深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术

针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷易冒顶、大变形、难支护等特点,基于锚杆和锚索支护理论,提出了兼具组合梁和组合拱承载效应的梁-拱锚固承载结构,分析了梁-拱锚固结构的几何特征,揭示了不同锚固参数条件下梁-拱锚固结构的形成过程及演化规律,反映了不同支护形式下煤巷顶板的锚固结构效应。采用FLAC~(3D)模拟研究了4种支护技术方案条件下深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩位移与塑性区损伤扩展演化规律,揭示了不同支护技术方案对矩形断面煤巷围岩的控制效果,验证了采用基于梁-拱锚固结构的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护技术方案的合理性,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"梁-拱锚固结构"支护技术方案有效地控制了深部软弱破碎复合顶板煤巷离层与大变形,维持了深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

掘进巷道破碎顶板冒落区加固技术研究

针对夏店煤矿3120工作面回风巷道、掘进巷道局部区域破碎顶板易冒落、难支护的特点,分析了兼顾岩石自身承载力,梁形和拱形承载效应的梁-拱锚固支护技术,即采用低预应力等长锚杆与高预应力变长锚杆组合的梁-拱形支护方案。运用FLAC^3D研究了锚杆长度、锚杆间距、锚杆预应力对梁-拱支护结构的影响。结果表明：锚杆长度、布置间距是影响梁-拱承载效果的重要参数,当锚杆长度增加时,表现出明显的上位组合拱与下位组合梁的形式。锚杆间距增大时,梁-拱结构作用范围逐渐扩大,但应力区数值进一步降低。当长锚杆的预应力数值由小逐渐增大时,梁-拱锚固的结构效果逐渐明显。基于上述研究结果设计加固支护方案,现场监测表明：围岩两帮的位移量为31～57 mm,底鼓量为38～68 mm,顶板下沉量为15～25 mm,验证了梁-拱锚固支护方案的可靠性。     

小间距大断面巷道群围岩控制技术研究

为有效控制潘家窑矿小间距大断面巷道围岩变形，基于普氏理论、强帮强角理论、锚杆悬吊理论，以巷道极限平衡拱、附加平衡拱下部围岩压力为主要控制对象，通过巷道帮部、角部支护以抑制极限平衡拱的形成，从而降低巷道顶部、帮部围岩压力。根据潘家窑矿巷道围岩地质力学参数试验结果，分析巷道围岩普氏拱形成过程，确定普氏拱曲线方程，研究开拓巷道顶部、帮部受力状态，计算巷道支护参数。研究结果表明：潘家窑矿开拓巷道附加平衡拱跨度为47.34 m、高度为14.241 m;附加平衡拱附加压力最大值为99.886 kPa;巷道顶部、帮部压力最大值位于主要运输巷，分别为198.608 kPa、74.8343 kPa。因此，提出了巷道顶板、帮部采用锚杆支护，同时巷道角部及帮部采用锚索加强支护的巷道支护方案。现场监测数据证明，支护后巷道整体变形量普遍较小，锚杆(索)受力稳定，围岩结构保持了较好的完整性。     

深部高应力半煤岩巷变形机理及跨界高强支护技术

针对深部高应力半煤岩巷围岩变形持续时间长、变形量大及支护构件损伤破断等围岩控制难题,以渝阳矿N3702运输巷为工程背景,综合采用现场测试、理论分析、数值模拟和工程试验的方法,对半煤岩巷围岩变形机理和控制对策展开研究。通过巷道矿压监测与松动破坏范围测试,量化了半煤岩巷的矿压显现特征,揭示了半煤岩巷顶板泥页岩抗变形能力弱、锚索锚入坚硬硅质灰岩的深度较浅甚至未锚入、巷道所处高应力环境且其轴向近乎垂直于最大水平主应力是造成矿压显现剧烈的根源;基于自然垮落拱理论的成拱形态、锚杆组合梁和悬吊理论的组合压缩作用与悬吊作用,阐明了矩形断面巷道锚杆锚索支护时顶板低位“显形压缩梁”结构和高位“隐形压缩拱”结构的形成机制;在分析锚索锚固段所处位置岩性、自由段长度及锚尾施加预紧力大小对“梁-拱”锚固结构承载能力影响规律的基础上,提出了矩形断面半煤岩巷以锚杆配合锚索为主体支护构件的跨界高强支护技术方案,并开展了现场应用。实践结果表明：该技术有效地控制了深部高应力半煤岩巷持续变形,保证了围岩与支护构件的稳定与安全。     

煤巷锚杆锚索支护体刚度分析

支护体与围岩在刚度、强度和结构上的不耦合是影响煤巷围岩稳定性的主要原因.为了提高煤巷锚杆支护的效果,避免围岩的有害变形,提出采用高强度、高刚度锚杆组合支护系统.本文根据锚杆锚索支护与围岩的相互作用原理,从"两径"配合、锚固长度、锚杆布置以及锚索与锚杆的材料性能耦合等方面,对锚杆锚索支护的刚度问题进行了分析.结果表明钻孔直径与锚杆直径差以及锚固方式对锚固体的刚度有重要影响;锚杆布置方式和锚杆布置密度对锚固体的破坏方式作用明显.据此提出了提高锚杆锚索体刚度的技术对策.     

丁集矿1262(1)运输顺槽锚杆支护数值模拟分析

本文以丁集煤矿1262(1)工作面运输顺槽为研究对象,为确定合理的锚杆支护参数,采用FLAC2D4.0模拟分析了不同锚杆长度、不同顶板锚索个数以及帮部支护是否采用锚索梁对巷道稳定变形的影响。研究结果表明,对于类似深部巷道只有通过加长锚杆长度、增加顶板锚索数量和强化帮部控制,继而达到加大锚杆锚固区范围,提高巷道顶板承载能力和围岩完整性的目的,才能实现深部巷道的长期稳定。     

沿空留巷顶板非对称锚固深梁承载结构模型研究及应用

针对强采动条件沿空留巷顶板非对称变形与控制难题,以贺西煤矿3302(2)沿空留巷为工程背景,采用数值模拟、理论分析及现场工程实践相结合的方法研究沿空留巷顶板非对称锚固深梁承载结构的形成机制与承载特性。基于顶板预应力场的分布特征,提出在高预应力顶板锚索和锚杆支护产生的有效预应力场作用下顶板的有效锚固区能形成非对称锚固深梁承载结构,进而构建非对称锚固深梁承载结构力学模型且根据应力叠加原理推导其最大剪应力解析式;结合MATLAB绘图阐明不同顶板载荷、非对称布置的单体支柱和顶板锚杆索的单一和复合影响因素作用下锚固深梁结构最大剪应力分布的响应特征,并分析锚固深梁结构和两帮(柔模墙体和煤帮锚固体)协同承载机理,从而揭示锚固深梁结构稳定性承载机制。基于此,结合生产地质条件和工程经验提出3302(2)沿空留巷非对称联合支护方案,实践表明留巷期间围岩移近量控制在安全范围内,沿空留巷非对称锚固深梁承载结构有效控制强采动巷道顶板的非对称变形。     

大采高开切眼桁架锚索支护参数优化研究

为了研究大采高复合顶板煤巷的桁架锚索组合支护作用机理,采用理论分析、现场试验、数值计算试验等方法,对大采高2-1101大断面开切眼桁架锚索组合支护参数进行优化分析。研究结果显示：桁架锚索倾角在65°~75°范围内对控制围岩变形和塑性区扩展效果最好,倾角偏大或偏小均不利;桁架锚索的锚固点必须位于稳定的受压岩层内,保证桁架锚索支护系统有一个稳定的锚固基点;桁架锚索的长度为9m时对开切眼复合顶板围岩的稳定性最有利;桁架锚索钻孔的孔口至切眼巷帮距离最优值为1.5 m;顶锚杆密度为10根/排时,现场观测结果显示：两帮移近量最大值为145 mm,顶板下沉量最大值为166 mm,切眼围岩的收敛率在有效控制范围内,桁架锚索组合支护对切眼围岩控制有良好效果。     

断层附近厚顶煤巷道围岩破碎机理研究

通过分析工作面回采巷道在断层构造应力作用下围岩破坏变形机理,提出了"高强高预紧力锚杆支护及顶板斜拉锚索梁"主动支护技术,增强厚顶煤锚固体的抗剪能力、提高两帮的承载能力,保证巷道围岩的稳定性。     

煤巷锚杆锚索支护体刚度分析

支护体与围岩在刚度、强度和结构上的不耦合是影响煤巷围岩稳定性的主要原因．为了提高煤巷锚杆支护的效果，避免围岩的有害变形，提出采用高强度、高刚度锚杆组合支护系统．本文根据锚杆锚索支护与围岩的相互作用原理，从“两径”配合、锚固长度、锚杆布置以及锚索与锚杆的材料性能耦合等方面，对锚杆锚索支护的刚度问题进行了分析．结果表明：钻孔直径与锚杆直径差以及锚固方式对锚固体的刚度有重要影响；锚杆布置方式和锚杆布置密度对锚固体的破坏方式作用明显．据此提出了提高锚杆锚索体刚度的技术对策．