基于松动圈理论的破碎软岩巷道支护研究与应用

首旺煤矿综采工作面回采巷道顶板破碎,围岩软弱,变形量较大。基于围岩松动圈理论,对首旺煤矿回采巷道的破碎机理和围岩变形机制进行分析,并根据围岩松动圈支护理论,确定锚杆支护的具体参数,设计采用锚杆+注浆联合支护来控制巷道的破坏变形。基于数值模拟结果,对支护后工作面回采巷道的屈服破坏特征、巷道围岩垂直应力、巷道围岩位移特征进行了分析。现场工业试验表明,采用锚杆+注浆联合支护技术后,巷道顶底板移近量和两帮移近量明显降低,巷道完整稳定,可以很好的控制破碎软岩巷道变形,提高巷道的整体稳定性。     

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。     

受邻近工作面采动影响的巷道加固研究与实践

通过对下峪口煤矿1110回风巷道原U型棚支护的失稳机理、采动影响、围岩物理化学性质和底板破坏特征的分析,得出围岩失稳破坏的主要原因,并根据结构补偿原理提出了高应力破碎煤层巷道棚-索协同支护技术。通过对围岩变形信息的检测,表明该支护技术有效的控制了巷道围岩变形。     

大埋深梯形巷道围岩应力分布规律及支护优化

梯形巷道围岩的应力分布呈现非对称分布的特征,容易发生应力集中,引发巷道失稳破坏。以陈蛮庄煤矿3410工作面为背景,针对巷道变形量较大且破坏严重的情况,运用巷道围岩松动圈理论,分析了梯形巷道顶板应力分布特征,推导并计算了围岩塑性区最大半径,进而对现有回采巷道支护方式进行力学分析,验算当前支护下的支护强度。运用FLAC3D数值模拟研究揭示了当前支护条件下的围岩应力分布及变形规律,面对巷道底板底鼓、顶板蠕变、高帮局部滑移现象,基于原有支护提出补强支护的方案：在高帮中部偏上位置布置一根锚索,原有支护的锚索向下移动1 600 mm;在低帮增加锚索补强支护,且原有的锚杆、锚索更换为高强锚杆锚索,提高巷道围岩的承载能力。通过数值模拟验证了优化后的支护布置对围岩的控制效果显著,能够满足生产需要,有效控制了巷道围岩的变形与破坏。     

渝阳煤矿深部巷道支护优化设计研究

针对渝阳煤矿深部巷道N3702运输巷围岩变形严重、原支护方式效果差的问题,为保证巷道长久稳定与安全,通过巷道矿压监测与松动圈测试量化了围岩变形特征,研究了围岩变形与支护作用机理。研究结果表明:巷道围岩变形破坏具有明显的时间效应,顶底变形大于两帮变形。基于悬吊理论与最大水平应力理论进行支护优化设计,确定了合理有效的支护优化方案及参数,并进行了现场工程试验。根据现场监测结果分析,支护优化方案有效控制了巷道围岩变形,支护效果较好。     

高应力软岩巷道变形特征及其支护参数设计

为了探讨高应力软岩巷道合理的控制方法,根据吕家坨煤矿深部高应力软岩巷道围岩主要物性参数的实验室测试以及现场围岩变形的观测,利用FLAC3D软件进行了数值模拟,分析了高应力软岩巷道的变形失稳特征.研究表明:高应力软岩巷道控制技术的关键在于支护结构和围岩体强度的耦合作用和控制底鼓.提出了以加强初次支护强度和采用底角锚杆为技术核心的支护方案.现场实践表明,该方案对高应力软岩巷道围岩变形的控制效果较好.     

坚硬顶板大断面巷道的破坏机理及合理支护研究

针对关岭山煤矿开拓巷道的地质条件、围岩性质及破坏机理,通过理论分析,确定开拓巷道的支护参数,再运用UDEC数值模拟软件,对不同支护参数条件下巷道围岩的破坏变形情况及应力分布情况进行分析,从而优化巷道支护参数,得出开拓巷道的最优支护方案和支护参数。     

极软岩巷道的数值模拟技术研究

极软岩巷道具有持续塑性变形破坏工程特征,单一支护方式难以控制。通过对围岩变形机理、破坏过程分析研究,在FLAC计算软件的基础上开发了模拟围岩变形破坏的RFPA计算软件,并建立了数值计算力学模型。对软岩巷道围岩变形破坏、应力转移过程模式进行实例模拟和声发射分析,为巷道支护方案确定及参数选择提供了依据。     

锚杆支护煤巷稳定性模拟分析

通过相似模拟试验、位移反分析与边界数值计算, 对锚杆支护全煤巷道进行稳定性分析。首先模拟了巷道开挖以后围岩变形, 利用位移反分析法确定初始应力与围岩变形模量及泊松比等参数, 根据边界单元法数值分析结果确定围岩松动圈范围, 然后对全锚支护煤巷围岩稳定性进行分析。     

极软岩巷道的数值模拟技术研究

极软岩巷道具有持续塑性变形破坏工程特征,单一支护方式难以控制.通过对围岩变形机理、破坏过程分析研究,在FLAC计算软件的基础上开发了模拟围岩变形破坏的RFPA计算软件,并建立了数值计算力学模型.对软岩巷道围岩变形破坏、应力转移过程模式进行实例模拟和声发射分析,为巷道支护方案确定、参数选择提供了依据.     

动压软岩巷道围岩变形特征及综合治理实践

随着煤炭资源的不断开发,软岩巷道的支护问题也严重影响了煤矿企业的安全生产。针对某矿一采区轨道上山软岩、动压的复合型工程特点,从测试段巷道围岩岩性及物理力学性能、巷道围岩位移发展的时间效应特征、采动影响后巷道围岩松动圈特征入手,分析了测试段巷道围岩失稳破坏的原因。研究认为:改善巷道围岩的力学性能,提高围岩的自承载能力,同时提高支护体系强度,使得围岩和支护相互协调,起到共同承载的效果,是治理动压软岩巷道围岩稳定的有效途径之一。提出了锚网喷+锚索+底板锚杆+全断面注浆联合支护技术,通过对支护参数的优化,进行了现场的工业性试验,试验结果表明,测试段巷道受采动影响后,巷道围岩变形较小且趋于稳定的时间短,围岩破碎范围较小,巷道返修率低。     

不同顶板岩性的巷道支护参数设计研究

为了对不同顶板岩性的巷道支护参数进行设计研究,研究了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级顶板的巷道支护参数,分析了工程类比法、松动圈测试法、理论计算法、数值模拟法等支护参数设计方法的特点,结合某煤矿矿区的具体条件,选择数值模拟法对不同顶板岩性的巷道支护参数下进行设计研究,模拟分析了不同级顶板巷道围岩的塑性范围分布和围岩周边应力分布。最后设计研究了各级顶板的巷道支护断面。研究为类似工程条件的巷道设计提供了借鉴。     

沿空留巷巷道围岩变形破坏特征及影响因素研究

为了研究沿空留巷巷道围岩变形破坏特征及影响因素,采用理论研究、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了沿空动压巷道围岩结构分类、沿空动压巷道围岩变形破坏特征以及围岩变形破坏影响因素。研究得出:巷道围岩层位的物理力学性质与护巷煤柱侧开挖空间的差异,把沿空动压巷道分为8个类型;围岩破坏主要集中在岩性较弱的巷道顶板以及护巷煤柱侧;影响巷道稳定性的主要因素有巷道开挖顺序与布置、构造应力、巷道支护、两次动压。研究对沿空动压巷道在采动影响下的围岩控制技术和破坏失稳机理提供了技术支持。     

沿空掘巷非对称性差异化支护技术研究

针对2103工作面沿空掘巷巷道围岩变形量大,矿压显现明显,煤柱侧与实煤体侧巷道围岩呈非对称变形问题,采用数值模拟分析确定工作面留设煤柱的合理宽度为5 m,同时利用钻孔成像技术对巷道围岩裂隙变化情况进行分析,得出实煤体侧和煤柱侧巷道围岩松动圈范围分别为1.8～2.2 m、1.5～2.4 m,据此提出非对称性差异化支护方案。支护方案优化后,通过对巷道围岩顶底板及帮部位移量变化情况和岩层裂隙发育情况进行监测,监测结果巷道在采用优化后支护方式后,80%锚杆受力在20～60 kN;巷道两帮位移变化量在75～95 mm,巷道顶底板移近量在43～95 mm,巷道围岩裂隙发育大部分集中在距围岩表面深度1.1 m以内。应用结果表明:该支护方案能够有效控制沿空掘巷巷道围岩变形,为类似条件下巷道支护提供了较大的参考价值。     

基于FLAC~(3D)分区赋值的煤巷变形破坏特征及控制研究

针对大断面特厚煤层巷道支护困难及数值模拟中围岩参数的合理选取问题,采用室内试验、现场测试和理论计算相结合的研究方法,分析巷道不同部位围岩的真实强度,并基于"分区赋值"思想研究大断面特厚煤层巷道的变形破坏特征,选取与之相符的松动圈支护理论进行控制设计,结果表明:理论计算、现场实测及数值模拟得出的松动圈厚度分别为1.51m、1.57m和1.6m,三者基本吻合;无支护时围岩变形均匀地向巷道空间发展,顶板易发生整体性垮落,围岩位移主要由松动圈范围内围岩碎胀变形引起;数值模拟表明支护方案形成组合拱的厚度与预期结果相符;工程应用效果良好,经济效益显著,说明松动圈支护理论能很好的解决大断面特厚煤层巷道的支护问题。     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点，首先分析了深部软岩巷道变形特征，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出，深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态，相互翻转和滑移，岩体的模量和强度低；随着巷道埋深的逐渐增加，巷道围岩应力集中系数逐渐减小，巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大，塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

近距离煤层下层动压巷道支护技术研究

针对近距离煤层群下层动压巷道的地质特点,以山西某矿回采巷为例,在原支护分析和效果评价基础上,采用FLAC^3D有限差分程序,对巷道围岩应力分布规律、塑性破坏范围及支护改进措施进行研究。通过井下地质力学测试、围岩变形破坏特征分析,提出高预应力全断面锚索支护技术,并开发了高强度、大面积护表构件。井下实践表明,高预应力全断面锚索支护技术,能够解决近距离煤层群下层动压巷道支护难题,保证巷道安全。     

三软煤层沿底托顶煤巷道数值模拟研究

三软煤层巷道支护困难严重影响了矿井的安全高效生产。运用数值模拟方法对三软厚煤层沿底托顶煤支护技术进行了分析研究。根据平禹一矿三软煤层巷道的地质条件,分析了三软煤层巷道变形的破坏特征和影响因素,并根据该矿二₁-13110工作面地质条件,运用FLAC^3D数值模拟软件分析了不同支护结构下巷道的位移量、主应力和围岩塑性区的变化规律。数值模拟结果表明:巷道在主被动协同支护的条件下,支护结构能充分发挥协同作用,支护效果改善明显。