基于剪应变损伤过程的综放窄煤柱煤巷非对称支护研究

针对王家岭煤矿窄煤柱煤巷顶板非对称大变形异常矿压显现,综合现场调研、理论分析、数值模拟、井下试验及现场实测,分析了顶板非对称变形破坏特征,提出槽钢简式桁架锚索与单体锚索大偏移量非对称支护技术。研究得出:1)窄煤柱煤巷顶板非对称变形破坏特征:煤柱侧顶板煤体变形破坏敏感系数大且可持续性强;2)窄煤柱煤巷巷道中心轴两侧顶板煤体剪应变损伤形式和联结速度具有明显的不对称性;3)顶板控制机理:刚柔并济、重点偏移、点线结合、均衡承载。桁架锚索与单体锚索500 mm偏移布置围岩控制效果良好,顶板变形破坏协调一致。     

窄煤柱综放煤巷钢梁桁架非对称支护机理及应用

针对王家岭煤矿窄煤柱综放煤巷围岩控制难题,分析指出相邻大型综放工作面覆岩剧烈活动及其基本顶对巷道区域直接顶的倾斜挤压力是导致顶板产生水平移动和非对称破坏的本质原因。建立考虑基本顶对直接顶倾斜挤压应力的窄煤柱综放煤巷直接顶力学模型,得出巷道顶板最大变形区域(7.5≤x≤9.5 m)。研发了以钢梁-槽钢组合结构和多根锚固至顶板纵深处锚索为关键部件的多锚索钢梁桁架系统,阐明其控制原理。建立多锚索钢梁桁架非对称支护的力学模型,得出非对称弯矩减小量分布特征,探讨其与非对称变形的一致性,并结合现场实践确定控制方案。现场实践表明,20103运输巷采用钢梁桁架非对称支护技术后,围岩变形量均控制在安全范围内,实现了对窄煤柱综放煤巷围岩非对称变形破坏的有效控制。     

综放剧烈采动影响煤巷 窄煤柱破裂失稳机理与控制技术

针对综放剧烈采动影响煤巷窄煤柱出现的破裂失稳问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测等相结合的研究方法,探讨窄煤柱破裂失稳机理及其控制技术。结果表明:1)受上覆岩层破断回转运动影响,窄煤柱帮发生明显水平挤压运动,造成浅部煤体挤压、错动和破碎,变形破坏主要发生在煤柱帮中上部区域;2)关键块回转运动行为将对沿空巷道围岩产生沿铅垂方向的支承压力σj,同时还将对窄煤柱产生水平力σ_d,在此复杂应力作用下沿空巷道窄煤柱发生破裂失稳,由浅至深煤体应变演化过程为拉应变→压应变→拉应变;3)阐明该类巷道控制原理,提出"高强锚杆支护+顶板锚索槽钢组合结构+煤柱帮锚索加固"的综放沿空巷道支护方案并进行现场应用。现场工程实践表明,该技术可有效控制综放沿空巷道围岩变形。     

基于偏应力分布特征的综放区段煤柱宽度研究

针对王家岭煤矿20 m宽煤柱条件下回采巷道大变形控制难题,运用数值模拟方法,研究了顶板煤岩体偏应力第二不变量分布及迁移演化规律,得出203盘区相邻综放区段间煤柱合理宽度为4~8 m,且回采巷道煤柱侧顶板需要进行强化支护的结论。现场试验8 m宽煤柱,采用槽钢桁架锚索与单体锚索平行布置非对称支护技术支护20321综放工作面回风巷,顶板最大下沉量为102 mm,煤柱宽度留设合理。     

窄煤柱巷道非均匀变形机理及支护技术

为了解决窄煤柱巷道非均匀大变形控制难题,以丰汇煤矿窄煤柱巷道为工程背景,综合采用现场调研、室内实验、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同煤柱尺寸影响下,采动巷道围岩应力与塑性区分布特征;分析了窄煤柱巷道变形破坏规律与采场覆岩结构运动特征,揭示了窄煤柱巷道非均匀变形机理,指出采动应力场叠加,支承压力大;覆岩结构非对称,偏载作用显著;煤柱尺寸小、强度低,难以为顶板提供有效支撑;支护方案对称布置,针对性差,是窄煤柱巷道产生非均匀变形的主要原因。基于窄煤柱巷道围岩控制难点,提出以"改变巷道区域支护方式、增加支护密度、破碎围岩注浆改性"为核心的差异化支护技术,加强对围岩局部大变形的控制,充分发挥围岩的自身承载能力;现场监测表明,窄煤柱巷道在服务期间围岩非均匀大变形得到有效控制,稳定性好;可为同类型巷道围岩的控制提供参考。     

大断面沿空煤巷锚索桁架非对称支护技术研究

兴峪煤矿15502回风顺槽窄煤柱沿空掘巷期间变形较为严重，综合运用矿压监测、数值模拟等方法进行锚索桁架非对称支护技术的优化设计。研究表明：锚索最佳长度8.0 m，桁架最佳跨度1.6 m、偏心距400mm。应用后巷道表面收敛变形微小，锚杆、锚索载荷稳定，工作性能较好，采用锚索桁架配合锚网索联合非对称支护方案可有效控制巷道失稳。     

极高支承应力煤巷锚索桁架控制机理与实践

针对某矿在褶曲断层区的孤岛煤柱中开掘巷道时遇到支承应力大、煤岩体破碎、巷道断面大等技术难题，基于预应力锚索桁架支护系统可以改变巷道围岩受力状态的特征，结合该矿现场条件，设计并优化了联合控制方案中的锚索桁架支护参数。现场实施结果表明，以锚索桁架为主的联合控制技术能够解决极高应力作用下大断面煤巷支护难题。     

温庄煤业15106回风巷沿空掘巷围岩控制研究

以温庄煤业15106回风巷沿空掘巷的巷道布置及围岩控制为工程背景,借助现场实测、理论分析等手段,依据UDEC多边形破坏准则建立了Trigon数值模型,分析15106回风巷邻近采空区侧向支承应力分布范围,并进一步分析了不同宽度煤柱内应力、裂隙扩展特征及巷道围岩变形规律,基于裂隙闭合区长度确定了15106回风巷合理窄煤柱宽度为5 m。提出了高强锚杆锚索配合钢筋梯子梁支护技术,矿压观测结果表明,当煤柱宽度为5 m时巷道围岩的变形量较小,高强锚杆锚索支护结构能够稳定承载,同时煤柱中部存在一定长度的裂隙闭合区,验证了5 m煤柱宽度及围岩控制技术的合理性。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

沿空煤巷护巷煤柱宽度与非对称支护技术

以昌恒煤矿9102工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,综合窄煤柱稳定性尖点突变理论计算结果、数值模拟结果和煤柱支承压力现场实测结果,综合确定9102窄煤柱合理宽度为9 m,得出锚索桁架非对称控制技术能够有效控制沿空掘巷顶板非对称变形破坏。现场宏观矿压观测结果表明,顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间变形量较小,巷道控制效果良好,回采安全得到有效保障。     

中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究

以恒源煤矿487工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,基于该矿工程实况采用理论计算、数值模拟等手段综合确定487工作面回风巷最优护巷煤柱宽度为5m;基于数值模拟分析了487工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤以及煤柱内围岩应力分布、围岩变形与塑形区演化特征,针对性提出了高强锚杆索组合非对称支护技术,并分析了巷道支护应力场的...     

倾斜厚煤层沿空梯形巷道煤柱合理宽度研究

为了探究倾斜煤层沿空巷道合理煤柱宽度留设,采用理论分析、数值模拟和工业性试验相结合的方式开展研究。结果表明:通过建立沿空巷道基本顶力学模型,推导出倾斜煤层内应力场影响范围为12.2~12.8 m;数值模拟不同煤柱宽度下巷道围岩偏应力分布特征,最终确定合理窄煤柱宽度为10 m;继而提出顶板预应力锚杆+高强度单体锚索+桁架锚索支护耦合作用下的非对称围岩控制技术,现场矿压观测结果表明巷道围岩稳定性良好。     

基于地应力反演的构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化研究

基于地应力测量和三维建模技术,对黄岩汇15111工作面褶曲构造应力场进行了反演,研究了构造应力区采空区边缘不同位置处煤层顶板垂直应力的分布特征,不同位置处护巷煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力、以及巷道围岩变形量随煤柱宽度增加而变化的规律,并据此探索了一种确定构造应力区沿空巷道合理窄煤柱宽度方法,确定该构造应力区窄煤柱宽度为6.5 m。研究发现:构造应力区采空区边缘应力集中系数减少量在背斜左翼、向斜右翼中部最为明显;处于背斜左翼、向斜右翼中心对称位置煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力曲线呈“分别相似”特征,且该特征随着煤柱宽度增加而变得明显;构造应力区窄煤柱上垂直应力峰值偏向巷道侧,且垂直应力场随着煤柱宽度增加出现明显的内、外应力场;构造应力对沿空巷道顶板水平应力的分布也有影响,煤柱宽度为4.0~8.0 m时,巷道顶板水平应力自褶曲背向斜交界处向背、向斜轴部呈递减趋势,煤柱宽度为9.0~16.0 m时,呈递增趋势;褶曲对巷道围岩变形量的影响在煤柱宽度较窄时较为明显,在煤柱宽度4.0~10.0 m时,褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量呈“分别相似”特征,煤柱宽度大于10.0 m后褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量变化特征趋于一致。     

综放复合顶板错层位外错式沿空掘巷异型窄煤柱宽度优化研究

针对复合顶板沿空掘巷窄煤柱留设宽度以及围岩稳定性难题,以试验矿井具体地质条件为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等方法,对综放沿空掘巷窄煤柱稳定性问题展开研究。分析了不同窄煤柱留设尺寸条件下传统综放工作面沿空掘巷“T”型煤柱围岩应力和塑性区分布特征,研究表明,传统综放工作面留设“T”型窄煤柱沿空掘巷两帮围岩塑性区呈非对称分布,顶板复合岩层破坏深度广,且窄煤柱帮处于不均衡承载状态,宽高比小,自身稳定性差,承载能力差。基于上述问题提出错层位外错式沿空掘巷技术,针对不同尺寸下异型煤柱进行数值模拟研究,结果表明,与常规“T”型窄煤柱相比,其具有优越的“堵漏风、阻变形、能承载”的护巷效果,为巷道围岩控制技术提供有利条件。     

深井窄煤柱沿空掘巷非对称支护技术应用研究

陕西高家堡煤矿-1000 m水平沿空巷道在原支护方案下顶板及两帮变形严重,部分锚杆被拉断,且两帮变形呈不对称性,煤柱侧巷帮变形明显大于实体煤侧,导致巷道不能满足生产需求。分析了原支护方案存在的主要问题,提出“高预应力让压锚杆+让压鸟窝锚索+W钢带”的非对称支护方案。采用FLAC^3D软件对采取非对称支护方案后的深井沿空巷道进行了数值模拟,结果显示:巷道顶板下沉量稳定在80 mm,巷道两帮移近量稳定在179 mm,且两帮围岩移近量大致相似,不再呈现出明显的非对称变形现象。现场应用及监测结果表明,对于深井高地压影响下的窄煤柱沿空巷道采用非对称支护技术后,巷道变形得到有效控制,达到了较好的巷道围岩控制效果。     

孤岛煤柱内合理掘巷位置及支护技术研究

针对孤岛内掘巷位置及支护技术选择不当,极易导致巷道变形严重难以维护的问题,以新疆某矿为工程背景,运用数值计算的方法分析了孤岛煤柱应力分布规律和孤岛煤柱内巷道的围岩变形特征。结果表明：孤岛煤柱在后开采工作面一侧的应力降低区宽度大于先开采的一侧;孤岛煤柱巷道在宽煤柱侧顶帮的围岩变形量显著高于窄煤柱侧,具有非均匀性。结合理论计算和数值分析结果,确定试验巷道的合理位置是在5301采空区侧留设4.0m窄煤柱沿底板掘进。同时,针对孤岛煤柱内巷道围岩的非均匀变形特征及煤柱整体较破碎的特点,提出采用高强螺纹钢锚杆加长锚固和关键部位锚索加强支护相结合的非对称支护技术,经现场应用验证了方法和技术的有效性。     

顶煤破坏区采动影响下巷道变形机理与控制技术

为解决顶煤破坏区下破碎围岩巷道变形大、破坏严重的难题，以韩咀矿32103工作面辅运巷为研究对象，采用现场实测及理论分析相结合的方法对巷道围岩应力分布及变形机理进行研究。结果表明：32103辅运巷道顶板存在的顶煤破坏区呈非连续分布，32103辅运巷道围岩应力环境调整及顶煤遗留煤柱与区段煤柱有效承载宽度减小是导致巷道矿压显现明显的主要原因。基于上述探测及理论分析结果，提出以“深浅孔注浆+锚网索”联合支护为主的巷道围岩控制技术及以“架棚+底板卸压”为主的加固技术。现场应用结果表明：采用新支护方案后，32103辅运巷道围岩最大顶底板移近量为70mm，最大两帮收敛量为48mm，支护锚杆未出现破断现象，且锚杆受力与围岩变形均在合理区间，巷道支护效果良好。     

沿空掘巷围岩稳定性控制方案

为了提高煤炭回采率,甘肃靖远矿区红会一矿1715运输巷道采用沿空掘巷与1713采空区留设窄小煤柱的方式护巷掘进,但是,巷道掘进过程中围岩稳定性控制问题凸显。针对1715运输巷道沿空掘巷留设窄小煤柱围岩稳定性难以控制的问题,根据自然平衡拱理论,计算了巷道两帮及顶板的破坏深度,并以此为基础,结合悬吊理论,设计出了巷道锚杆锚索支护参数,提出了切顶卸压和巷道锚杆锚索联合加固的围岩稳定性控制技术方案,为沿空掘巷窄小煤柱围岩稳定性控制提供了参考。