深部强采动大断面煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术

针对深部剧烈动压扰动影响下软碎煤体巷道围岩持续大变形破坏的控制难题,以某矿深部强采动影响区典型大断面软碎煤体巷道为研究对象,分析了深部煤巷经历强采动影响下的矿压显现规律,阐明了引起围岩大变形破坏的主要原因,得出了煤巷围岩的主要控制难点。基于此提出了深部强采动大断面煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术,煤巷浅部围岩锚索注强化锚固技术提高了主体承载结构的围岩强度,为内部造穴卸压创造了良好的施工环境;两帮煤体深部应力高峰区采取大直径孔洞造穴卸压,阐明了在不破坏浅部锚固围岩稳定性基础上使煤巷两帮高支承压力峰值转移至造穴孔洞实体煤侧的卸压机制。内部大直径造穴孔的布置使深部煤岩体的变形向卸压孔洞群转移,为深部煤岩体持续向外运移提供让压补偿空间,浅部强化锚固能有效阻断深部煤岩体向煤巷空间运移,减少煤巷两帮围岩变形量;提出大断面煤巷围岩外锚-内卸的“固结修复、桁索强锚、内卸转移、内外协同”控制机理,并通过相似模拟及数值模拟的方法验证了煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术的可行性。现场工程实践表明：煤巷采取外锚-内卸协同控制技术,有效抵御了大断面软碎煤体巷道在强采动影响下的两帮围岩大变形,显著改善了煤巷围岩应力状态...     

不同侧压系数下深部软岩巷道稳定性分析及控制

针对深部软岩巷道围岩大变形、岩体破碎及支护体损坏等控制难题,研究了不同侧压系数下深部岩巷围岩响应特征及支护技术。以邢东矿1126工作面运料车场为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法分析不同侧压系数下深部直墙拱形岩巷围岩应力、偏应力第二不变量和塑性区的分布特征,得出深部软岩巷道失稳机制为:开挖引起浅部围岩应力集中、较深部围岩高畸变能积聚→岩层剪切错动→高畸变能释放→扩容大变形。基于提高浅部围岩承载强度,并适度释放围岩高畸变能原则,提出密集长锚杆索+强金属网+二次喷浆的支护技术。井下试验结果表明,该技术能够有效控制深部软岩巷道的变形破坏,保证巷道稳定。     

高水平应力巷道连续“双壳”治理底臌实验研究

基于深井工程软岩巷道严重底臌这一状况,以河北陶二煤矿扩大区北大巷条件为工程背景,对连续"双壳"如何有效控制深井软岩巷道底臌进行了实验研究。通过现场地应力测量、解算,确定了巷道围岩应力状态,采用自行设计的双向加载试验台,进行深井软岩巷道不同侧压系数时底板围岩变形失稳特征的相似模拟实验,得到底板位移场变化规律及围岩应力分布状态。模拟实验结果表明:底板连续"双壳"加固巷道底臌量较原支护巷道平均减小53%;底板浅孔注浆(浅部壳体)提高岩体承载能力,深孔锚索束注浆(深部壳体)扩大岩体承载范围,浅深壳体共同承载、协同变形有效控制了底板围岩稳定。最后揭示了连续"双壳"治理底臌机理。     

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究

针对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质,主要是膨胀性泥岩在浅部遇水破碎、扩容的特征、深部膨胀特征,通过现场测试、建立力学模型、数值计算,对西大巷稳定性的力学效应、受采动影响时围岩塑性区及破碎区宽度及变形与采动支承应力的关系分析,分析在采动支承应力作用下的软岩巷道,其围岩破碎区、塑性区的范围,巷道变形与破碎围岩塑性区范围、峰后强度、支护的关系,研究动压软岩巷道围岩变形机理、软岩巷道围岩流动规律,提出了深井巷道围岩控制的"内、外结构"稳定性原理.针对西大巷围岩地质条件,依据研究的成果,寻求巷道稳定控制技术,并通过工业性试验检验,使得西大巷由研究试验前的强烈变形到研究后的基本稳定.     

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究

针对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质,主要是膨胀性泥岩在浅部遇水破碎、扩容的特征、深部膨胀特征,通过现场测试、建立力学模型、数值计算,对西大巷稳定性的力学效应、受采动影响时围岩塑性区及破碎区宽度及变形与采动支承应力的关系分析,分析在采动支承应力作用下的软岩巷道,其围岩破碎区、塑性区的范围,巷道变形与破碎围岩塑性区范围、峰后强度、支护的关系,研究动压软岩巷道围岩变形机理、软岩巷道围岩流动规律,提出了深井巷道围岩控制的“内、外结构“稳定性原理。针对西大巷围岩地质条件,依据研究的成果,寻求巷道稳定控制技术,并通过工业性试验检验,使得西大巷由研究试验前的强烈变形到研究后的基本稳定。     

基于内外承载结构的软岩巷道围岩控制技术研究

为解决采动影响下赵固二矿14030回风巷软岩巷道围岩变形显著问题,采用钻孔窥视仪探测了围岩变形破坏规律,针对采动软岩巷道围岩破坏特征提出了控制对策,提出了软岩巷道主动式围岩加固控制技术,针对巷道参数设计了注浆锚索加强支护方案,并通过现场监测验证围岩变形控制效果。研究结果表明：随着扰动程度加深,浅部围岩的松散破碎范围不断扩大,难以形成有效的承载结构,深部围岩离层裂隙发育高度进一步增高;以提升浅部围岩的承载能力为出发点,通过增强内承载结构的支护强度及围岩自身抗扰动能力,可发挥出内外承载结构和支护体共同的围岩变形控制作用;在锚索力学性能允许承受载荷范围内,适当提高预紧力及加长注浆锚索长度可改善巷道围岩变形控制效果。     

深井煤柱区下位采动高应力软岩巷道匹配支护研究

以深井煤柱区下位采动高应力大变形软岩巷道为研究对象,通过现场勘察总结出高应力软岩巷道的变形破坏特征和基本规律,分析了深井煤柱区高应力巷道和受下位采动影响的巷道围岩变形力学机制,根据高应力软岩巷道的支护特点,提出了科学合理的匹配支护对策.     

采动影响下大断面巷道交叉点破碎围岩加固技术研究

文中采用钻孔窥视方法,分析王坡矿3208回风巷绕道与集中辅运巷大断面交叉点变形、破坏原因,认为围岩自身强度低、断面大、工作面回采动压影响是导致交叉点产生严重变形、破坏的主要因素。提出了采用高压注浆充填围岩内部裂隙,提高破碎围岩的承载能力,恢复成完整的岩体结构,同时提高锚杆锚索加固时力的传递;进一步采用高强度预应力全长锚固锚索提高浅部围岩应力值和抵抗剪切变形能力,阻止围岩再次破坏,确保加固后巷道围岩稳定。通过3208回风巷大断面交叉点试验表明:采用高压注浆和高强度预应力全长锚固锚索加固能有效控制采动影响下大断面巷道交叉点变形,保证了巷道使用安全。     

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;巷道断面不合理,支护强度低,加剧了巷道围岩扩容变形,构成巷道大变形的主要外因.从巷道破坏模式方面分析巷道5种典型变形破坏特征及发生机制;通过现场观测,揭示巷道表面变形的空间非对称性、不同深度围岩变形的跳跃性,以及巷道围岩内部结构劣化的非均匀性和跳跃性;总结了巷道大变形机理是高应力驱动下塑性区劣化后的围岩产生显著的流变与强烈的扩容变形,加速了巷道的变形失稳.提出口孜东矿沿空掘巷以"高预应力主动支护、注浆改性加固、强帮护顶"为核心的沿空掘巷支护技术,现场监测表明,该支护方案可有效控制深部高应力软岩巷道变形.     

深井煤柱区下位采动高应力软岩巷道匹配支护研究

以深井煤柱区下位采动高应力大变形软岩巷道为研究对象，通过现场勘察总结出高应力软岩巷道的变形破坏特征和基本规律，分析了深井煤柱区高应力巷道和受下位采动影响的巷道围岩变形力学机制，根据高应力软岩巷道的支护特点，提出了科学合理的匹配支护对策。     

深部大断面硐室动静载作用下锚固承载结构稳定机理研究

针对动载扰动条件下深部大断面硐室围岩锚固支护结构稳定性差、支护设计不合理等问题,以新巨龙煤矿井下煤矸分离大断面硐室为例,采用现场调研、理论分析和室内试验等手段,研究在深部冲击应力与高围岩应力叠加构成的复杂应力环境下大断面硐室围岩锚固支护结构损伤演化特征,构建动静载荷作用下深部大断面硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,获得深部大断面硐室围岩锚固支护结构破坏机理并对深部大断面硐室的围岩锚固支护设计提出合理建议。结果表明:1)深部冲击应力与高围岩应力叠加是大断面硐室围岩变形破坏的主要原因,在受到强动载冲击时,深部大断面硐室顶板、两帮锚杆(索)受损严重,很容易造成顶板大面积垮塌及帮部煤体突出;2)通过室内SHPB动态冲击试验获得了动静载组合作用下,加锚试件的强度和峰后回弹斜率均随着动态应变率的增大而升高,加锚试件对动载冲击能量的耗散能占比与动态应变率呈现出正相关的特性,锚固界面(锚固剂/锚杆、锚固剂/岩体)的黏结程度在锚固体对应力波能量耗散过程中起到了关键作用;3)深部大断面硐室锚固承载结构的失稳破坏是由于动载作用下硐室围岩、锚固剂和锚杆三者之间不协同变形造成的剪切滑移及锚固体受动载压缩变形导致的。提高硐室围岩、锚固剂和锚杆的抗滑移特性,增加锚固密度提高抗压缩变形能力可有效降低动载应力波对深部大断面硐室围岩支护结构的影响。研究成果对井下永久硐室及巷道的加固工程具有一定的理论指导和借鉴意义。     

深井向斜轴部影响区软岩大巷石门综合加固技术研究

为解决深井向斜轴部影响区软岩巷道围岩变形控制难题,基于地质条件详查、力学参数测试、矿物成份测定和数值计算,分析了胡底煤业3#煤层石门围岩变形破坏机制。结果表明,埋深大、构造影响、围岩软弱、底鼓是石门变形的主要原因,并提出对辅运石门进行全断面主动注浆支护和局部结构补偿的综合加固方案,先用浆液充填破碎岩体裂隙恢复其完整性,提升其残余强度,阻止围岩扩容性破坏向深部发展;后采用高强锚索在围岩表面施加预应力形成范围广、厚度大的叠加压应力区,限制围岩长期流变变形。现场应用表明,加固方案有效控制了石门围岩变形,保证了其长期安全使用。     

冲击地压矿井深部软岩破碎巷道注浆加固技术研究

为解决冲击地压矿井深部破碎软岩巷道大变形问题,针对义马矿区常村煤矿西翼辅助运料斜巷复杂工程环境,分析了巷道破坏特征,揭示了巷道变形破坏机制,指出高原岩应力、多次采动、围岩承载力差、频繁微震事件、围岩锚固性能差综合因素作用下造成巷道破坏失稳。提出该类巷道控制对策,采用全断面注浆及强力注浆锚索加固系统,确定注浆加固方案、参数和工艺,利用矿压观测和全景窥视围岩内部状况检验加固效果。工业性试验结果表明方案能够有效控制围岩变形,巷道断面收缩率降低70%,维护成本降低35%。     

大变形煤巷锚注支护一体化技术及应用

为解决云驾岭矿煤巷变形大、围岩破碎、支护困难、返修率高等工程问题,采用地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、现场测试和实验室试验等手段,揭示大变形煤巷围岩失稳破坏机理。基于深、浅部注浆加固,建立双层环状支护带承载体系,提出切圆拱断面、帮部深孔锚索支护、护表加强的锚注支护一体化技术。工程应用表明:浅部注浆封闭巷道周边破碎围岩,与锚杆联合形成内部支护带,提高两帮围岩强度;深部注浆配合加长锚索形成主动支护带,以锚索端部为锚固点,使浅部、深部围岩形成有机整体,增强围岩承载强度;护表加强实现应力均匀分布,提高表面支护刚度并增大有效支护面积。现场监测显示,该技术有效降低围岩变形,保障了巷道围岩稳定。     

构造带内巷道群破坏机理及支护技术研究

平煤股份十一矿丁六采区回风石门位于断层带附近,围岩松软,构造应力大,并受到巷道群交叉相互影响,巷道变形严重.从深井软岩破坏理论出发,得出巷道破坏的原因是深部软岩动压巷道围岩以挤压流动变形破坏,其特点为已遭受破坏的软弱碎裂岩体体积碎胀流动导致巷道发生大位移,利用锚筒修复破碎岩体巷道新技术对此巷道进行修复.修复后巷道变形量较小,能满足生产需求.     

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。     

金川矿区深部高应力破碎岩体巷道支护技术研究及应用

针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,基于以往巷道围岩变形破坏特征,从工程地质条件、地应力特征、采动影响等三个方面,分析了深部高应力破碎岩体巷道变形破坏原因。针对典型的巷道破坏特征与工程地质条件,提出了四类相应的新型支护方案,分别开展了现场工业试验;通过巷道围岩收敛变形监测,验证新型支护形式的支护效果。结果表明,新型支护形式有效地控制了深部高应力破碎岩体巷道围岩变形,实现了维护巷道围岩长期稳定的目的。     

深部破碎软岩巷道失稳破坏机理及支护技术研究

针对深部软岩巷道的失稳破坏问题,基于井下煤岩体地质力学测试,分析了导致深部软岩巷道变形破坏的主要因素,认为地应力属于中等偏高应力,煤岩体强度较低、裂隙结构发育等是引起围岩大变形的主要地质因素。基于分析结果,提出了注浆加固+高预应力锚索的联合支护方案,并在玉溪矿进行了现场应用。应用效果表明,支护方案有效控制了巷道的变形,使巷道整体保持了良好的稳定性,成功解决了深部软岩巷道失稳破坏问题。     

深井软岩巷道强力一次性支护技术研究及应用

为解决14040下顺槽底抽巷深井软岩巷道围岩变形显著问题,针对巷道地质条件及原支护变形情况,分析了巷道变形原因,研究了深井软岩巷道变形控制机理,同时根据巷道条件提出了强力一次性支护技术,并通过数值模拟研究了围岩控制效果,并进行现场观测验证了支护技术的围岩控制效果。研究结果表明：（1）原支护围岩控制效果不佳的根本原因是泥岩受扰动易破坏,同时对塑性破坏区的支护强度不够;（2）深井软岩巷道变形控制的思路为提高巷道浅部围岩的承载能力、控制外承载结构位置,通过增大内承载结构支护强度,提高巷道浅部围岩的承载能力。（3）现场观测结果显示巷道围岩变形趋于稳定后,巷道顶板下沉量为110 mm,底鼓量为200 mm,两帮收缩量为190 mm,巷道变形量在可控范围内,能够满足行人运料要求。表明通过采用强力一次性支护技术,能有效控制深部软岩巷道变形,保障巷道服务期间的正常使用,不仅降低了支护成本,同时提高了矿井巷道掘进的单进水平。     

近距离残留煤柱下破碎围岩巷道修复技术

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:残留煤柱底板集中载荷的非均匀性分布,及其引起的支护体承载结构破坏是近距离煤柱底板巷道围岩发生大变形的本质。由此,提出了基于破碎围岩注浆和高强度锚杆支护的巷道修复技术,工程实践表明该技术在有效提高围岩整体性和可锚性的同时,使浅部锚固区与深部围岩相连形成整体承载结构,有效地控制了巷道围岩变形,保障了矿井安全生产。