上下煤层开采软岩巷道失稳机理与控制技术

为了揭示矿井上下煤层开采软岩巷道的失稳机理,并寻求有效的围岩控制技术,对上下煤层开采软岩巷道围岩的变形破坏特点进行了现场调查,通过数值模拟研究了上覆、下伏以及上下煤层联合开采对巷道围岩稳定性的影响,并提出了由初次锚网喷支护和二次锚注支护组成的动态叠加耦合支护技术方案。研究结果表明:上下煤层开采软岩巷道失稳主要是由岩性、地应力、采动应力、支护结构与参数等几个方面因素综合作用的结果。工程应用实践表明,所提出的支护方案有效地控制了巷道变形。     

复合式支护技术在水仓扩修中的应用实践

针对河南磴槽煤矿十平水仓围岩力学特性差、变形严重等特点,提出了对原有水仓扩修,并采取壁后充填、U型钢支架、锚网喷支护和锚注加固组成的复合支护结构型式,有效地控制了围岩的变形,取得了较好的经济技术效果.     

大断面极不稳定软岩巷道支护与施工成套技术研究

基于和睦山矿区水文地质情况和-200m水平井底车场巷道围岩状况,对该矿区大断面极不稳定软岩巷道稳定控制机理进行了研究,提出了整套针对大断面极不稳定软岩巷道的支护与施工技术。工程应用实践表明,所提出的支护与施工技术有效地控制了巷道变形,支护效果良好。     

下伏开采软岩巷道底鼓机理与控制技术

综合运用现场实测、数值模拟与工程实践等手段,分析了磴槽煤矿下伏煤层开采软岩巷道围岩的变形破坏特点,揭示了下伏开采软岩巷道底鼓机理：下伏煤层采动使巷道底板成为碎裂结构,并致使巷道两帮产生收敛变形挤压底板;破碎的巷道底板在地应力和集中应力共同作用下向巷道内移动,形成底鼓。提出了由预留变形量、初次高性能锚网喷支护、锚注二次加固、底角高性能锚固与注浆加固组成的底鼓控制技术。工程应用效果表明,所提出的底鼓控制技术有效地控制了巷道底鼓,保证了巷道围岩和支护结构的稳定,可为其他下伏开采软岩巷道的支护设计与底鼓控制提供理论依据和实践参考。     

极破碎软岩巷道失稳机理与动态迭加耦合支护技术研究

基于赵庄矿极破碎软岩巷道长期矿压监测、围岩力学参数测试与矿物成分分析及松动圈测试等成果,分析了巷道围岩变形破坏的特点,揭示了极破碎软岩巷道变形失稳机理;针对该矿极破碎软岩巷道提出了由预留变形量、锚网索喷耦合支护、二次锚注加固组成的动态迭加耦合支护技术方案,并通过相似模型试验和井下工程实践对该技术方案的支护效果进行了验证。研究表明：通过预留变形量释放围岩中的变形能和高应力,顶板高预应力锚索、帮部高预应力锚杆和低预应力锚索实现“控顶卸压”,低压浅孔充填和高压深孔渗透注浆相结合形成积极有效的锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,底角和底板锚注有效控制巷道底鼓,从而实现对极破碎软岩巷道围岩变形的有效控制。     

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

破碎软岩斜井巷道锚网喷注耦合支护技术

针对河南磴槽煤矿西区人行斜井围岩破碎变形严重的特点,在分析其原因的基础上提出了U型钢支架、壁后充填、锚网喷、锚注的耦合支护方式.工程应用实践表明, 该耦合支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效控制了深部破碎软岩巷道的变形,取得了显著的技术经济效益.     

花岗岩循环加热水冷却后力学特征试验研究

为研究花岗岩在循环加热和水冷却条件下的力学特性,将试样加热至预设温度后进行快速水冷却,采用单轴压缩试验和巴西劈裂试验研究了温度及加热水冷却循环次数对花岗岩试样的力学特性影响规律,并对试样破坏机制进行了探讨。研究结果表明:试样的基本力学参数均随温度的升高和循环次数的增加呈劣化趋势,其中温度对试样的劣化程度起控制作用;随温度和循环次数的增加,试样由脆性特征向塑性特征转化,其破坏形式由劈裂破坏向片状和颗粒剥落转化,试样颜色由灰白色向淡黄色转变。     

含弧形预制裂隙砂岩力学特征试验研究

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值)的弧形裂隙,研究含弧形预制缺陷砂岩的力学特征。利用高压水射流切割机在完整板状黄砂岩试样中切割出不同γ值弧形裂隙缺陷,采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统、DS2声发射和数字照相采集系统研究了不同弧形裂隙γ在单轴压缩作用下对黄砂岩峰值强度、平均模量、割线模量、声发射、破坏过程、起裂形式、起裂应力和破坏形式的影响规律。利用复变函数求解在弧形裂隙应力场中所构建的黎曼-希尔伯特问题,获得尖端应力强度因子表达式。试验结果表明:①弧形裂隙缺陷砂岩试样随着γ的增大,峰后试样的承载能力逐渐降低,试样峰值强度、平均模量和割线模量出现总体减小趋势,当γ=0.2时峰值强度最大为27.09 MPa;当γ=1时峰值强度最小为18.99 MPa。②预制弧形裂隙γ对试样起裂应力、起裂位置、破裂演化过程、声发射特征和破坏模式均具有重要影响,随着γ值的增大,试样起裂应力呈总体减小趋势,当γ=0.8时,试样的平均起裂应力最小,其值为4.99 MPa;当γ=0时,试样的平均起裂应力值为11.08 MPa,平均起裂应力值最大。③随着γ的增大,试样的破坏模式由拉剪混合破坏向拉伸破坏转变,当γ=0时,试样为拉剪破坏;当γ在0.2～1.0时,试样为拉伸破坏。初始起裂裂纹扩展并不是导致试样最终破坏的原因,次生裂纹的扩展与自由面贯通才是导致试样整体破坏原因,试样破坏瞬间释放大量弹性能导致岩块折断和表面剥落现象。通过对含弧形裂隙裂纹扩展机制探讨推导出应力强度因子表达式,并根据该表达式求出相应应力强度因子值,曲线拟合后发现其变化趋势与试验值变化趋势基本吻合。研究仅通过单轴压缩作用研究发现弧形裂隙γ对砂岩力学参数、破裂演化过程和破坏形式影响明显,为了充分研究外界荷载对含弧形裂隙砂岩的破坏特征,将通过改变加载形式和加载路径深入研究含该类缺陷岩石的力学特征。     

深埋软岩巷道破坏机理与控制技术研究

基于闫布煤矿主下山巷道的地质条件和破坏特征, 分析了巷道围岩变形破坏机理, 提出了巷道围岩稳定性控制对策及支护备选方案。采用数值模拟方法对5种不同方案进行了优化选择和耦合设计, 提出了由初次高性能锚网喷支护、二次注浆及底板锚注支护形成的耦合支护方案, 并给出了详细的技术参数。通过耦合支护进行修复加固, 可实现与巷道围岩的共同承载, 提高支护结构的整体性和承载能力。工程试验结果表明: 该耦合支护技术有效地控制了巷道变形, 技术经济效益十分显著, 为矿井的安全高效生产创造了条件。