沿空巷道底鼓力学原理及控制技术的研究

应用数值模拟方法对沿空巷道围岩的应力分布和底鼓过程进行了分析，认为沿空巷道靠近采空区的底板中无水平应力的影响，底板岩层在实体煤帮高应力的作用下向巷道内和采空区运动形成底鼓，而窄煤柱在底鼓过程中起到了抑制作用。同时介绍了沿空巷道的底鼓控制技术及其在工程实践中的应用。     

深部开采中巷道底鼓问题的研究

巷道围岩控制是深部资源开采中的关键问题，而要攻克深井软岩巷道支护的难关，就必须首先研究底鼓的机理及其防治措施。在大量现场研究、实验室模拟实验和数值计算的基础上，探讨了巷道底鼓的基本特征，分析了4种类型底鼓的机理及影响因素，综述了我国近年来防治底鼓的有关研究成果，最后介绍了2个防治巷道底鼓的实例。     

深井软岩巷道底鼓变形破坏机理及控制技术

针对贵州金佳矿111813回风联巷底鼓变形严重等问题,本文通过现场调研、室内试验、理论分析及数值模拟等研究方法,揭示底鼓的变形破坏特点及破坏机制,提出相应的底鼓控制对策,认为巷修时对关键部位的支护增阻能有效防止"点-面"破坏;改善底板围岩的水理化环境,管控底板水平向应力状态是底鼓整体控制设计的关键。基于此设计了以"底板灌浆+横向钢管梁+浅底锚注"为主,配合U型可缩性支架,预制小挠度反拱的高阻联合支护方案,后期通过工业性试验对控制设计方案进行了验证,监测结果显示:支护50 d巷道变形趋于稳定,底鼓日均增幅小于1.0 mm,有害变形在可接受范围内,底鼓得到有效控制,断面施工设计满足支护预期。     

加固两帮控制深井巷道底鼓的机理研究

巷道围岩是由顶板、底板、两帮组成的复合结构体,回采巷道两帮为软弱煤体,直接影响到底板的稳定性。通过数值计算,模拟了两帮煤体强度对底鼓的影响,煤体强度越大,底鼓量越小,反之,底鼓量越大。因此,提出了加固两帮控制深井巷道底鼓的构想,工程实践证明,加固两帮可在一定程度上控制深井回采巷道底鼓。     

南阳坡矿沿空巷道底鼓成因分析及支护技术

针对南阳坡矿沿空巷道底板变形控制困难的问题,分析了其工程地质条件,并通过建立沿空巷道底板力学模型推导出巷道底板应力、应变公式,计算并总结了巷道底鼓成因。在研究底角锚杆支护原理的同时,采用数值模拟的方法,对比分析了无底板支护和加强底板支护条件下围岩位移和塑性区的分布情况,验证了通过提高底板围岩强度抑制底板变形的可行性。以南阳坡矿5800沿空巷道为研究背景,设计出该沿空巷道的底板支护方案为:底板锚杆、底角锚杆以及注浆加固,并通过现场观测,进一步证明了该支护方案的现场实际应用效果。应用结果表明,该支护方案能够有效提高底板围岩强度,改善底板变形,控制底鼓。     

巷道底鼓机理的分析

本文在分析底板岩层稳定性的基础上,描述了巷道底鼓的全过程;指出岩层的压曲、扩容和膨胀是引起巷道底鼓的重要原因;导出了计算巷道底鼓的表达式.最后进行了实例分析,研究了影响巷道底鼓的各个因素,使所导出的公式得到了验证.     

巷道底鼓处理及支护方案应用

巷道采掘的过程中,随着开采的深度增加,底鼓的现象也成为表现突出的现象,也严重影响着施工的安全和施工工期,本文依据现场的工程实际,通过对软岩巷道的失稳机理和比较两种支护方式下的围岩的应力和变形,从而选择出相对来说具有较好满足现场需求的支护方式,进而为软岩巷道的支护开拓了新的途径。     

葛泉矿软岩大巷底鼓机理及控制研究

-190南翼运输大巷底鼓一直是困扰葛泉煤矿的重大问题。以该巷道大范围内的岩体为研究对象,通过对围岩主要物理和力学性质的室内测试、底鼓影响因素的理论分析和支护效果的数值模拟,掌握了原支护条件下巷道围岩塑性区范围和巷道周边应力分布状况,得出围岩性质、水和支护形式是产生底鼓的主要因素,提出了底鼓控制途径和全断面注浆、帮角锚杆加固控制底鼓的方案,并通过数值模拟优化了支护参数。现场观测表明,该方案取得了良好的底鼓控制效果。     

泥质软岩巷道底鼓力学计算及其优化治理

对高应力膨胀软岩条件下的巷道底鼓机理进行了分析,提出了复杂条件下复合型底鼓的力学模型,推导了巷道底板塑性区范围及底板压力的本构方程,达到了控制巷道底鼓变形的效果。     

黄土隧道施工期间仰拱底鼓机理及控制技术研究

为研究甘肃某在建高速公路黄土隧道施工期间仰拱底鼓机理，通过数值模拟研究台车和二衬自重、墙脚地基承载力和仰拱受力变形的关系。研究表明，隧道仰拱底鼓由墙脚地基承载力不足引起。根据对仰拱底鼓机理的研究，提出“锁脚钢管桩+钢筋混凝土底板”控制技术，经现场验证，该方案经济、合理，可供类似工程借鉴。     

底角锚杆在深部软岩巷道底臌控制中的机制 及应用研究

 底臌作为深部巷道围岩变形与破坏的主要方式,一直是煤矿深井开采及其他地下巷道工程中难以解决的问题之一,如何有效地控制底臌成为巷道支护中首要考虑的问题。通过多个试验巷道工程底臌控制措施的对比研究表明,底角锚杆技术对于控制底臌起到了积极的作用。运用三维数值模拟方法,研究底角锚杆在控制巷道底板变形中的力学过程,分析分步开挖下底角锚杆力学性能发挥的时间效应,从而提出底角锚杆控制底臌的工作机制。底角锚杆在控制底板变形中的作用,主要是通过成排置入底板的杆体,利用材料自身的抗弯刚度,切断底板基角部位的塑性滑移线,对于岩体结构为块状结构或块裂结构的深部软岩巷道支护工程,可以有效控制巷道底臌。同时,结合具体的深部巷道工程实例,针对巷道底臌的变形机制及变形特征,合理应用底角锚杆控制底臌技术,提出非对称设计方法,有效控制了底板变形,对于深部巷道底臌的控制及防治具有理论指导意义。     

软岩大变形巷道底臌破坏机制与支护技术研究

 随着资源开采由浅部向深部转移,如何有效地控制底臌成为深部软岩巷道支护中首要考虑的问题。针对国投新集刘庄煤矿围岩破坏严重、难支护的情况,结合刘庄煤矿制冷硐室所处的地质环境特点,在巷道围岩的物理力学特性、岩石矿物成分分析、现场地应力测量、现场大型真三轴流变试验的基础上,分析巷道底臌的主控因素,研究表明：本巷道底臌变形主要是由于软弱围岩在较高的水平构造应力作用下,产生明显的流变变形所致。在此基础上,对该巷道进行支护设计优化,提出一种由U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充结合预应力锚索的被动卸压与主动施压相结合的底臌变形控制方案,并通过数值方法验证该方案的合理性。     

沿空掘巷实体煤帮应力分布与围岩损伤关系分析

实体煤帮的高支承压力是影响沿空掘巷稳定性的主要原因之一。在分析了沿空掘巷应力环境的基础上,应用损伤理论,分析了给定变形下沿空掘巷实体煤帮的支承压力分布,并探讨了支承压力分布与煤岩厚度、弹性模量等参数的关系,对沿空巷道的维护与底鼓机理及控制的研究具有重要意义。     

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。     

深部煤巷底臌控制机制及应用研究

 以徐州矿区发生非线性大变形破坏现象的深部煤巷围岩结构体为研究对象,从围岩3个部位相互作用的角度提出有效控制底臌的新方法。通过对围岩物理力学性能的测试、理论分析、数值模拟、现场试验的研究,得出采用锚网索耦合支护技术控制底臌的力学作用机制：利用关键部位施加锚索,减小顶板松动岩体通过两帮传递到底板上的压力,有效减小底臌量;利用锚网注浆增加两帮岩体强度及减小收缩量,限制两帮对底板两侧形成的固定约束向深处转移,以减小发生底臌的底板宽度;对底角施加刚性锚杆及注浆,分解来自两帮的挤压应力,提高底角抵抗剪切滑移破坏的强度,控制底臌。在该原理下提出控制设计,运用到夹河煤矿－850 m水平煤巷,监测结果表明：基于技术原理下的支护设计可以有效控制深部煤巷大变形和底臌的发生。     

沿空掘巷窄煤柱稳定性数值模拟研究

通过数值计算分析，研究了综放沿空掘巷围岩变形及窄煤柱的稳定性与煤柱宽度、煤层力学性质及锚杆支护强度之间的关系，提出一个新观点，即高强度锚杆支护的窄煤柱是沿空掘巷围岩承载结构中的一个重要组成部分，并针对不同煤层条件确定了相应的窄煤柱合理宽度，并将研究结果成功地应用于工程实践。     

煤壁矿压测定及其在沿空掘进中的应用

沿空掘巷是减少煤柱压煤,提高煤炭回收率的有效方法之一。在淮北、潞安、晋城等水文地质条件相对简单的矿井已经得到广泛应用,但是由于沿空掘巷的力学环境与一般的煤巷不同,矿压较高,维护困难。许多学者专门对此进行了研究,但很少有人对沿空掘巷围岩的矿压和位移进行长期观测。为此在刘桥二矿655工作面掘了一个专门巷道进行为期半年的观测。经观测发现,煤柱分为3个区:塑性变形区,煤壁内0～4 m;残余压力支承区,煤壁内4～10 m;原岩压力区,煤壁10 m以外的区域。观测还发现在塑性区,煤柱的矿压随时间在衰减,但衰减的速率随时间而减少,在采后146 d趋于稳定。由此可以确定沿空掘巷的位置应在煤柱0～4 m内,即小煤柱的尺寸不应大于4 m,掘巷的滞后时间不应小于146 d。这一研究结果在皖北矿区各矿的应用效果显著。