高应力破碎岩体中巷道支护技术的应用与研究

金川矿区不良岩层较多,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大。巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重,其中40%的开拓巷道需在半年内重新进行返修。基于高应力破碎岩体及采矿过程的扰动影响,主要叙述了包括高强度锚杆锚索支护、底部钢管梁支护及早期强度最大化等巷道支护新工艺、新材料的施工技术措施,对支护参数等相关技术问题进行了分析探讨,提出了提高岩体强度、支护体强度及确保巷道稳定性的有关技术措施,提高了岩体自身的承载能力,加强了巷道的整体稳定性。     

中空高强度锚注锚索在金川矿区中的研究与应用

金川矿区具有大量的不良岩层,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大。巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重。采用中空锚注锚索进行巷道支护,其支护系统刚度大,锚索的载荷传递特性好,同时利用锚注一体工艺,实现全长锚固,提高了索体的单根承载能力,具有很高的抗剪能力。在金川矿区高地压、破碎围岩巷道中的研究使用,有效控制了巷道的变形破坏,延长了巷道的使用寿命,巷道支护成本显著降低。     

中空高强度锚注锚索在金川矿区中的应用与研究

金川矿区具有大量的不良岩层,岩体结构面十分发育,岩体整体强度低,地应力大.巷道掘进后围岩变形量大,变形速率快,支护体破坏严重。采用中空锚注锚索进行巷道支护,其支护系统刚度大,锚索的载荷传递特性好,同时利用锚注一体工艺,实现全长锚固,提高了索体的单根承载能力,具有很高的抗剪能力.在金川矿区高地压、破碎围岩巷道中的研究使用,有效控制了巷道的变形破坏,延长了巷道的使用寿命,巷道支护成本显著降低。     

低强度软岩巷道大变形围岩稳定控制试验研究

通过在低强度软岩巷道进行的大变形围岩稳定控制试验及计算，分析了各种支护方式的试验效果，得出一次锚网喷、二次大刚度、高强度支护控制低强度软岩巷道围岩稳定是科学合理的。低强度软岩巷道大变形围岩稳定控制的机理为：一次支护让压，围岩体受力达到较低变形速率下的力学平衡，充分发挥围岩承载力；二次大刚度高强度支护，减少巷道岩体偏应力，使巷道围岩切向应力相对降低，径向应力相对升高，应力状态优化，促进围岩应力向稳定应力状态转化。     

桃花嘴矿区充填体内巷道NPR锚杆支护数值模拟分析

充填体强度较岩体强度低,充填体内巷道更容易受到爆破振动及开挖等活动扰动,巷道支护工艺需进一步研究。以湖北三鑫金铜矿-670 m中段为工程背景,引入具有可伸缩和恒阻大变形特点的NPR锚杆对巷道进行支护。利用FLAC3d对NPR锚杆支护体系进行模拟,对巷道位移变形以及主应力云图进行对比分析,并结合现场实际获取锚杆支护参数的最佳组合。结果发现,NPR锚杆支护方案中选择锚杆直径22 mm、长度1.8 m、间距1.2 m、排距1.0 m的支护参数,支护效果较好。     

软岩巷道锚杆支护研究及应用实例分析

总结我国3大类型软岩及赋存范围,并指出软岩巷道锚杆支护是在巷道浅层通过锚杆加固形成稳定的承载结构,该结构应始终保持整体完整性、具有足够的承载能力、在内部煤岩体变形时能适当让压。巷道围岩一旦揭露,无论从时间还是空间上都应及时进行锚杆支护,并施加足够的预紧力。同时软岩巷道锚杆支护应针对不同的地质和生产条件采取针对性的治理措施,如重视顶帮支护强度的协调、对煤岩体酥软的巷道应选择护表面积和强度大的构件、采用全长预应力锚固方式、采用自稳性较好的拱形断面、有效的控水措施等。详细介绍了软岩巷道锚杆支护构件优化和研究成果,介绍了高预应力、强力锚杆支护理论与技术在3类软岩支护中的典型应用实例,通过矿压监测数据分析评价支护设计的合理性和围岩稳定性。实践表明,采用高预应力锚杆支护系统能够有效控制软岩巷道围岩的强烈变形,并取得良好的支护效果。     

深部高地应力巷道围岩支护技术分析

对某矿西盘区底板深部高地应力巷道表面位移进行监测,监测结果表明,巷道围岩出现非线性大变形、锚索破断及支架扭曲变形等现象。利用FLAC~(3D)对巷道围岩进行数值模拟,得出高地应力巷道围岩变形属于给定变形,巷道支护体不仅要提供足够的支护强度,还必须适应高地应力巷道大变形。据此提出可接长锚杆协调支护技术,使稳定后顶板下沉量和两帮相对移近量在可控区间,得到预期的支护效果。     

顶板破碎围岩巷道“锚护喷注”一体化支护技术研究

针对顶板破碎围岩巷道成型难,容易出现顶板镂空、离层及下沉等问题,对运输巷进行钻孔窥视,实测基本顶全破碎,顶板松动圈范围约5.0m;巷道变形破坏的主要因素为巷道围岩强度低、顶板破碎岩体范围大及不合理巷道支护参数;为改善巷道围岩结构,拟采用"锚护喷注"一体化支护技术,即超前注浆、巷道喷浆、加长锚索和滞后注浆相结合的围岩加固技术;通过数值模拟进行支护校验,结果表明改进后的支护方案,其巷道塑性区范围和变形量都显著减小,"锚护喷注"为一体的巷道围岩加固技术具有可行性;通过现场工业性试验,顶板和两帮的变形量及顶板离层量均较小,顶板破碎岩体得到了有效加固,围岩控制效果较好。     

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。     

南方复杂条件下的薄煤层开采巷道围岩支护问题及对策

针对复杂地质条件下南方薄煤层开采巷道出现的大变形与控制等问题,开展了一系列现场调查、理论分析和试验等研究。首先,分析了南方煤层地质条件、巷道变形特点和支护中存在的突出问题,同时进行了大量巷道变形的现场调研;然后,研究了薄煤层巷道变形破坏的影响因素和作用机理,主要体现在泥质岩类的物化膨胀与裂隙扩容、半煤岩巷道接触面滑移、水平构造应力挤压、工程扰动偏应力影响和高瓦斯孔隙压力弱化作用等;最后,阐明了复杂条件下薄煤层开采巷道的控制原理,强调应重视发挥巷道深部稳定岩体的承载能力,增强巷道围岩侧向支护作用,实现高阻让压和改善巷道围岩的整体力学强度等。提出了高强度自动让压桁架锚索支护系统和叠加拱“长、短”密集锚索支护技术,并分别进行了软弱半煤岩巷道的返修控制和松散煤岩体巷道支护技术的现场试验研究。监测表明,支护后的巷道围岩变形量都在可控范围之内,满足生产要求。     

大采高大断面回采巷道区段煤柱宽度的优化研究

针对王庄煤矿大采高工作面两巷掘进支护和回采期煤体破碎严重、围岩变形量大、巷道维护困难的情况,综合采用数值模拟和工程实践分析的方法,结合6110工作面地质条件,系统地分析了不同宽度区段煤柱下巷道围岩的应力演化及变形规律,得出了区段煤柱合理宽度为6 m。在此基础上提出了"高强度预应力锚杆配合金属菱形网和双筋梯子梁基本支护、小孔径预应力锚索补强支护、单体液压支柱配合金属铰接顶梁加强支护"的巷道围岩控制技术。实践表明,试验巷道断面完全可以满足回采期间的通风行人要求,巷道维护状况良好,经济社会效益显著。     

深井高应力动压综放巷道支护技术研究与应用

针对深部综放回采巷道高地应力、高地温、易受采动或构造应力影响、巷道围岩变形大、支护困难等问题, 采用高强度、高刚度、高可靠性和大延伸率的支护材料进行了初步支护设计, 并对初步设计模拟结果进行了二次支护设计, 确定了合理的支护方案及参数。现场应用支护效果监测结果表明: 该支护方案有效控制了巷道变形与破坏, 保证了巷道的安全与稳定。     

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。     

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。     

高强U型钢支架在软岩巷道支护中的应用

平顶山梨园矿宁庄井部分巷道围岩体软弱且具有高应力、大变形、流变等特点。该巷道在原锚网喷支护和可缩性U型钢支架支护方式下变形量大、破坏比较严重,后采用高强U型钢支架支护。经数值模拟和现场工业性试验表明,该支护方式能有效控制围岩体变形,具有良好的支护效果。     

大埋深软岩高地应力岩巷支护技术研究

针对车集煤矿28采区三条下山巷道变形失修严重的现状,采用巷道失修共性特点查找、统计及原因分析的方法,进行了大埋深软岩高地应力岩巷支护技术的研究。为实现支护效果,采用了高强锚索+“四高”锚杆+柔性梯子梁+高应力巷道底板卸压+底板注浆锚索支护技术,同时在喷浆时喷浆料中掺入聚丙烯增强增韧纤维,施工过程中推广实施“先喷后锚”施工工艺。结果表明:该种巷道支护方式提高了支护强度及岩层自身的稳定性,聚丙烯增强增韧纤维有效地阻止喷层内部裂纹的产生和扩展,其韧性能适应软岩巷道大变形的特点,“先喷后锚”施工工艺的实施提高了巷道内在施工质量,对大埋深软岩高地应力岩巷支护具有较强的指导意义。     

深井大断面软岩巷道围岩破坏机理与支护研究

根据滕东煤矿深部开采的地质条件,针对深部大断面巷道围岩变形破坏特征,通过现场观测和理论分析,深入研究了软岩巷道变形破坏机理;高地应力、低强度岩体、复杂的地质构造、支护体力学特性与围岩力学特性不耦合,支护时机不合理,是造成巷道持续性大变形与失稳的主要原因。为此,提出了深部软岩巷道支护原则和超前卸压与支护+锚网喷+高强鸟巢锚索+注浆加固联合支护方案。现场巷道位移监测结果表明,该方案可有效控制深部大断面巷道大变形。