger-creep模型,利用FLAC软件模拟分析了深部弱支护巷道边界位移的蠕变规律、围岩塑性区的分布规律等.研究表明:巷道全周边弱支护时,顶、底及两帮破坏并发,初始阶段两帮蠕变速度最快.巷道局部弱支护时,在弱支护范围的两侧出现水平及垂直位移集中现象,围岩从弱支护部位鼓出.底板局部未支护时,底板破坏严重、底鼓量是全周边弱支护时的5倍,塑性区不断向两帮及顶板延伸;底板不支护或弱支护时,通过顶板强支护并不能抑制底鼓现象.研究巷道局部弱支护现象及其发展过程,对于完善巷道支护设计,有针对性地改进支护结构,具有指导意义.     

沙曲矿巷道底鼓原因与形成机理分析

为了解决沙曲矿巷道底鼓问题,为后期巷道支护提供指导和借鉴,深入分析了沙曲矿巷道底鼓的原因和产生的机理。从开采深度、底板围岩的强度和性质、水理作用、采动压力等方面分析了导致沙曲矿巷道底鼓产生的主要原因,并根据巷道两侧应力分布特点构建力学模型,探讨巷道底鼓产生的力学机理。研究结果表明,巷道埋深,围岩的非均质、非连续、流固耦合特性以及所处应力环境的复杂性都是导致该矿巷道底鼓产生的原因。底板岩体的承载力是决定巷道是否发生底鼓的主要因素,其大小取决于底板岩体的黏聚力、内摩擦角、容重;巷道发生底鼓时,其膨胀位移与底板围岩的黏聚力、内摩擦角呈反比,与渗水半径呈正比。     

底板注浆及帮角锚杆加固技术控制巷道底鼓研究

为解决棋盘井煤矿9~#煤层回采巷道底鼓给矿井生产安全带来的不便。通过现场调查、理论分析、数值模拟、摩尔应力圆理论综合分析巷道底鼓机理,找出造成巷道底鼓的原因,确定巷道底鼓类型。提出底板注浆帮角锚杆加固+底板表面浇筑混凝土的方案。利用FLAC~(3D)模拟对比底鼓控制支护技术与底板未支护条件下的在位移量、塑性区、巷道围岩应力状态方面改善明显。通过工程实践监测,此方法控制底鼓成效显著,能有效地减小底板鼓起和巷道变形。     

深部破碎巷道应力演化与围岩控制技术数值模拟

为解决某金属矿深部破碎围岩巷道支护的难题,采用FLAC~(3D)对不同支护方案下巷道围岩失稳破坏情况进行了数值模拟。分析了巷道在无支护、锚杆支护、锚喷支护和锚喷+锚索支护等不同条件下围岩的变形规律。结果表明:在不同支护条件下,巷道围岩垂直应力在距离巷道帮部约2m～5m处出现了"耳廓型"的压应力集中;巷道围岩水平应力呈现非对称"蝴蝶型"分布;锚杆、锚喷、锚喷+锚索支护对控制巷道变形有较好的效果,较无支护条件,顶底板最大位移量分别减小约50%、60%、80%;在巷道掘进过程中,巷道围岩变形量的规律为:两帮顶板底板。然而,对两帮和顶板采取支护后,巷道底鼓现象仍然严重,对此建议矿山对巷道底板采用混凝土硬化处理。     

安徽潘二矿东二采区胶带机巷围岩稳定性控制技术

安徽潘二矿东二采区胶带机巷受两侧轨道巷和回风巷的影响,掘进过程中产生了大变形,围岩稳定性难以控制。采用FLAC3D数值分析软件,研究了该矿东二采区井底车场巷道群在不同开挖顺序下围岩应力场、位移场及塑性破坏区的分布特征,并结合深部岩巷支护理论提出了胶带机巷的锚杆、锚索联合支护方案。研究表明:(1)巷道围岩应力大小、分布状态和扩散形式受开挖顺序的影响较小;(2)3种开挖顺序(轨道巷→胶带机巷→回风巷(方案Ⅰ),胶带机巷→轨道巷→回风巷(方案Ⅱ),轨道巷→回风巷→胶带机巷(方案Ⅲ))对应的巷道群最大位移值均出现于胶带机巷拱顶和底板中部,胶带机巷是该矿东二采区井底车场巷道群围岩稳定性控制的重点对象;(3)底板是巷道围岩破坏深度最大的部位且在巷道施工过程中得不到及时支护,故而选择对于底板破损范围最小的方案Ⅲ为巷道群施工的最优开挖顺序;(4)锚杆、锚索联合支护方案实施后,巷道围岩变形速率小于0.1 mm/d,巷道水平收敛、拱顶下沉和底鼓趋于稳定,表明该方案能够有效控制该矿东二采区胶带机巷围岩稳定性,可为类似地质赋存条件的巷道支护设计提供借鉴。     

近距离煤层回采扰动下巷道分区段底鼓控制方法研究

针对近距离煤层开采过程中下伏煤层巷道底鼓问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,对某矿近距离煤层巷道底鼓控制方法进行了研究。结果表明：随着上伏煤层工作面推进,下伏煤层巷道所受应力表现为先增加后减小特征,应力峰值出现在工作面距巷道15 m时,此时巷道最大垂直应力达28.5 MPa,巷道顶底板及两帮位移分别达195 mm、773 mm与135 mm,巷道底板变形最为严重。根据研究结论提出了巷道底板切槽卸压与“U型钢+反底拱”加强支护相结合的分区段底鼓控制方法,给出了合理的切槽卸压参数。现场实践表明,巷道底板切槽卸压段与加强支护段的底板最大垂直位移分别降低62.1%和58.1%,实现了近距离煤层巷道底鼓的有效控制。     

斜沟煤矿运输平巷锚杆支护效果数值模拟研究

为了研究巷道在不同支护形式下的受力状态和变形情况,分别对巷道在不同支护条件下的围岩应力和位移进行模拟研究。研究得出了不同支护时巷道围岩的应力和位移分布规律。巷道应用锚杆进行支护可以改变巷道围岩的应力分布状态,对顶板进行支护可以减小巷道顶板下沉量及底鼓量;对巷道两帮进行锚杆支护以后,巷道顶底板移近量稍有增加,两帮移近量大幅度减小。     

复杂围岩大断面回采巷道底鼓控制研究

 底鼓是复杂围岩环境下巷道破坏的主要特征之一。采用有限差分软件FLAC3D对清水营煤矿110202工作面辅助运输巷道底鼓进行模拟,分析其位移、应力分布特征,得出其底鼓力学机理：巷道开挖后,在巷道顶板中形成拱形承载结构,上覆岩层重量通过拱形承载结构传递到巷道两帮,在两帮产生应力集中,在两帮垂直集中应力的约束下,底板受水平挤压作用形成主被动塑性区,当底板塑性区围岩压力大于围岩强度时,巷道底板发生应力失稳,产生底鼓。提出复杂围岩环境下巷道底鼓控制的“顶板—两帮—底板”系统结构支护方式,试验结果表明该支护方式取得了良好的底鼓控制效果,取得了显著的经济和社会效益。     

底板深孔爆破卸压机理及底鼓控制技术研究

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鼓严重。利用FLAC~(3D)软件分析了底鼓发生的主要机理,通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鼓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鼓问题。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鼓得到了有效控制,可以为相似条件下巷道底鼓治理提供借鉴。     

不同水平应力作用下巷道底鼓特性的数值模拟研究

结合工程实例,通过数值模拟软件FLAC3D模拟,研究了垂直应力恒定、改变水平应力时巷道围岩应力和位移变化特性。模拟结果表明,水平应力是影响巷道底鼓量的重要因素,随侧压系数的提高,围岩塑性破坏范围增大,巷道底鼓量呈线性规律增大。底板的水平应力升高区是造成巷道底鼓量增大的根本原因。     

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。     

孤岛煤柱下沿空掘巷底鼓机理及控制技术

针对孤岛煤柱下沿空掘巷围岩应力大、巷道底鼓严重的问题,分析了巷道围岩性质、工作面动压、沿空掘巷窄煤柱宽度、孤岛煤柱集中应力等对巷道底鼓的影响,通过数值计算得到该类巷道具有围岩塑性区分布大、最大主应力等值线远离底板、底板岩层易挤压流动造成巷道剧烈底鼓等特点。在分析平沟煤矿1603轨道平巷底板浅部围岩位移特点的基础上,提出采用2根底角锚杆、2根底板锚杆的加固法控制巷道底鼓,现场观测表明,该支护方案加固后巷道底鼓量减小65%,取得了良好的控制效果。     

回采巷道破碎底板底鼓机理及控制对策

针对义棠煤矿10502工作面回采巷道发生强烈底鼓的现象,采用现场实测、室内岩石力学试验及理论分析相结合的方法,建立回采巷道底鼓力学模型,对底鼓机理及其控制对策进行研究。结果表明:对于破碎底板围岩,在两帮煤体传递的支承压力作用下形成塑性滑移线场,当一定宽度内煤体底板围岩产生的被动朗肯区宽度等于巷道宽度时,定义这一宽度为底鼓影响区;底板围岩破碎的回采巷道发生底鼓的主要原因是底鼓影响区内的垂直应力超过底板岩体的极限载荷;通过施加底角锚杆,既能切断底板塑性滑移线,阻止围岩移动,又能起到"销钉"作用,对底板"弱面"进行加固,提高其抗剪切强度,从而控制底板围岩;当底角锚杆的支护强度达到0.5 MPa时,监测结果显示随着工作面推进回采巷道最大底鼓量仅为86 mm。     

近距离承压水巷道底鼓控制技术研究

针对任楼煤矿中六运输大巷过F2-1断层破碎带承压水巷道底板支护难题,采用预留巷道变形量+超前注浆+锚网索喷永久支护+反底拱加强支护+底板滞后注浆联合支护方案控制底板围岩变形。现场工程实践表明,底板最大位移量为58 mm,无明显涌水现象,围岩承载性能得到极大提高,底板围岩变形得到有效控制。     

深井穿断层破碎带软岩巷道围岩控制技术研究

在总结刘庄煤矿穿断层破碎带软岩巷道围岩破坏特征的基础上,分析了巷道围岩破坏原因,并结合该矿东一轨道大巷施工难点,提出了巷道围岩分步耦合支护技术方案,包括预留巷道围岩变形量、初次锚网索喷耦合支护、滞后围岩注浆加固及帮角和底板锚注加固。现场工程实践表明,采用分步耦合支护技术,巷道拱顶最大下沉量为38mm,两帮最大水平位移量为122mm,底鼓最大位移量为193mm,有效解决了刘庄煤矿深井软岩巷道穿断层破碎带施工围岩稳定控制难题。     

回坡底煤矿回采巷道底板非对称变形机理研究

为研究回坡底煤矿11~#煤层1021回采巷道的底鼓规律及机理,利用全角度钻孔稳定性动态监测装置监测巷道底板钻孔变形特征,并对监测数据进行系统分析。结果表明,随着时间增长,围岩水平变形量近似呈线性增长;在各个钻孔中,孔深越大,底板围岩的变形量越小,即巷道深部底板围岩较为稳定,浅部围岩稳定性较差,并且靠近残留煤柱侧的底板围岩累计变形量大于靠近采空区侧底板,综合确定1021巷道表现为非对称底鼓现象。采用数值模拟方法对应力演化规律进行研究表明, 1021巷道底鼓量也呈非对称分布特征,即巷道两帮围岩的垂直应力和水平应力呈非对称分布特征,并且应力值相差较大,这是导致巷道出现非对称底鼓的直接原因。结果为回采巷道底鼓防治提供一定的理论依据和技术指导。     

回坡底煤矿回采巷道底板非对称变形机理研究#br#

为研究回坡底煤矿11#煤层1021回采巷道的底鼓规律及机理,利用全角度钻孔稳定性动态监测装置监测巷道底板钻孔变形特征,并对监测数据进行系统分析。结果表明,随着时间增长,围岩水平变形量近似呈线性增长;在各个钻孔中,孔深越大,底板围岩的变形量越小,即巷道深部底板围岩较为稳定,浅部围岩稳定性较差,并且靠近残留煤柱侧的底板围岩累计变形量大于靠近采空区侧底板,综合确定1021巷道表现为非对称底鼓现象。采用数值模拟方法对应力演化规律进行研究表明, 1021巷道底鼓量也呈非对称分布特征,即巷道两帮围岩的垂直应力和水平应力呈非对称分布特征,并且应力值相差较大,这是导致巷道出现非对称底鼓的直接原因。结果为回采巷道底鼓防治提供一定的理论依据和技术指导。     

深部软岩巷道沉降变形规律分析

深部软岩巷道的应力状态变化极其复杂,巷道开挖后很难找到二次应力状态的分布规律,高应力软岩巷道经常出现严重的底鼓、冒顶和片帮现象,为了找到巷道底板围岩应力的变化规律。通过应用FLAC~(3D)数值模拟软件分析梁家煤矿煤2巷道底板底鼓量的变化规律,在煤2巷道开挖并进行支护后,监测巷道底板下1、2、3、4 m的底鼓量,应用最小二乘法原理进行曲线拟合,通过现场矿压监测结果表明,在煤2巷道地质条件下,拟合出的曲线符合实际巷道底板底鼓量的变化。     

高应力松软底板巷道底鼓机理及锚+桩控制研究

软岩底板巷道常表现出底鼓变形破坏,尤其是受采动和构造应力影响时底鼓尤为严重。以双柳矿3313抽采巷道为工程背景,采用解析分析、数值模拟的方法对巷道底鼓机理及稳定控制对策进行了研究。分析表明：构造应力使巷道围岩的水平应力增大2.1倍,采动影响使巷道围岩垂直应力增大2.1～3.5倍,由此导致巷道底鼓滑移破坏力增大2.45～2.91倍。提出通过增打两帮斜拉锚索以降低帮部垂直应力、增加底部钢板桩以降低底板水平应力的底鼓控制优化方案,研究表明：增加巷帮斜拉锚索可使两帮垂直应力降低15.1%,增加底部钢板桩使底板水平应力降低18.3%。采用优化的支护方案后,巷道稳定性的改善效果明显,巷道两帮收敛量减少73.6%,巷道底鼓量减少73.1%,塑性破坏区减少61.5%,实现了巷道整体稳定。优化的支护方案在双柳矿新掘抽采巷的应用取得了良好的效果,从而为高应力区松软底板巷道支护提供了借鉴。