综放回采巷道围岩稳定性分类及其支护对策的研究

 博士学位论文摘要　以综放回采巷道为研究对象, 对其稳定性分类及其支护对策进行了深入细致的研究。在对综放回采巷道围岩稳定性影响因素分析的基础上, 确定了巷道埋深、围岩强度、顶高比作为分类指标, 并用判断矩阵分析法确定了分类指标的权值。综合应用模糊数学和人工神经网络的方法对综放回采巷道围岩稳定性进行了分类, 根据围岩的稳定性, 将36 条综放回采巷道分为3 个类别, 并确定了各个类别的聚类中心。提出了在综放回采巷道中提高锚固力的7 项技术措施, 研究了在综放回采巷道中发挥锚杆支护作用的关键技术, 即预应力锚杆技术、组合锚杆技术。应用神经网络技术实现了综放回采巷道锚杆支护设计。以目前我国综放回采巷道支护技术为基础, 针对综放回采巷道不同的围岩类别, 提出了各类综放回采巷道的支护对策。     

煤矿巷道锚杆支护围岩分类专家系统

结合专家系统原理,综合应用知识工程,系统科学,岩石力学,开发了面向煤矿巷道工程的锚杆支护围岩分类专家系统,该系统实用性强,使用方便,围岩分类结果对煤矿巷道锚杆支护有现实指导意义.     

网壳锚喷支护理论分析及其在兖州矿区的应用

跨采及软岩巷道地压强度高、变形强烈,支护较为困难。传统支护方式成本高、工艺复杂。根据地面大跨度板壳原理设计出网壳结构,该结构稳定性强,能承受较大变形地压及冲击荷载。钢筋网壳结构是巷道支护工程中一种新型的支护形式,既可在巷道内单独组装对围岩进行连续支撑,又可先撑后喷,在围岩表面形成半刚性钢筋混凝土薄壳衬砌结构。能承受强大变形地压及采动荷载,达到用较少材料又提高喷层支撑能力与让压的目标。介绍了钢筋网壳锚喷支护的技术特色与支护原理,并对其进行理论分析,推导出钢筋网壳锚喷结构的计算模型及其内力与主要应力的计算表达式。完成了室内整架载荷试验,成功应用于兖州矿区跨采巷道。     

淮北袁店二矿101运输巷围岩表面变形数值分析

文章采用数值模拟分析方法对淮北袁店二矿101运输巷道控制围岩稳定性进行锚杆最优支护参数设计,巷道断面形状设计为直墙半圆拱,通过改变围岩的支护锚杆间排距L (mm),控制巷道围岩表面变形。模拟设计采用支护锚杆排距与间距相等的布置方式,在分析数据时转换为截面单排锚杆数量m(根),设计最优锚杆(索)支护参数。     

特厚松软复合顶板巷道拱–梁耦合支护结构的构建及应用研究

因特厚(10 m以上)松软复合顶板原位强度低、层理裂隙发育,其巷道维护不当极易造成大面积冒顶伤亡事故。结合典型的工程实例,采用原位实测、物理模拟与数值计算手段,分析特厚松软复合顶板的结构形态与破坏特征,揭示特厚复合顶板巷道浅部岩层锚杆组合梁与深部岩体锚索承载拱的形成及其拱–梁耦合作用机制。研究表明:高应力环境下,复合顶板受层状构造、结构面特征及层间结合度等因素的影响,其离层破裂具有迅速扩展的本性,其破坏形态主要包括弯曲断裂、错动滑移及碎胀扩容;在特厚松软复合顶板中构建的拱–梁耦合支护结构是维护巷道围岩稳定的结构主体,其对顶板稳定控制作用明显,与锚杆支护巷道相比,顶板可承受最大应力提高77.8%,巷道断面收缩率减小52%,增加锚索密度可使巷道支护结构稳定性显著增加;浅部锚杆组合梁可促进深部锚索承载拱的形成,深部锚索承载拱对浅部组合梁具有减压、降载和明显的减跨效应。建立巷道拱–梁结构体系力学模型,实现对巷道支护结构的稳定性设计与评价,为同类特厚复合顶板巷道支护参数设计提供借鉴。     

煤矿巷道锚杆支护应用实例分析

 在分析锚杆支护作用机制的基础上,提出高预应力、强力支护理论,强调锚杆预应力及其扩散的决定性作用;指出对于复杂困难巷道,应尽量实现一次支护就能有效控制围岩变形与破坏;介绍煤矿开发出的锚杆支护成套技术,包括巷道围岩地质力学测试技术、动态信息锚杆支护设计方法、高强度锚杆与锚索支护材料、支护工程质量检测与矿压监测技术,以及锚固与注浆联合加固技术;在分析煤矿巷道类型与特点的基础上,介绍高预应力、强力锚杆支护理论与技术的典型应用实例,包括千米深井巷道、软岩巷道、强烈动压影响巷道、大断面开切眼、深部沿空掘巷与留巷、采空区内留巷及松软破碎硐室加固。基于这些复杂困难巷道的特点与地质力学测试结果,进行巷道支护设计,通过矿压监测数据分析与信息反馈,评价支护设计的合理性与围岩稳定性。实践表明,采用高预应力、强力锚杆支护系统,必要时配合注浆加固,能够有效控制巷道围岩的强烈变形,并取得良好的支护效果。     

深井动显综放巷道锚杆、锚索、桁架组合支护技术研究

梁宝寺煤矿具有采深大、采厚大、动压显现明显等巨野煤田的共同特点，该矿现有支护系统无法保证巷道的正常掘进及使用。本文针对此情况，采用了一种新型高强高预应力让压锚杆组合支护系统，通过在试验巷道内对锚杆的综合测试与矿压观测，肯定了该支护系统的支护效果。该新型支护系统实现了该矿深部巷道一次支护成功，为我国深部复杂条件下特别是巨野煤田的巷道支护提供了有益的经验和借鉴。     

沿空送巷煤柱在锚杆支护下的稳定性研究

为了在提高煤炭资源采出率的同时保证巷道的稳定性,提出在陈四楼煤矿2216工作面二2煤层采用留小煤柱沿空送巷技术。本文通过平面应变模型试验和FLAC^3D数值模拟计算,分析了在锚杆支护下不同宽度煤柱的破坏状态、应力分布及巷道围岩变形等因素,进而确定沿空送巷的合理煤柱宽度。研究表明,留设煤柱是沿空送巷围岩的一个重要承载结构,选择5 m煤柱作为窄煤柱护巷能够保证巷道的使用安全并具有相对较高的采出率,而帮锚采用全锚支护能够使锚杆的支护效应得到更为充分的发挥。     

我国煤巷锚杆支护技术新进展

我国煤矿巷道支护技术近年来取得突破性进展,初步形成了有我国特色的煤巷锚杆支护成本技术,并得到了广泛应用,取得了显著的技术、经济效益.从巷道围岩地质力学测试、锚杆支护设计方法与软件、支护材料系列化与标准化、锚杆支护技术规范等方面介绍了煤巷锚杆支护技术的最新研究成果.     

煤矿建井巷道施工锚杆支护

锚杆支护是近年来在矿山建设中得到广泛应用和发展的一项巷道支护技术。在较差的围岩条件下,为提高支护的强度和效果如通常采用锚杆辅以锚索做加强支护。特别在巷道交叉点、断层带、破碎带和受采动影响难以支护的巷道中通常以锚杆做前探支护。本文对锚杆支护的优点和具体施工作一些探讨,以供同行参考。     

高应力软岩巷道可接长锚杆让压支护技术

高应力软岩巷道的塑性区范围和变形量均较大,其稳定型控制需要支护材料具备良好的延伸性能及深部锚固特性。基于“高阻让压”而研发的可接长锚杆长度大于4 m、延伸率为17%,破断载荷为195 kN,能够适应此类巷道的变形破坏特征。根据支护材料和围岩的变形破坏特征,分别建立了可接长锚杆和“锚杆+锚索”支护系统的本构模型,结果表明：为保证支护结构稳定,避免支护系统本构模型失稳后应变量剧增,支护系统本构模型的应变上限不能超过支护元件的最大应变量;可接长锚杆能够能提供远大于锚索的让压距离,保障软岩巷道支护系统的支护强度和稳定性。试验条件下,可接长锚杆的平均支护阻力约为170.2 kN,顶板0~4 m内围岩理论变形量为264 mm,与工程实际变形量比较接近,起到了对高应力软岩巷道顶板的让压支护的目标。     

淋涌水碎裂煤岩顶板煤巷破坏特征及控制对策研究

 针对淋涌水碎裂煤岩顶板煤巷支护过程中出现的围岩剧烈破坏难题,综合现场调研、煤岩试验、数值模拟、理论分析及井下试验与实测等方法,对其变形破坏机制、工字钢与锚杆(索)支护位移场的分布及煤巷动态破坏特征、顶板钻孔淋水量分区、新型防水锚固剂的锚杆(索)锚固力测试及淋涌水碎裂顶板控制对策进行系统化研究,主要研究内容及结论如下：(1) 淋涌水碎裂煤岩顶板的破坏主要是支护结构体的非整体性承载、锚杆(索)支护受钻孔淋水持续弱化失效以及顶板复合煤岩结构刚强度差异大而导致的离层综合作用的结果;(2) 研究新型防水树脂锚固剂,并通过井下淋涌水顶板锚杆(索)拉拔试验及支护后期锚索监测结果,检验防水锚固剂稳定性能;(3) 提出控制淋涌水碎裂顶板的“四位一体”控制对策,分析具体支护措施力学效应及保持顶板稳定性方面的作用;(4) 详细介绍井下运用“四位一体”综合控制系统的一典型淋涌水型碎裂煤岩顶板煤巷成功实例。研究成果可在霍州矿区进行推广应用,对类似条件巷道支护技术具有一定的理论和实用价值。     

回采巷道锚杆动载响应的数值分析

采用二维快速拉格朗日程序FLAC，对回采巷道锚杆支护(端锚和全锚)进行地震动载模拟分析，得出锚杆轴力随动载作用时间的变化规律，同时发现锚杆安装角对轴力的动载响应有很大影响。在给定的模拟条件下，锚杆一般不会因为地震动载而失效，但锚杆需保留有一定的抗拉强度潜能．端锚和全锚对动载的响应不同，端锚支护巷道受动载的破坏较全锚小，表明动载巷道锚杆支护应采用端锚(或加长端锚)方式。     

锚固长度对深埋回采巷道支护效果影响规律

以淮南矿区潘三煤矿17102(3)运输顺槽地质条件为背景,采用FLAC 3D计算软件对深埋回采巷道围岩稳定性进行模拟计算,获得不同锚固形式对深埋回采巷道围岩稳定性影响规律,并结合现场不同锚固区围岩变形实测,获得全长锚固支护对巷道围岩抗变形能力有更好的提高,全锚支护下巷道围岩变形整体增加但速率较为平缓,而端锚支护下巷道围...     

近距离煤层采区巷道地压显现特点

实践表明,采区巷道的地压显现是受岩石物理力学性质、开采深度、煤层倾角、地质构造、巷道位置、开采程序和支护方式影响的。本文以近距离煤层采区巷道地压实测资料为依据,揭示了巷道地压显现规律,阐明了合理巷道布置问题和改善巷道维护的措施。     

软弱巷道围岩变形破坏综合分析

 针对软弱回采巷道变形破坏严重的问题,进行巷道围岩的岩层结构、力学参数及成分的试验研究和巷道变形破坏的实测分析。试验研究表明巷道顶底板属遇水膨胀软岩,煤层内生裂隙和构造裂隙发育,锚固可靠性差,难以形成稳定、有效的承载结构。实测分析表明巷道顶底板和两帮变形大,底鼓严重,现有的支护方式不适应围岩非线性、大变形的要求,必然导致支护失效。在试验和实测的基础上,提出锚棚联合支护的综合加固措施,并取得显著的应用效果。     

不同围压下软岩巷道全长锚固支护优化研究

以淮南矿区丁集矿西三采区地质条件为背景,采用FLAC 3 D计算软件对深井软岩巷道全长锚固支护条件下围岩稳定性进行模拟计算,获得不同围岩应力和支护强度作用下巷道围岩稳定性影响规律.得知,随着围岩应力环境增大,巷道顶帮下沉量和底板底鼓量增大,巷道顶底板变形位围岩移量变化趋势与巷道两帮变形趋势基本一致,在10 MPa围岩环...     

Mechanical behaviors of coal measures and ground control technologies for China's deep coal mines – A review

This paper reviews the major achievements in terms of mechanical behaviors of coal measures, mining stress distribution characteristics and ground control in China's deep underground coal mining. The three main aspects of this review are coal measure mechanics, mining disturbance mechanics, and rock support mechanics. Previous studies related to these three topics are reviewed, including the geomechanical properties of coal measures, distribution and evolution characteristics of mining-induced stresses, evolution characteristics of mining-induced structures, and principles and technologies of ground control in both deep roadways and longwall faces. A discussion is made to explain the structural and mechanical properties of coal measures in China's deep coal mining practices, the types and distribution characteristics of in situ stresses in underground coal mines, and the distribution of mining-induced stress that forms under different geological and engineering conditions. The theory of pre-tensioned rock bolting has been proved to be suitable for ground control of deep underground coal roadways. The use of combined ground control technology (e.g. ground support, rock mass modification, and destressing) has been demonstrated to be an effective measure for rock control of deep roadways. The developed hydraulic shields for 1000 m deep ultra-long working face can effectively improve the stability of surrounding rocks and mining efficiency in the longwall face. The ground control challenges in deep underground coal mines in China are discussed, and further research is recommended in terms of theory and technology for ground control in deep roadways and longwall faces.     

迎采动工作面沿空掘巷预拉力支护及工程应用

迎采动工作面留小煤柱沿空掘巷受邻近工作面侧向顶板破断、转动及稳定的全过程动压影响后，顶板煤体离层，小煤柱破裂，围岩稳定性急剧恶化。为了保持巷道形状，防止大变形状态下的支护结构失效成为支护的关键。常规锚杆支护、锚杆与锚索联合支护等不能维持其稳定；而预拉力钢绞线桁架系统是控制顶板离层的有效支护方式，结合高性能预拉力锚杆、M型钢带、小孔径预拉力短锚索等，形成预拉力组合支护技术，可以较好地解决该类问题。针对三河尖矿的典型试验对此作了详细说明。