过断层巷道围岩破坏机制及支护优化

针对某深井煤矿采区泵房及变电所过断层巷道出现的顶板剧烈下沉、两帮内挤严重、底板鼓量大的现象,通过现场调研、数值模拟及现场监测,分析了原有支护方案下过断层巷道围岩变形破坏机制,提出采用高强锚杆+注浆锚索联合支护方案。结果表明:深部高地应力、断层局部应力集中及剪切滑移破坏、支护强度不足等是过断层巷道围岩变形破坏的主因;注浆锚索能够有效控制围岩破碎区范围,联合高强锚杆调动深部围岩形成稳定支撑结构。现场位移监测结果表明,优化支护方案后巷道过断层位置处不连续变形得到了较好的控制,整体变形量大幅度降低,改善了围岩应力水平。     

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。     

深部高应力巷道围岩力学特征及稳定性控制技术

针对九龙煤矿-890m进风行人大巷复杂的工程地质情况,巷道断面较大且高应力作用显著,现已发生严重变形破坏。通过FLAC3D数值模拟对巷道围岩的力学特征进行定量分析,获得深部高应力巷道应力、应变演化特征,结合巷道周边围岩的成分分析、力学实验结果,基于FLAC3D对比优化深部高应力巷道联合支护方案,探究支护结构、支护参数的可靠性,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观测,进一步验证支护方案以及数值模拟结果的合理性,并实时监测围岩的变化特征。工程实践表明,在深部高应力巷道中采用锚网索喷联合支护,巷道的整体性与稳定性得到有效改善,围岩受力更趋稳定,变形得到有力控制,为煤矿的安全高效生产提供了技术支持。     

大变形软岩顶底板煤巷锚网索联合支护研究

黑沟煤业有限公司煤巷项底板均为松软岩层,为解决巷道在埋藏深度不大条件下变形严重、难以维护问题,对巷道围岩弱结构变形特征和锚固支护机理进行理论分析和Flac3D数值模拟.结果表明:锚杆支护所产生的夹持作用使浅部围岩形成类拱形支护体,提高围岩整体刚度和自身承载能力;底角锚杆促使底板高应力区向深部转移,降低底板应力性底鼓,在控制底鼓变形中起重要作用;锚索可缩小顶底板岩层拉应力区范围及围岩破坏程度,提高顶底板岩层整体稳定性;钢带、金属网形成柔性支护,阻止浅部围岩破坏向深部发展.锚网索联合可实现大变形软岩顶底板煤巷的有效支护.     

大屯矿区深部支护材料研究

在分析深部高地应力巷道围岩变形与破坏特征及目前在锚杆、钢带、锚索等支护材料存在的问题的基础上,提出"快、高、均、恒、让"的设计准则,介绍了高强锚杆支护系统,包括高强锚杆,新型钢带及新型锚索。井下试验表明,高强锚杆支护系统能有效控制深部巷道强烈变形,保持围岩稳定。     

林南仓矿软岩巷道支护技术研究

随着林南仓矿开采深度的增大,巷道所处应力水平不断增大,巷道矿压显现剧烈,围岩变形严重,尤其是高应力条件下的泥质软岩巷道支护变得越来越困难。通过对林南仓矿高应力下深部软岩巷道破坏机理,巷道围岩矿物成分和主要围岩物理力学性质的分析,提出了采用拱顶锚杆前期临时后期永久支护、金属拱形支架、壁后混凝土充填、墙体补强锚索和注浆锚杆耦合协调支护,对巷道变形进行有效控制。通过FLAC3D数值模拟,确定了林南仓矿深部高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征,并验证支护设计的可行性和优化支护参数。通过巷道变形监测,表明新型支护体系有效地控制了深部软岩巷道围岩的大变形和底臌,维持了巷道的长期稳定,取得了良好的技术经济效果。     

砂墩子矿构造应力场下巷道支护方案

巷道的变形特征主要由构造应力与垂直应力决定,为分析巷道在构造应力环境下的变形特性,以沙墩子矿8129工作面顺槽为例,建立了数值模拟模型,分析了原有支护状态下巷道变形特征以及在加强支护后的巷道变形特征,认为锚杆锚索联合支护方案优于锚杆支护方案。现场实践表明,锚杆锚索联合支护方案的应用使得巷道围岩变形量得到了有效控制,巷道支护效果较好,对于类似矿山巷道支护有一定的借鉴价值。     

特厚煤层大断面开切眼支护研究

针对大同塔山煤矿8102工作面开切眼在原支护下围岩破坏,难以维护的问题,应用FLAC3D软件对开切眼无支护下围岩应力、变形破坏等进行了数值模拟分析,得到巷道围岩破坏范围。分析认为处在煤巷中的大断面开切眼围岩容易破碎、开挖后应力重新分布过程中剪切和高拉伸应力是造成围岩破碎、离层和破坏的原因。结合现场实际,提出采用锚杆、锚索、金属网进行联合支护,巷道围岩的强烈变形得到有效控制,围岩变形稳定。     

复合顶板动压巷道变形破坏机理与锚杆支护技术

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。     

组合锚注支护技术在赵固一矿深部大断面巷道中的应用

针对深部大断面巷道受高应力作用及支护方式等因素影响,极易出现巷道围岩变形快、变化量大、维护管理困难等问题,分析巷道围岩破坏变形原因,把锚网索支护技术与巷道注浆加固技术进行有效结合,提出注浆组合锚网索联合支护技术方案,利用中空锚杆锚索用作注浆管,对岩层注浆后,浆液会在岩层扩散区域内进行均匀扩散,使锚杆锚索与围岩共同组成一个支护圈,形成共同承压作用,提高围岩的整体性和完整性,增强其自身强度和自承能力,确保巷道的长久支护稳定。通过现场应用实践结果表明,巷道围岩顶底板移近量和两帮变形量比原普通支护方式减小了50%～70%,巷道破坏变形情况得到有效控制。     

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

复杂地质条件下预应力注浆锚索全长锚固技术研究与应用

随着煤矿开采深度的不断加大,深部支护的矛盾逐渐突出。针对平煤矿区某矿-700 m高位瓦斯巷掘进支护过程中随着地应力的不断增大、施工中支护难度加大的实际问题,采用不同的注浆材料可以改变岩土结构及力学性质的理论方法,进行了注浆锚索锚注支护机理及施工工艺的研究,并通过采取“注浆＋中空注浆锚索联合支护”施工技术,解决了深部软岩掘进巷道缩帮、缩顶、蠕动变形的技术难题,有效提高了深部围岩的抗压强度和自承能力,从而改善巷道的区域稳定特性。实践证明,采用锚注支护,可以有效控制软岩巷道深部围岩的变形与破坏,增强巷道的稳定性,取得了良好的支护效果,改善了现场支护环境,为同类工程施工提供了技术借鉴。     

Experimental study on supporting technology of gob-side entry with different roof conditions

Aiming to effectively solve the problem of deep mining with safety and high efficiency, according to geological conditions, production and stress analysis in roadway surrounding rock, experimental studies on roadway supporting of workface 103 under three types of roof conditions with different supporting technologies and parameters were carried out based on the theory of supporting technology of gob-side entry. The results show the supporting of gob-side entry retaining is successful, and the deep surrounding rock is effectively controlled by field monitoring and drilling-hole photos. After stress in surrounding rock of roadways restores stable, the final roadway deformation of surrounding rock of haulage roadway and air-roadway are both about 300 mm; width of gob-side entry is 3.8?C4.0 m and average height is 2.0?C2.2 m; roadway section is above 8.0 m², which solves the problems of gob-side entry retaining support strength and safe mining; necessary conditions of mining safety in workface 103 are met.     

深部软岩巷道高预应力增阻大变形锚杆研究及工程应用

为解决深部软岩巷道大变形、返修率高等问题,在前人研究基础上研发了一种新型高预应力增阻大变形锚杆,该新型锚杆主要由托盘、夹片、杆体1、杆体2、连接套、锥形套、滑移套管等组成,可以施加不低于120 kN的高预应力,让压点可控为180~240 kN,变形量可在150~1 000 mm内灵活调节,锚杆的破断力可达到350 kN左右,且在变形的过程当中能保持较高的渐增支护阻力;室内静力拉伸特性试验结果表明,该新型锚杆与传统锚杆相比,具有“先抗后让再抗,防断增阻”的优良特性;为进一步研究新型锚杆的力学支护机理,在建立该锚杆杆体轴向力学特性曲线的基础上,采用Fish 语言编程对FLAC3D数值模拟软件CABLE单元进行了相应二次开发,数值试验获得的试验结果与室内试验结果基本完全一致,高精度模拟了大变形锚杆的轴向拉伸力学行为;典型深部大变形软岩巷道-金阳煤矿-500 m疏水巷变形机制研究表明,围岩强度低、地应力高以及锚杆初始预应力低是导致其变形的主要因素,采用传统等强螺纹钢锚杆支护已经无法解决三者之间的突出矛盾,必须设法加强支护强度降低围岩的变形速率,同时提高支护构件适应围岩大变形的能力,才能保持巷道围岩的稳定;为验证该新型锚杆的支护效果,提出了以该新型高预应力增阻大变形锚杆为核心的新“锚网喷”支护技术,数值模拟及现场监测结果表明,该支护方案可有效提高锚杆受力状态,降低围岩变形量,与原支护方案相比,围岩最终变形量减少了近60%,取得了良好的支护效果,具有重要的推广应用价值。     

深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术

针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索)系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。     

深部巷道等强支护控制理论

本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。     

金川矿区深部高应力破碎岩体巷道支护技术研究及应用

针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,基于以往巷道围岩变形破坏特征,从工程地质条件、地应力特征、采动影响等三个方面,分析了深部高应力破碎岩体巷道变形破坏原因。针对典型的巷道破坏特征与工程地质条件,提出了四类相应的新型支护方案,分别开展了现场工业试验;通过巷道围岩收敛变形监测,验证新型支护形式的支护效果。结果表明,新型支护形式有效地控制了深部高应力破碎岩体巷道围岩变形,实现了维护巷道围岩长期稳定的目的。     

Research on space-time coupling action laws of anchor-cable strengthening supporting for rock roadway in deep coal mine

In order to obtain space-time coupling relationship of anchor-cable to improve supporting effect for deep coal mine rock roadway, FLAC^3D was used to investigate into mechanical characteristics of the roadway whose crosssection shape was vertical wall and semi-circular arch when the roadway was supported by bolts and metal mesh. The results show that the extent of stress concentrations, the range failure zone, and the deformation at the roof center and two spandrels of roadway are greater than those at other positions, except at the floor. The reasonable positions of anchor-cable supporting are the roof center and two spandrels of roadway. The anchor-cable should be installed at good time with bolts supporting after roadway driving because it can improve the stress states of deep surrounding rock around the roadway and control the roadway deformation effectively. The engineering practice has proven that the sustained deformation of deep surrounding rocks is effectively controlled when the anchor-cable supporting is adopted at reasonable positions of the roadway at good time.     

深井高应力破碎软岩巷道过断层支护技术研究

针对深部软岩破碎巷道遇断层后,巷道围岩变形量增大、易造成顶板垮落、底鼓变形破坏剧烈等问题,对高应力软岩巷道过断层支护机理进行了研究。通过采用数值模拟与现场实践相结合的方法,确定“金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的综合支护方式。应用结果表明,巷道顶底板和两帮的变形量大大减小,有效控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形和底鼓,保证了巷道围岩稳定。     

金川矿区深部高地应力矿山巷道锚网支护技术

金川矿区深部巷道地应力大、岩体破碎的特点凸显,矿山巷道原采用的锚喷支护方法在施工后具有围岩变形量大且持续时间长、喷射混凝土层掉块剥落及锚杆锚固力下降等问题,难以保证巷道安全可靠。通过对矿区巷道变形特征进行调查研究及理论分析,引入锚杆+TECCO网（无喷混凝土）支护技术来解决其支护难题。所研究的锚网支护具备两大特点：①支护过程中不采取喷射混凝土的方式;②结合巷道围岩变形实际情况,采用了通常应用于边坡防护工程中的高强度金属网（TECCO网）。研究表明：①具有高抗拉强度的TECCO网能够在巷道围岩产生变形后,使支护体逐渐与围岩形成一个紧密的整体结构,提高围岩自承能力;②试验巷道采取锚网支护40 d后,围岩变形速率小于0.1 mm/d,说明该支护方式可以有效控制巷道变形;③锚杆+TECCO网支护成本低、作业强度小,可对该矿高效及安全生产发挥积极作用。