考虑围岩蠕变的锚固时空效应分析及控制技术

针对巷道锚杆锚索联合支护失效形式,基于围岩变形特征建立了能够反映围岩加速蠕变的本构模型以及锚杆工作特性的锚固体本构模型,通过求解出的锚固体蠕变方程分析锚固基础位置对围岩变形的控制作用,结果表明:锚杆支护对围岩的蠕变控制机理可概括为:分担围岩承受的载荷和等效增大围岩刚度,增强围岩抵抗变形能力两部分。充分发挥锚杆支护性能、延长锚杆支护时效、维持巷道处于稳定工作状态所需的空间需要同时满足两个条件:锚杆受载不超过杆体破断载荷,锚固基础位于塑性区之外;端锚形式的锚固基础位于弹性岩体中能够最大程度发挥支护系统的承载能力,端锚锚固形式的着力基础位于稳定的弹性围岩中,围岩变形后锚固基础能迅速发生锚固作用,优于全长锚固形式;可接长锚杆具有延伸率大、可灵活设置锚杆长度的优点,能解决蒲河矿西三采区集中运输大巷锚杆易发生滑脱失效、锚索易发生破断失效的问题。     

煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面,揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念;采用数值模拟对比研究了锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律,阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索,研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果,形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将研究成果应用于中煤新集口孜东矿,提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数,并进行了矿压监测。监测数据表明,采用提出的高压锚注-喷浆控制方案后,煤帮结构、完整性与强度得到显著改善,锚杆、锚索锚固力大幅提升,充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%,锚杆、锚索破断率大幅减少,有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形,为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。     

极软煤层动压巷道围岩大变形特征及全锚索支护技术研究

极软煤层回采巷道巷帮变形破坏严重,传统锚网索支护无法有效控制巷道稳定,常常出现前掘后修的问题.以郭二庄矿22311工作面回风巷煤帮强烈变形问题为背景,分析极软煤体物理力学特征及破碎机理,研究巷道煤帮强烈大变形规律,提出巷道短锚索支护+长锚索补强的全锚索加固技术.结果表明:煤体表观上结构致密,实则其内部孔隙由大量的黏土矿物填充,致使煤体极易发生崩解破坏,煤体原始强度及开采扰动后残余强度均较低;煤样在外载荷作用下内部会形成竖向贯通性X型裂隙,巷帮煤体在该裂隙扩展中形成由外向内的渐进性滑移破坏线,导致巷帮部分锚杆失效、锚索破断;巷道全锚索支护较原锚杆支护围岩支护强度提高了1.67倍,煤体承载能力得到了加强,锚固结构控制围岩范围增大了近1倍,抑制了围岩滑移破坏.现场试验表明:巷道围岩变形满足正常使用要求,锚索受力在合理载荷范围内.全锚索支护技术是极软弱煤岩体巷道支护的重要方法之一.     

济三煤矿巷道锚杆支护构件力学性能研究

济三煤矿回采巷道锚杆支护出现帮锚杆托盘被压平、压反、甚至是托盘崩出,造成帮锚杆失效发生破坏的现象,为此,从现场提取部分锚杆、锚索以及托盘等锚固系统构件进行力学性能研究,研究内容包括:锚杆杆体力学性能实验、托盘压缩性能实验和锚索索具性能实验。通过对实验结果的分析,锚杆杆体材料的质量比较稳定,符合安全规程的规定。但托盘的刚度较小,锚索杆体延伸率不适应围岩大变形的要求。因此,改善帮锚杆托盘的材料,增加托盘球壳的冲压高度,可以较好的防止托盘失效;通过增加锚索整体变形量,来提高锚索适应围岩大变形的要求。     

古书院矿软弱煤岩失控巷道综合加固技术研究

为解决古书院矿软弱煤岩巷道在动压影响下顶板断裂、底鼓等大变形失控问题,在地质调查的基础上对围岩变形破坏机理进行了分析,提出了注浆加固联合锚杆锚索的联合支护方案,同时进行了锚索受力、巷道围岩变形监测。工程试验结果表明,在对该破碎软弱巷道进行注浆加固-锚杆索联合支护后,提高了巷道围岩的整体性,锚索受力趋于稳定,巷道围岩变形量较小,巷道大变形得到控制,保证了巷道的安全性。     

让压锚杆锚索在厚煤层回采巷道中的应用

以长平煤矿43142巷为对象,分析了出现特厚煤层巷道回采过程中锚杆、锚索破断上述现象的原因,介绍了让压锚杆锚索的作用机理。现场调查及试验结果表明:特厚煤层综采超前支持压力大,锚固体范围内煤体碎胀破坏严重,围岩储存的大量变形能受到低延伸率锚杆、锚索等构件的阻止而不能释放,锚杆、锚索延伸率较低使其轴力持续增加而破断;让压环的塑性变形改善了杆体轴力的变化,使浅部应力得以释放,最大应力向深部转移,同时,提供给围岩一个持续的、恒定的支护阻力,有效地减少了锚杆锚索的破断,以最小的成本解决了特厚煤层巷道回采过程中锚杆、锚索破断的问题。     

某矿5~#煤层软岩巷道锚杆锚索联合支护方案

某矿5#煤层围岩层岩性较软,可塑性较强,遇水有膨胀现象,该煤层已掘进的巷道均见有底鼓现象,极易造成巷道变形。结合该矿巷道变形破坏的实际情况以及巷道矿压监测数据,分析了巷道变形破坏特征,认为棚式金属支架支护作为一种被动支护形式,难以发挥围岩的支撑作用,且支护成本较大,软岩巷道的支护原则应为避开回采工作造成的应力集中带或构造应力集中带,充分利用围岩的自稳性,提高巷道帮部的支护强度。在此基础上,结合FLAC数值模拟分析方法,设计了以锚网索支护为核心的支护方案,巷道优先采用全长锚固锚杆,支护范围宜相应增大,选取长度大的锚杆、锚索对巷道围岩进行联合支护。研究表明:该煤层软岩巷道锚杆、锚索联合支护的最优参数为巷道顶板采用高强度小孔径全锚索支护形式,锚索直径为17.8 mm,锚索预紧力不宜小于135 k N;巷道帮部采用自旋式全长锚固支护形式,以改善锚杆的整体受力状况,锚杆长度应相应增加,锚杆直径为22 mm,长度为3 500 mm,锚杆(索)间排距为800 mm;巷道顶帮均采用高强钢带或槽钢和金属网护表,确保巷道浅层围岩稳定。     

冲击载荷作用下锚固围岩损伤破坏机制

为研究冲击地压巷道锚固围岩损伤破坏特征,以实际发生冲击失稳的巷道为例,分析了冲击载荷作用下锚固围岩动载响应特征,现场测试了冲击载荷作用后围岩损伤、锚固界面损伤及锚固性能,对比分析了冲击载荷前后锚杆力学性能。研究结果表明:冲击载荷作用下,巷道锚固围岩和锚杆与锚索受反复压拉压作用,导致锚固系统锚固性能降低与失效;冲击载荷作用后,巷道围岩节理、裂隙发育,完整性差且强度大幅降低,锚固性能劣化或失效;锚杆支护材料性能降低,杆体延伸率降低13. 8%,抗拉强度降低6. 6%,冲击吸收功降低24. 3%,锚杆产生塑性变形,晶粒扭曲、畸变,微观金相组织紊乱。采用锚固注浆、高预应力全长锚固以及高强度、高伸长率、高冲击韧性锚杆与锚索联合支护,可以有效提高冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性。     

中空注浆锚索在高地应力松软煤巷中的应用研究

高强度中空注浆锚索与高性能锚杆相结合的组合控制技术,能有效控制高地应力松软煤巷等该类巷道出现的巷道失稳问题.某矿3313综放工作面回风平巷在深部掘进时出现围岩变形量大、支护失效等问题,高地应力、围岩性质差和原始锚杆支护参数的不合理是导致巷道失稳的主要因素.针对该巷道特点,采用高预应力锚杆(索)支护条件下围岩适当让压、中空注浆锚索注浆以改善顶板大范围内围岩力学性质等技术,有效控制了围岩塑性区发育、提高了顶板围岩强度并改善了锚杆受力状态.现场工业性试验表明:与前期掘进巷道相比,围岩松动区缩小为1 m左右,顶板、底板及两帮的变形量分别下降了63.6%,53.3%和51.7%,高地应力松软煤巷的围岩变形得到了有效控制.     

含软弱夹层综放工作面煤帮大变形机理及其控制北大核心

含软弱夹层煤帮常出现大变形问题,影响巷道的正常使用。以东滩煤矿3308工作面轨道巷为研究背景,综合采用现场实测,数值模拟,理论分析等手段,分析含软弱夹层巷道帮部的大变形特征,基于莫尔-库仑强度准则研究其失稳机理,得到煤柱发生剪切破坏的判据表达式,探讨围岩力学参数对大变形的影响规律。结果表明:两帮水平位移的峰值在软弱夹层处,软弱夹层是煤帮发生大变形的关键因素;含软弱夹层煤帮发生大变形对锚杆所产生的轴向拉力不足以使锚杆(索)杆体发生破坏,锚杆(索)承载能力的丧失可能由于锚固区黏聚力低或尾部脱锚;通过提高围岩内摩擦角和黏聚力可使剪切带范围减小甚至避免发生剪切破坏。基于研究成果,提出了锚索注浆改性、摩擦让压锚杆适应大变形及锚杆尾部增锚、限位抗剪锚杆补强的支护原则并进行了工程验证。     

松软煤层大巷围岩变形机理及控制对策

针对潞安漳村矿井深埋煤巷持续大变形难题,在开展地应力、煤岩体强度及围岩结构测试的基础上,分析了软弱围岩破坏变形的机理;基于强力一次支护原则提出了高预应力强力锚喷支护方案,重点对煤帮进行短锚索补强支护。矿压监测结果表明,掘巷阶段巷道顶板最大下沉量16 mm,两帮最大收敛量153 mm,底板变形不明显,锚杆锚索受力在掘进工作面推过50 m时开始稳定,锚杆受力最大值稳定在154 kN,锚索受力最大值稳定在235 kN。研究成果可为类似采矿条件下煤巷支护提供经验指导。     

注浆锚索在沿空留巷工作面超前支护中的应用研究

为解决煤矿超前支护工序繁琐、劳动强度大、影响工作面快速推进以及超前液压支架破坏顶板锚杆（索）严重等问题，以古汉山矿1604工作面运输巷为工程背景，理论分析了工作面超前巷道围岩变形特征和注浆锚索支护原理，提出在工作面超前巷道采用锚注支护技术，取消原工作面超前液压支架，减小了单体支柱支柱密度，并在现场进行了工业性试验。试验结果表明，工作面超前巷道顶板实施注浆锚索后，顶板围岩裂隙内浆液充填范围广；超前巷道受工作面支承压力和采动影响后，巷道变形不明显；进入沿空留巷后，留巷实体煤帮最大移近量为276 mm，采空区帮最大移近量为216 mm，顶板最大移近量为225 mm，底板最大鼓起量为164 mm，顶板控制效果较好。     

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。     

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。     

中厚煤层综采面切顶沿空留巷围岩控制技术研究

为解决煤矿采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题,以鹿台山矿为研究背景,综合理论分析、现场试验等手段,对沿空留巷上覆岩层运动规律开展研究,提出沿空留巷围岩控制的关键技术。研究结果表明:根据沿空留巷上覆岩层运动结构及其运动特征,提出沿空巷道围岩稳定性控制基本原理,并确定沿空留巷围岩控制应在采空区侧强制切顶卸压、巷道顶板加强、挡矸防护和滞后支护组成的沿空留巷围岩控制技术;留巷巷道顶底板下沉量98 mm,底板底鼓量最大约102 mm,实体煤帮最大变形量约134 mm,采空区帮最大变形量约108 mm,锚索最大受力322 kN,留巷变形在合理范围内,留巷效果良好,可为类似条件下的切顶沿空留巷工程提供借鉴。     

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。     

矿震扰动巷道帮部卸压区域锚索加固研究及应用

为研究动载扰动巷道帮部补打锚索对巷道围岩控制及冲击地压防治的效果,以某矿孤岛工作面矿震扰动巷道为研究对象,采用有限差分数值计算软件FLAC,研究了动静载力作用下常规锚杆支护和补打帮部锚索加强支护方式对巷道围岩的控制效果。研究结果表明:矿震扰动的参与使巷道围岩更易发生冲击破坏,围岩稳定状态随矿震能量增加而逐渐劣化;帮部锚索加固不仅能够降低静载条件下巷道围岩的变形,而且能提高巷道围岩的抗震动扰动能力,与卸压工程配合,能够起到一定的冲击地压防治效果。数值模拟结果和现场实践表明,常规支护基础上帮部锚索加固能够保证工作面在105 J矿震扰动下安全回采。     

断层构造影响带巷道全锚索支护技术

为了解决断层构造带内巷道的支护问题，针对车集煤矿2614工作面位于落差0~50 m断层影响内的地质状况，分析断层构造影响带内巷道支护的影响因素，研究得出巷道原有支护体系中锚杆失效的原因是围岩的破碎和锚杆长度的局限性使其无法提供足够的预应力；分析锚索支护的原理，和锚杆相比，锚索的长度、预应力及承载能力都比较大，更适用于断层构造影响带内的松软破碎围岩巷道的支护。同时，根据对原有锚杆支护失效的原因和锚索支护原理的分析，设计采用短锚索代替锚杆的全锚索支护，数值模拟结果分析和现场矿压观测数据都证明了全锚索支护的优越性。     

巷道动力失稳下围岩松动特征分析及支护参数选取

针对煤矿开挖导致的巷道动力失稳问题，为了提升煤矿巷道安全性，对巷道动力失稳下围岩松动特征分析及支护参数选取问题进行研究。给出乌东煤矿工程概况，在巷道设3个监测点，当动力失稳现象出现时，分析巷道围岩物理学性能，对煤矿巷道动力失稳下巷道表面位移进行监测，并进行实验分析，通过实验结果实现围岩支护参数选取。实验结果表明，动力失稳现象会导致围岩岩样的抗压强度变低；在距离工作面距离为90 m时，顶底移近与两帮收敛的变形速率最大；当监测点的监测日期逐渐上升，顶板的锚杆受力与锚索受力不断加大，其中锚索受力相对较高，而锚杆下帮受力要低于锚索上帮受力。按照实验结果设计支护参数，以防止围岩松动变形对巷道带来影响。     

三软煤层沿空巷道破坏机制及锚注控制

针对龙口矿区梁家煤矿典型三软地层沿空巷道-4606材料巷围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破坏的主要原因。以锚注支护为核心,实施了U型棚+注浆锚杆+注浆锚索和注浆锚杆+注浆锚索2种联合支护对比试验方案。结果表明：方案实施后,巷道围岩变形量均小于原支护方案37%以上,U型棚+注浆锚杆+注浆锚索联合支护方案中U型棚对围岩的控制作用不明显,注浆锚杆+注浆锚索联合支护完全可以取代传统的U型棚支护。