基于最大周向拉应力准则的水力裂纹起裂特征研究

为研究水力裂紣起裂特征,优化水力压裂设计及施工,采用最大周向拉应力准则作为水力裂紣的开裂判据,推导裂紣起裂角和临界水压的计算方程.分析起裂角和临界水压与预制裂紣倾角、注入水压、应力差和孔隙压力等的关系.研究结果表明:起裂角随预制裂紣倾角的增加呈先增加后减小的趋势;随着水压增高,裂紣起裂角逐渐减小;起裂角随应力差的增加呈...     

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。     

浅埋深坚硬厚顶板动压巷道采动应力演化规律研究

针对浅埋深坚硬厚顶板条件下巷道矿压显现强烈的问题,采用多种现场实测数据研究了工作面回采前后全周期采动应力的演化规律以及巷道围岩变形破坏演化特征。结果表明,工作面回采前后全周期采动应力演化规律表现出显著的阶段性变化特征,超前阶段采动影响较小,滞后阶段矿压显现强烈,煤柱帮下部锚杆受力最显著,最大增幅达17.3kN。采动应力逐渐向辅运巷方向转移,煤柱峰值应力最终稳定在10.4MPa。滞后工作面距离大于405.6m时随顶板岩层运动趋于稳定,采动应力变化也逐渐稳定。结合辅运巷在采动应力作用下的变形特征,提出了薄弱环节加强支护的控制思路,制定了合理的巷道支护对策,以期为类似条件的动压巷道围岩控制提供一定指导。     

轴向冲击荷载下锚索动力响应特征试验研究

为了研究锚索在轴向冲击荷载下的动力响应特征,选取砚北煤矿冲击地压巷道常用的锚索材料,采用AW-1500微机控制电液伺服试验机和自由落锤冲击试验机进行了锚索静、动载力学性能试验,共设计9种不同能量等级的冲击试验,获得了冲击力时程曲线、冲击力-变形曲线、锚索冲击变形以及吸收能量的特征曲线。结果表明：静载拉伸破断载荷为350.83～356.81 k N,平均延伸率3.49%,冲击载荷作用下锚索承受的冲击力明显大于静载破断载荷,而延伸率明显降低,平均最大降低35.24%,锚索脆性破坏特征突出;锚索变形-冲击力曲线变化过程分为初期震荡阶段、急剧增长阶段以及弹性回弹等3个阶段,冲击能量小于15 000 J时,锚索主要发生弹性变形,锚索冲击力时程曲线峰值点与冲击能量峰值点基本一致,随着冲击能量的逐渐增大,锚索冲击力峰值也逐渐增大,在急剧增长阶段震荡型增长趋势较显著;冲击能量大于等于15 000 J时,冲击能量未达到峰值前,锚索即发生破坏,随着冲击能量的增大,锚索塑性变形变化突出,冲击动能向锚索变形能转化,锚索吸收能量与塑性变形基本成正比。通过对锚索冲击载荷下的力学响应特征分析,可为冲击地压矿井的巷道...     

深井沿空掘巷围岩变形破坏特征及控制技术研究

针对深井高应力软岩巷道变形量大、变形持续时间长、巷道难支护等问题,以口孜东矿沿空巷道为工程背景,通过现场调研、地应力测试、矿物成分分析及巷道围岩力学性能测试等手段,揭示高地压、强扰动是巷道产生大变形破坏的主要动力源,低抗载性围岩破裂加剧了巷道围岩的结构风化和强度劣化,加剧了巷道扩容变形,构成巷道产生大变形的主要内因;巷...     

软弱煤岩体扩孔锚固力学特性与试验研究

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出锚固孔孔底扩孔锚固提高锚固力的方法,并对扩孔锚固锚杆荷载传递过程和钻孔围岩应力分布特征等进行理论分析、实验室试验和数值模拟研究。研究结果表明:扩孔锚固增强了锚固体与钻孔围岩的相互作用,提高了锚杆锚固力,在拉拔荷载作用下扩孔锚固所能提供的锚固力显著高于正常锚固,锚固失效后扩孔段钻孔围岩经历"压密—破坏—再压密"循环变化过程,锚固力衰减较缓慢,且保持较高水平的残余锚固力;在动压荷载作用下,扩孔锚固状态下锚固力衰减少,具有较好的抵抗动压扰动破坏的特性,对解决动压软弱煤岩体巷道锚杆支护具有重要指导意义。     

浅埋深动压回采巷道水力压裂技术研究与应用

为提高浅埋深窄煤柱回采巷道围岩稳定性,以红柳林煤矿15217工作面窄煤柱回采巷道为工程背景,依据顶板岩层分布特征分析了诱发巷道变形的主要力源,分析了顶板水力压裂卸压作用机理,确定了合理压裂层位高度,制定了水力压裂卸压技术方案,并成功应用于井下试验。试验结果表明,顶板水力压裂后,回采巷道超前矿压影响小,滞后工作面时锚杆受力以及变化幅度较小,最大受力88.7 kN,煤柱浅部应力增长突出,表明水力压裂后煤柱侧向悬顶结构尺度减小,顶板岩层应力逐渐向实体煤方向转移。回采巷道变形主要表现为肩窝内挤变形,顶板浅部离层3.0 mm,深部离层4.5 mm,巷道整体支护效果较好,表明水力压裂卸压技术对浅埋深窄煤柱回采巷道的围岩变形具有较好的控制效果。     

千米深井软岩巷道封闭式支护技术研究

针对深井软岩巷道大变形、强破坏的支护难题,以千米深井口孜东矿北翼轨道巷为研究背景,进行了井下现场试验,结果表明:该矿软岩巷道围岩变形破坏主要表现为两帮内挤和强烈底鼓;且巷道变形速度快,持续时间长,进一步加大了巷道稳定性控制难度。根据巷道变形破坏特征,进行巷道支护技术优化,提出采用封闭式支护技术来控制巷道变形。工程实践表明:封闭式支护技术可在巷道全断面内形成完整的承载结构,能较好地解决深部软岩巷道大变形问题,使巷道趋于稳定。     

基于扩孔锚固的参数优化分析及力学性能试验研究北大核心

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出采用锚固孔扩孔锚固的方法提高锚固力;采用数值模拟方法分析了钻孔围岩、锚固剂及锚杆的力学特征,并对扩孔参数进行优化分析;结合实验室树脂锚固剂的锚固效果试验,确定了扩孔段长度120 mm,最大扩孔直径58mm为最佳扩孔参数,并研发了扩孔装置。实验室锚杆拉拔对比试验表明:扩孔锚固所能提供的抗拔力显著高于正常锚固,平均锚固力增大1.63倍,且在锚固剂与钻孔围岩脱粘后,锚固力衰减较小;扩孔段锚固体对钻孔围岩具有“压密-破坏-压密”的循环过程,表现出“延性破坏”特性,避免锚固力出现较大幅度的衰减。