邻近开巷卸压法维护软岩大断面峒室的研究与实践

本文基于兖州矿务局鲍店煤矿一软岩大断面峒室的具体条件,提出了四种邻近开巷的卸压法方案,并借助有限元法对各种卸压法的机理、合理参数及适用条件进行了研究。在此基础上,将顶部卸压法实施于井下,详细介绍了其施工方案与爆破参数。最后,通过实测数据分析,论证了顶部卸压法维护峒室的效果。实践表明:顶部卸压法无论在技术上还是在经济上都优于加固法,它为软岩大断面峒室的维护开辟了一条新的途径。本文为今后顶部卸压法的实施提供了一套完整的实践经验。     

潞安矿区煤巷锚杆支护成套技术研究

课题囊括了煤巷锚杆支护技术的各个方面，包括巷道围岩地质力学测试、锚杆支护理论、锚杆支护设计方法与软件、锚杆支护材料及系列化与标准化、锚杆支护施工机具和工艺、锚杆支护井下监测仪器和数据处理软件、锚杆支护技术规范，以及12条井下示范巷道工程。     

新元煤矿破碎煤体单轴抗压强度快速测定方法研究及应用

单轴抗压强度(UCS)是衡量煤岩体力学性能的基本参数之一,破碎煤体UCS一直是煤矿工程师面临的一个难题。以新元煤矿为工程背景,提出了一种基于原位钻孔触探法快速测定破碎煤体UCS的方法,为构建破碎煤体单轴抗压强度现场测定方法提供了一个新的思路。首先通过优化探针直径和改进动力源,现场对破碎煤体进行原位钻孔触探强度测定,然后采集破碎煤样进行实验室点载荷强度测定,同时根据钻孔触探法和点载荷法2种测试方法将测试数据分为两组,得到对应测试结果威布尔分布相关参数,其次运用数理统计软件SPSS分别对回归方程和回归系数进行显著性检验,建立临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)的关系,在此基础上借助Is50与UCS的经验关系,建立破碎煤体UCS与Pc的关系,实现破碎煤体UCS的原位快速测定。研究结果表明:钻孔触探法与点载荷法测试数据对应的威布尔分布形状参数分别为:4.02,4.12,即2种测试方法的测试结果分布函数形状基本一致;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷与点载荷强度指数的关系为:Is50=0.066Pc-0.002;新元煤矿破碎煤体UCS与钻孔触探临界载荷的关系为:UCS=0.807Pc+1.726;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷为1.55~3.48 MPa,UCS为2.97~4.53 MPa;新元煤矿破碎煤体UCS测定结果与现场估算较为接近,表明所提出的破碎煤体单轴抗压强度测定方法切实可行。     

受压脆性岩石Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹水力压裂研究

在线弹性断裂力学理论的基础上,运用最大周向拉应变理论,分析了受远场地应力作用及裂纹面受水压力作用下脆性岩石裂纹的起裂方向及起裂条件。论述了泊松比μ对开裂角θ0,θ0-β关系以及断裂包络线的影响,给出了满足最大周向拉应变理论的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂包络线;定义水力压裂裂纹扩展影响因子D并分析其对水力压裂裂纹起裂及扩展的影响,D值逐渐增大时,KⅡ 逐渐减小,KⅠ逐渐发挥主导作用,与数值计算结果一致;最后进行实例分析,并与现场水力压裂结果比较,二者结果比较接近。     

全断面高预应力强力锚索支护技术及其在动压巷道中的应用

分析了目前煤矿锚索支护存在的问题,在高预应力强力支护理论的基础上,提出高预应力、长度较短的强力锚索,并全断面垂直岩面布置,是高地压、大变形巷道的有效支护方式.介绍了强力锚索及配套护表构件的力学性能,将强力锚索、拱形大托板及钢筋网组成全断面强力锚索支护系统,在锚索施加预应力的同时,给钢筋网也施加了较高的预应力,使钢筋网成为预应力支护系统的重要组成部分.在潞安矿业集团有限责任公司漳村煤矿一条与回采工作面对掘的、受2次强烈动压影响的巷道中,进行了全断面高预应力强力锚索支护技术试验,巷道支护状况发生本质变化.巷道两帮移近量比原支护方式降低90%,顶板离层几乎为0,围岩变形得到有效的控制.不仅解决了巷道支护难题,而且验证了支护理论的正确性.     

汾西矿区地应力测试与分析

采用小孔径水压致裂地应力测量装置在汾西矿区进行了7个煤矿、24个测点的地应力测量.实测数据表明,汾西矿区地应力场有两种类型:σH＞σv＞σh及σv＞σH＞σh.埋藏相对较深的井区水平应力占明显优势,具有典型的构造应力场特征;所测区域属于低及中等地应力值矿区;最大与最小水平主应力值基本随埋藏深度的增加而增大.但部分测点存在明显的离散性;有些矿井最大水平主应力方向比较一致.但也有些矿井由于开采深度不同,地质构造分布与煤岩性质存在较大差异而出现明显的离散性.基于实测数据,采用回归方法得出地应力与埋藏深度的关系;分析了水平主应力与垂直主应力的比值随埋藏深度的变化.将地应力测量结果应用于巷道支护设计,显著提高了设计的合理性与可靠性,巷道支护状况得到明显改善.     

锚索支护传力机制与应力分布的数值模拟

采用FLAC^3D对锚索预应力在巷道围岩中形成的应力场－锚索预应力场分布特征进行了数值模拟.结果表明：在一定预应力条件下,单根锚索在其周围形成了类似“心”形的压应力分布区域,压应力在锚索尾部附近最大,锚固起始处附近次之,锚索自由段中部较小.锚索锚固段附近出现了拉应力区,但拉应力值很小;多根锚索形成的压应力区相互叠加,并连成一体,形成类似“鼓”形的整体支护结构,锚索预应力及主动支护作用扩散到大部分锚固区域.锚索预应力场分布形态与锚索长度、间距、排距、安装角度、预应力的大小及组合构件有关.     

钻孔触探法围岩强度原位测试

利用WQCZ-56型围岩强度测定装置在钻孔中进行围岩强度原位测量,该方法适合井下作业环境的需要,测试准确、快捷,测试数据能更好反映原位岩石强度。为巷道支护设计提供可靠的基础参数,具有很好的推广应用前景。     

大采高工作面撤架通道加固支护技术

介绍了寺河煤矿采动影响强烈的2302大采高工作面撤架通道的加固支护技术,实践证明,在锚杆支护基础上的垛式支架加固支护是适合此类巷道的有效支护方式,保证了工作面设备的安全和快速回撤,提高了矿井的技术经济效益。     

深部裂隙煤岩体变形破坏机理及高压注浆改性强化试验研究

为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1 000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型裂隙分布发育特征,拟合得到了不同埋深条件下裂隙煤岩体摩尔强度包络线公式。采用数值模拟方法对比研究了不同埋深不同应力水平条件下煤岩体不同角度裂隙变形破坏特征。根据裂隙扩展应变能释放率与能量吸收率间的关系,探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要影响因素。通过建立裂隙悬臂梁力学模型,采用格里菲斯裂纹扩展破坏准则分析了裂隙扩展临界载荷和裂隙不同角度间的关系。基于现场实测及数值模拟研究结果,通过对不同埋深煤岩体破裂强度的统计分析,结合煤岩体改性强化的工艺及装备要求,提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及临界值范围。基于上述研究成果,在千米深井工作面巷道进行了现场试验,得到了裂隙煤岩体改性强化高压注浆全过程改性压力曲线。通过对裂隙煤岩体不同改性强化阶段浆液扩散特征的分析,最大注浆改性强化压力为30 MPa,一般为15～20 MPa,与提出的改性原则相符。通过现场取样表征...