淋水条件下弱胶结软岩巷道变形破坏特征与支护技术

为研究淋水条件下弱胶结软岩巷道合理的支护技术,以色连二矿12307回风巷为背景,考虑弱胶结砂质泥岩强度和体积随淋水时间的变化,对其在"锚带网索梁"支护条件下的应力、变形以及塑性区变化特征展开数值模拟研究,并提出了支护改进措施。研究结果表明:"锚带网索梁"支护条件下,受淋水影响,弱胶结软岩巷道围岩径向位移将随着巷道向前掘进而呈指数衰减方式持续增长,最终其顶底板、两帮移近量将分别达750、200 mm;进行"增加锚杆长度、改金属网为钢筋网喷射混凝土、顶板以及两帮进行锚索加强"支护改进后,弱胶结软岩巷道围岩径向位移最大仅为29.0 mm,而塑性区破坏深度则都基本稳定为3.0 m,有效地保证了巷道安全。     

弱胶结软岩煤巷锚杆索-围岩变形协同控制方法研究

针对西部弱胶结软岩煤巷顶板支护易失效问题,在探究弱胶结泥岩物性组分及破坏力学特征基础上,分析弱胶结软岩巷道围岩破坏特征,揭示弱胶结软岩巷道顶板破坏失稳机理,提出弱胶结软岩高预紧力下锚杆-围岩变形协同机理,开发相应支护设计方法,并进行应用实践。结果表明:(1)弱胶结软岩黏土矿物含量高,微裂隙发育造成其强度小、黏聚力小、胶结性差、易碎胀,在低围压条件下就产生剪切滑移破坏,提高其等效黏聚力和围岩应力水平是提升其抗变形能力的最有效途径;(2)弱胶结泥岩特性、高水平应力及低锚杆(锚索)预紧力等因素综合作用下,弱胶结软岩顶板易发生整体性下沉,内部破裂严重,破裂范围最大达4.0 m,尤其是煤岩界面破裂剪胀使部分锚杆-锚索破断失效,加剧顶板破裂下沉;(3)锚杆支护作用体现在提高锚杆加固范围内岩层等效黏聚力,锚索支护则强调对其支护范围内岩层提供较强的支护应力,两者工作阻力越高支护效果越好;(4)高预紧力下锚杆与锚索联合支护时,锚杆、锚索变形与顶板变形下沉协同、相适应,且要最大程度发挥锚杆-锚索支护效能。现场应用表明,按照高预紧力锚杆-围岩形变协同支护后,弱胶结软岩巷道顶板控制效果好,达到设计预期,该方法为弱胶结软岩巷道支护提供参考。     

深部软岩巷道围岩支护技术研究

为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题,针对信湖煤矿回风石门埋深大、应力高、围岩强度低的特点,在分析了信湖煤矿回风石门的围岩赋存条件、变形破坏特征以及原有支护方案已难以维持现掘巷道稳定的条件下,通过理论计算得到信湖煤矿回风石门围岩塑性区范围,从而提出了控制巷道围岩的基本理念：采用小承载体控制围岩破碎区的扩大,采用大承载体限制围岩塑性区的发展,2个承载结构共同维持巷道稳定,进而提出采用“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案对新掘巷道进行支护,并结合FLAC^3D数值模拟及现场工业性试验对“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案的合理性及可靠性进行验证。结果表明：信湖煤矿回风石门新掘巷道经“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案支护后围岩表面变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,支护体与巷道围岩形成了稳定的复合承载结构,联合支护方案能够保持巷道的长期稳定,该联合支护方案可为其他类似深部软岩巷道支护提供一定参考。     

深部软岩大断面巷道大变形控制技术研究

深部软岩大断面巷道的变形控制一直是煤矿开采中的一个难题。为解决深部软岩大断面巷道大变形的问题,以神木大柳塔东川矿业南一石门为工程实例,通过现场监测及声波试验研究了巷道的变形破坏特点和破坏范围。基于原支护方案及分析成果,提出了“锚杆+注浆锚索+钢筋网+喷射混凝土+注浆管”的优化支护方案,数值模拟得出,采用优化支护方案相比原支护方案围岩塑性区破坏范围减小了约65%,验证了该方案的可行性。同时在新掘巷道进行了现场试验,巷道顶底板最大移近量为122 mm,两帮最大收敛量为115 mm,双孔声波法测试结果可得注浆浆液有效填充了巷道围岩裂缝,提高巷道围岩强度,实现了对巷道的稳定性控制,取得了良好的支护效果。     

沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道大变形控制对策

针对沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道开挖后出现冒顶、溃帮和底鼓等严重大变形现象,巷道难以维护的问题,采用X-ray衍射、SEM扫描、物理力学试验和吸水软化试验等方法,研究了弱胶结膨胀性软岩特性;结合现场实际对巷道变形破坏机理进行研究。结果表明:围岩的胶结程度差、膨胀性强、支护强度低,在剧烈开挖扰动作用下传统锚杆索支护与围岩变形不协调,不能充分发挥围岩自身承载能力,是弱胶结膨胀性软岩巷道破坏的主要原因。基于此,采用提高围岩自身承载能力、让压吸能、及时封闭、隔水加固的理念和以恒阻大变形为核心的让压吸能支护原理,提出恒阻大变形锚杆+钢筋网+混凝土喷层+恒阻大变形锚索+底角注浆锚管的支护方案,现场监测表明新支护较好地控制了弱胶结膨胀性围岩变形,应用效果良好。     

不同顶板沿空巷道的力学特征分析

为了找到适合于坚硬顶板沿空巷道锚杆支护体系,采用数值模拟计算的方法,对软、硬顶板围岩条件下沿空巷道的塑性区分布和围岩变形变化规律进行了研究。结果表明:软弱顶板的沿空巷道在顶板、两帮和底板中都出现了塑性区,而坚硬顶板沿空巷道周边围岩的塑性区分布主要集中在两帮和底板。这表明坚硬顶板沿空巷道支护的关键在于两帮。     

弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究

为解决西部矿区弱胶结富水巷顶板围岩胶结性差、强度较低,在顶板含水层的影响下围岩强度进一步弱化,导致巷道支护困难的问题,以大南湖矿111801工作面运输巷为工程背景,综合采用实验室试验、数值模拟以及现场实测等方法,开展富水条件下弱胶结顶板围岩控制技术研究。研究发现,弱胶结岩体含有大量吸水性、膨胀性黏土矿物,内部存在众多的孔洞、裂隙,在水作用下易泥化、崩解、风化,导致岩体强度弱化;顶板含水层是引起弱胶结富水顶板巷道变形破坏的关键因素。工程实践表明采用弱胶结富水巷道锚索注浆合理保水+淋水量大且利于疏水的巷道低处集中布置疏水孔有控疏水+高性能高可靠度锚杆锚索支护相结合的综合控制技术,围岩变形量较小,保证了矿井的安全生产。     

弱胶结软岩巷道断面形式及支护优化研究

为研究弱胶结软岩巷道最佳断面结构形式及相应支护措施,以新疆伊犁四矿区弱胶结软岩巷道为工程背景,对巷道断面形式多样、支护措施难以确定的特殊工况进行探究。结合FLAC3D数值软件,分析复杂地质条件下不同断面形式及相应支护措施下弱胶结软岩巷道的围岩变形及塑性区发展规律。研究表明:弱胶结软岩巷道中不同断面形式的选取对巷道围岩变形及塑性区分布有较大影响,其中矩形巷道围岩变形最为严重;对比五种断面形式的围岩变形量及塑性区分布范围,选定马蹄形断面进一步分析不同支护措施下巷道围岩的变形特征及塑性区发展规律,并与现场监测结果对比分析,提出适用于弱胶结软岩巷道的支护方式,即"二次锚网喷+预应力锚索"支护。     

考虑蠕变影响的近断层软岩巷道变形破坏特征与支护对策

为研究近断层软岩巷道变形破坏时效特征及确定其合理的支护方式,以安里煤矿1条回风大巷为背景,考虑泥岩的蠕变特性,对掘进过程中围岩的位移和塑性区进行数值分析,提出了“锚索+锚杆+喷射混凝土+注浆”联合支护方案。研究结果表明:当近断层软岩巷道支护结构较为薄弱时,沿着掘进方向,巷道表面岩体径向位移将呈单峰分布且其最大值出现在距断层破碎带约3~6 m的位置;巷道穿过破碎带进入泥岩段时,其横断面岩体径向位移将与巷道推进距离呈线性关系;采用“锚索+锚杆+注浆+喷射混凝土”联合支护方案后,近断层软岩巷道顶板、底板、侧墙最大位移将分别比常规“锚杆索+金属网”支护方案减小84.9%、83.8%、89.2%。     

深井软岩巷道双套棚灌浆支护技术研究与应用

为解决深井软岩巷道变形大、支护难的问题,以盘江矿区某矿121213工作面运输上山为工程背景,进行深井软岩巷道变形破坏特征及变形破坏原因的研究,得出结论:高地应力、围岩遇水易膨胀变形及围岩承载能力难以发挥是造成巷道变形失稳的主要原因。针对性地提出了双套棚灌浆支护技术,设计一种"锚杆锚索+灌浆+双U型套棚"的复合支护方案,即在锚杆、锚索支护的基础上,在围岩外部两架U型棚之间进行高压注浆,强化围岩承载结构。现场监测结果表明:采用双套棚灌浆支护后,巷道顶板、两帮及底板平均变形速率分别为0.55,0.43mm/d和0.36mm/d,最大变形量分别为145,115,87mm,巷道变形量在可控范围内,有效地控制了深部软岩巷道收敛变形。     

巷道围岩松动圈测定及支护参数优化

为了对巷道进行有效支护，确保巷道的稳定性，基于研究巷道实际工程概况，采用电磁雷达法对巷道围岩松动圈进行测试，根据不同测线的雷达探测曲线，得到了研究巷道围岩松动圈级别；优化了巷道支护参数，主要包括顶板锚索、帮锚索、顶帮锚杆、一次喷浆、二次喷浆、道底板圆弧形卸压槽的开挖及底板注浆锚索加固等，并进行了巷道表面位移观测。研究得出，优化后的巷道支护能够有效控制巷道围岩变形。     

深埋弱胶结软岩巷道变形破坏规律与控制对策北大核心

为研究深埋弱胶结软岩巷道的变形破坏规律并确定合理的控制对策,以余吾煤矿南翼总回风巷工程为例,通过改变应变软化模型参数来反映弱胶结软岩的泥化以及膨胀特征,对巷道掘进过程中围岩的应力、变形以及破坏规律展开数值分析,并在此基础上提出了"锚喷+注浆+反底拱"联合支护控制对策。研究结果表明:常规锚喷支护条件下,深埋弱胶结软岩巷道顶底板以及两帮围岩的径向位移将在巷道向前掘进24 m后达到734.2、490.3、549.6 mm,同时,它们的松动区深度将分别增至5.6、2.8、3.0 m,而塑性区深度则扩展至9.5、8.8、13.7 m;而采用"锚喷+注浆+反底拱"联合支护后,巷道围岩径向位移和塑性区深度将分别减小91%~94%和71%~74%,且达到稳定的时间也大大缩短。     

深井高应力破碎软岩巷道过断层支护技术研究

针对深部软岩破碎巷道遇断层后,巷道围岩变形量增大、易造成顶板垮落、底鼓变形破坏剧烈等问题,对高应力软岩巷道过断层支护机理进行了研究。通过采用数值模拟与现场实践相结合的方法,确定“金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的综合支护方式。应用结果表明,巷道顶底板和两帮的变形量大大减小,有效控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形和底鼓,保证了巷道围岩稳定。     

4106工作面运输顺槽围岩控制技术研究

针对陕西彬长文家坡矿业有限公司4106工作面运输顺槽巷道变形严重问题,设计采用锚杆+金属网/塑钢网+W钢带+锚索联合支护方案。在顺槽内布置2个测站,监测结果表明:巷道围岩顶底板和两帮变形量得到有效控制,支护效果良好。     

大埋深泥岩巷道高预应力强力支护方式应用研究

埋深900 m的陈四楼煤矿九采区泵房邻近陈四楼煤矿向斜轴部,掘进过程中揭露一条落差7 m的XF₅正断层,周边巷道较多,空间关系复杂,采用单独的“锚网喷+锚索”支护时巷道严重变形。为解决巷道支护难题,提出了通过提高支护强度,先行采用“锚杆锚索间隔布置+长锚索”先喷后锚让压支护,再进行“锚索注浆+二次锚网加固”的高预应力强力支护方式,对底板采取“锚网带+锚索梁+注浆”加固措施,对巷道进行全封闭式的围岩加固。实践效果表明,该方案支护效果良好,巷道变形量得到了很好的控制,可以满足安全使用。     

11上401工作面巷道支护方案设计与应用

为控制巷道围岩变形,结合11_上401工作面进风顺槽井下巷道围岩性质等实际条件,提出采用锚杆+锚索+钢筋焊结网的支护方案。实践表明:采用该支护方式在掘进施工完成后20 d内巷道两帮移近量在40 mm左右、顶底板移近量在80 mm左右,20 d以后巷道围岩基本处于稳定状态。     

深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

1209工作面回风巷过顶板破碎区联合支护设计

针对1209工作面回风巷掘进施工穿4条正断层、容易发生冒落的情况,设计了锚杆+钢筋托梁+金属网片+顶槽钢锚索+帮锚索+π型钢梁棚+密集穿管作业的联合支护方案,有效控制巷道围岩变形量。     

弱胶结富水顶板留巷围岩变形特征与控制技术

为解决弱胶结富水顶板双巷布置工作面留巷支护难题,以色连二矿12309辅助运输巷为工程背景,开展了弱胶结富水顶板锚杆及锚索锚固性能试验,提出了以提高锚索锚固力为基础的分步支护与加固技术。通过巷道变形观测,分析了留巷围岩的变形特征。结果表明,留巷受本工作面采动影响主要为滞后影响,其中围岩变形剧烈影响区为工作面采后 0～300 m 区段,当留巷受下一个工作面采动影响时,其影响范围及影响程度较上一个工作面大幅降低,说明以提高锚索锚固力为基础的分步支护与加固技术是比较适合弱胶结富水顶板留巷的支护方式。     

深部高应力回采巷道变形破坏机理与控制技术

针对深部高应力回采巷道变形破坏严重与难控制的问题,以任家庄煤矿210504工作面回风巷为工程背景,研究了其变形机理和稳定性控制技术。对该工作面运输巷的变形破坏代表性地段进行了现场调查,发现该巷为典型的深部高应力回采巷道,变形破坏特征为强烈底鼓、两帮严重内挤、顶板整体下沉;采用数值模拟的方法研究了巷道围岩的变形破坏机理,认为该巷的变形破坏是由低预紧力锚杆支护体系不能控制深部高应力巷道围岩所导致;对210504工作面回风巷提出了“锚杆+锚索+W钢带+锚网”的综合支护方式。工程实践表明,巷道底鼓量为220 mm左右,两帮移近量262 mm左右,分别比原支护方案降低59.1%和40.2%左右,巷道围岩保持稳定。该研究成果可为该矿或同类矿井的稳定性控制提供借鉴。