深埋炭质千枚岩巷道松动圈测试及主被动联合支护研究

某铅锌矿550中段南部炭质千枚岩巷道围岩应力高,变形大,开挖后易塌方,极难支护,严重影响着矿山的安全生产和开采进度。室内试验结果表明,550中段炭质千枚岩属于中膨胀性软岩,具有较强的吸水性、易软化和崩解破坏。在现场巷道典型断面开展了松动圈声波测试,结果表明,巷道松动圈范围为2.0 m,属于大松动圈Ⅳ-Ⅴ类软岩。根据大松动圈组合拱支护理论,提出超前注浆+喷锚网+钢拱架的主被动联合支护技术,并确定了相关支护参数。运用大型岩土工程分析软件FLAC3D对比分析6种支护方案下巷道的稳定性,最终确定方案5为最优支护方案,即超前注浆+喷锚网+钢拱架支护(钢拱架间距1 m)能够较好地控制炭质千枚岩巷道的变形和稳定。研究成果为矿区炭质千枚岩巷道的支护提供了理论依据,同时也为类似软岩巷道的支护方法提供参考。     

柳海矿第三系深部软岩巷道耦合支护研究

随着煤炭开采深度的加大,深部工程岩体表现出明显的非线性力学特性,传统理论、方法与技术已经部分或全部失效.深部巷道支护应采用耦合支护.根据柳海矿第三系深部软岩巷道工程实际,分析了深部巷道的特殊的地质条件和巷道的变形力学机制;采用锚网索-柔层桁架的耦合支护方案,确定了支护参数;新方案在现场实施后,支护效果良好.     

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。     

厚泥岩复合顶板煤巷围岩控制技术研究

 针对首山一矿11061工作面运输平巷厚泥岩复合顶板强度低、无稳定承载结构、顶板下沉量大的问题,通过监测巷道围岩破坏及离层发育,统计巷道破坏具体形式,分析得出复杂应力条件下厚泥岩复合顶板巷道破坏的力学机制。基于普氏拱理论,结合现场具体支护和破坏状况,提出“预应力锚杆+锚索承载结构,配合原生裂隙区域注浆加固”的改进支护方案：预应力锚索(杆)形成的主、次承载结构协同作用,在两承载层间的泥岩顶板形成压缩区限制离层发展;布置倾斜锚索与垂直锚索,限制巷道顶帮角处围岩塑性区扩展,防止锚索锚固点所在岩层破断失去承载能力。依据塑性圈理论和数值模拟等手段,确定锚杆、锚索等具体支护参数,利用分区注浆加固泥岩强烈膨胀与松动破坏区域。数值模拟和现场工程实践的结果表明：与原支护方案对比,改进的支护方案巷道变形量减少约50%,巷道围岩完整程度明显提高,有效地控制了厚泥岩复合顶板变形与破坏。     

极近距离煤层采空区煤柱下回采巷道支护技术

针对极近距离煤层采空区遗留煤柱造成巷道大变形的问题,运用理论计算和力学分析研究新旺煤矿3101工作面回采巷道顶板破坏特征与破坏机理。提出采用锚网索+锚注+释压联合支护的方案,解析该方案的作用机理:锚网索支护与锚注支护解决顶板变形量大的问题,释压材料缓解巷道大变形造成的影响。采用FLAC~(3D)数值模拟分析在原始支护方案与新的联合支护方案下巷道顶板垂直位移量和围岩塑性区分布的变化规律:采用锚网索+锚注+释压联合支护方案时,巷道顶板垂直位移量由569 mm减小为143 mm,缩减了近75%,塑性区分布也缩小了50%。结合工程实践,证明所提联合支护方案可有效解决新旺煤矿采空区下巷道大变形问题,可为解决极近距离煤层巷道围岩的稳定性问题提供理论依据。     

新疆中生代复合型软岩大变形控制技术及其应用

 针对新疆沙吉海矿区中生代复合型软岩产生的顶板离层冒落、侧墙鼓出、底板鼓起等非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,深入分析本区中生代复合型软岩巷道围岩的分子膨胀+岩体结构面错动+开挖扰动的复合破坏机制,提出以恒阻大变形锚网索耦合支护为核心的主动支护技术体系。通过恒阻装置充分释放围岩膨胀能和塑性能,减小支护荷载及高应力集中,同时借助高阻性能抑制过大有害变形,合理控制围岩塑性圈;然后通过锚网索二次耦合支护消除围岩塑性大变形、层间软弱结构面的错动引起的围岩–支护之间的变形不协调,并采用注浆锚管控制底鼓大变形,最终形成围岩–支护结构协同承载体系。基于非线性大变形力学设计方法及数值分析,进行施工过程设计及参数设计。工程实践表明,该技术得到成功应用,保证了巷道的稳定。     

软岩巷道变形规律及加固处理技术研究

以红庆梁煤矿主斜井巷道松软岩泥化变形段为研究对象,通过现场围岩收敛变形监测,研究了围岩的失效机理,提出了采用注浆、超前小导管排桩、液压支架和锚索+槽钢联合锚网喷架4种支护方案,并通过加固前后围岩收敛变形量和变形速率,证实了锚索+槽钢联合锚网喷架支护形式的有效性,具有重要的工程实践意义。     

煤矿中深部管棚支护数值模拟

采用三维有限单元法对开滦东欢坨煤矿-230北回风巷管棚支护工程实例进行模拟分析,主要对管棚支护下岩层的变形和安全性进行了分析,分析表明管棚支护技术结合注浆能改善松软破碎岩层的物理力学性质,在巷道拟开挖轮廓上部形成具有较强承载能力的加强带。     

复合顶板极软煤层巷道锚杆支护技术研究

 复合顶板极软煤层巷道是围岩变形剧烈且顶板易冒落极难维护的巷道。分析该类巷道围岩破坏特点, 提出运用注浆及锚杆支护控制巷道围岩稳定、加强顶板支护强度、充分利用围岩自身承载能力的支护原理, 研究了合理的注浆、锚杆支护技术, 包括高水速凝材料注浆加固两帮、顶板采用树脂全长锚固高强度锚杆和小孔径预应力锚索加强支护及两帮树脂加长锚固锚杆支护, 并介绍一个工程实例。     

中空注浆锚索技术在软岩高地应力巷道的应用

针对清水营煤矿软岩巷道围岩失稳变形严重现象,本文主要对失稳原因进行分析总结,提出以中空注浆锚索补强加固为主的支护方案。文章介绍了中空注浆锚索支护原理,进行了中空注浆锚索支护试验,发现巷道顶板和帮的位移变形明显减小,变形量得到有效控制,减小了围岩的松动不稳定范围提高了巷道的持续承载能力和稳定性取得了良好的支护效果。     

荣华煤矿软岩巷道破坏机理与支护研究

基于荣华煤矿的地质条件,分析了软岩巷道围岩破坏机理,提出了"预应力全锚索加固+反底拱+注浆加固"联合支护技术方案,并采用FLAC3D软件对该支护方案进行相似模拟研究,结果表明,该联合支护方案有效地控制了巷道围岩破坏变形,提高了矿井的安全生产能力,具有较大的应用价值。     

Whole section anchor–grouting reinforcement technology and its application in underground roadways with loose and fractured surrounding rock

Strata control technology for roadways with loose and fractured surrounding rock is one of the most challenging areas in underground roadway support. Based on the case of the serious deformations that occurred in a western main roadway of a Chinese coal mine, this paper analyzes the characteristics and influencing factors of deformation of roadways with loose and fractured surrounding rock. A mechanical model of the roadway’s surrounding rock has been established to study the different forces at play in the plastic zone of the roadway via means of site observation, theoretical analysis, numerical simulation and onsite experiments. Based on the double shell anchor–grouting reinforcement mechanism, whole section anchor–grouting reinforcement technology (WSAGRT) was implemented in the coal mine with the pertinent support parameters optimized by numerical simulation. The results show that the deformation of the rock surrounding the roadway has been held in check effectively, and thus WSAGRT warrants a safer and more effective mining environment.     

松软煤层托顶煤巷道煤柱宽度优化及控制技术

以芦沟煤矿32081工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实测等方法,研究了松软煤层沿空掘巷托顶煤巷道的变形特征及控制技术。结果表明:不同煤柱宽度下,巷道变形量的变化幅度由大到小的顺序是煤柱帮(498 mm)、顶板(260 mm)、实体煤帮(135 mm)、底板(105 mm)。以6 m煤柱宽度围岩变形最为理想,在沿空掘巷中顶底板变形和两帮变形都是巷道变形的主要方面,而在两帮变形中,小煤柱帮变形量占76%左右,在顶底板变形中,顶板变形占80%左右,得出巷道顶煤和煤柱帮是支护的关键部位。据此,提出了高强度锚网保证围岩完整,长锚索控制顶板稳定、在帮角布置加强锚杆的帮顶协同控制综合技术。通过现场实测表明,该支护方案对于此类巷道的围岩变形量有较好的控制效果,对于类似巷道的支护技术也提供了参考和借鉴。     

复杂应力条件下软岩巷道支护的FLAC模拟研究

针对西北某煤矿2号巷道支护工程,提出了支护方案,并进行了FLAC数值模拟研究,研究表明,导致该巷道出现顶板下沉量大、底板强烈膨胀、两帮位移大的变形特征的主要原因是巷道埋深大、采空区矿山压力显现显著,进而确定了锚注锚网联合支护作为2号巷道支护方案,监测结果表明,该支护方案合理,效果良好。     

围岩承载层分层演化规律及“层-双拱”承载结构强度分析

以信湖煤矿典型深部软岩巷道为工程背景,依据巷道围岩应力变化趋势及围岩强度变化,按照深部软岩巷道四线段全应力-应变曲线划分围岩次生承载结构为"流动层-塑性软化层-塑性硬化层-弹性层"耦合承载层,塑性软化层、塑性硬化层组成塑性承载区。并根据巷道围岩承载层划分提出动态补强支护方案:一次支护采用锚网喷支护,二次补强选取浅、深孔注浆锚杆锚索联合支护,结合支护方案特点提出"层-双拱"承载结构力学模型,在极限平衡条件下对"层-双拱"承载结构进行受力分析得到其极限承载强度解析式,工程计算得到信湖煤矿一水平回风石门经"层-双拱"承载结构支护后极限承载强度可达29.30 MPa,理论验证了支护方案的可靠性。同时,现场监测结果表明:回风石门在动态补强支护后巷道围岩变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,巷道能够保持长期稳定。     

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统现场试验对比研究

针对巨野矿区深部高地应力厚顶煤巷道支护特点,以“先抗后让再抗”支护理念为指导,研制高强让压型锚索箱梁(PRABB)支护系统。该系统具有预紧力损失小、定量让压、支护力传递效果好、护表面积大等特点。分别以箱型支护梁和矿用12#工字钢为托梁设计了横梁、纵向单梁和纵向双梁共6种支护系统。以赵楼煤矿深部厚顶煤巷道为工程背景,利用数值试验对其支护效果进行初步分析,并在3302工作面顺槽进行6种支护系统的现场试验对比研究。现场试验结果表明：(1) 相对于原支护方案,6种锚索梁支护系统均能有效控制巷道围岩变形;(2) PRABB支护系统试验段巷道支护效果整体优于工字钢锚索梁方案,前者围岩变形量比后者小15%～25%;(3) 纵向单梁支护系统对巷道围岩的控制效果最好,纵向双梁支护系统次之,横梁支护系统相对较差。根据试验结果对钢梁不同布置方式的围岩控制机制进行分析表明：纵向单梁支护系统可有效控制厚顶煤巷道顶板关键部位的变形,调动围岩自承能力,使巷道变形得到较好控制。在深部厚顶煤巷道支护时,采用PRABB支护系统纵向单梁方案,可达到经济有效控制巷道围岩变形的目的。     

破碎围岩巷道新型注浆加固工艺实验研究

破碎围岩巷道是煤矿安全生产的重大隐患之一,而注浆是破碎巷道加固的主要手段,注浆工艺的适应性对于煤矿安全生产具有重要意义。针对实验巷道极破碎围岩锚杆(索)孔成孔困难、锚固效果差等问题,采取不同的注浆工艺对巷道破碎围岩进行分区加固,并对注浆后围岩变形进行观测。观测结果表明:XV1101巷注浆加固完成后,巷道两帮变形和顶底板的移近量均比较小,两帮移近量最大72 mm,底鼓量最大为166 mm;XV1102巷注浆加固完成后,两帮移近量最大55 mm,底鼓量最大为46 mm,变形量更小。实验所提出新型注浆加固工艺对破碎巷道的加固效果较好,新的注浆工艺和注浆锚杆(索)有效地控制了巷道变形。     

Field investigations of high stress soft surrounding rocks and deformation control

Field investigations of high stress soft rock deformations show that the high stress soft rock roadway can slide with large deformation. Severe extrusion and floor heave can also be subsequently observed. The supported roadway can be locally damaged or completely fail, where the floor has a large deformation and/or is seriously damaged. The factors inducing large deformation of surrounding rocks in deep roadway are rock strengths, structure face cutting types, stress states, stress release, support patterns,and construction methods. Based on the deformation characteristics of high stress soft rock roadway, a comprehensive support scheme is proposed. The overall support technology of "step-by-step and joint,hierarchical reinforcement" for roadway is presented, and the anchor cable and bolt parameters to check the design methods are also given. Finally, the proposed comprehensive support method "bolt t metal mesh t U-steel arch t shortcrete t grouting and cable" is used in the extension section of east main haulage roadway at 850 m level of Qujiang coal mine. The 173-day monitoring results show that the average convergence of sidewalls reaches 208 mm, and the average relative convergence of roof and floor reaches 448 mm, suggesting that this kind of support technology for controlling large deformation of high stress soft surrounding rock roadway is effective.     

刘庄煤矿深井软岩巷道底臌治理方法研究

结合刘庄煤矿典型巷道,采用了有效治理方案,工程实践表明,采取锚杆、锚索、注浆等加固巷道底板基础,可有效地解决复杂条件下软岩巷道的底臌问题,从而保证了矿井施工安全。