大采高沿空留巷巷旁复合承载结构的稳定性分析

针对大采高沿空留巷的顶板运动特征,提出了巷旁复合承载结构的概念,通过力学分析,揭示了巷旁结构的稳定机理。研究表明：顶板压力由顶板、墙体和底板共同承担,从而形成“顶—墙—底”复合承载结构;区分不同阶段墙体强度与顶板运动的作用关系,认为初期强度应大于顶板载荷,后期应能适应顶板变形,使墙体强度与顶板运动保持动态协调;大采高时顶板向墙体施加更大的水平力,要确保墙体水平滑移因子小于接触面摩擦系数以实现抗滑自稳;墙体内侧应力不能高于顶底板强度,以免顶底板被切断,外侧应力不能高于墙体强度,以免墙体被压裂,降低墙宽和巷宽可减小墙体载荷,据此得出了墙体和巷道宽度的确定方法。结合4.2 m大采高沿空留巷案例给出了工程验证,采用膏体混凝土充填时,满足巷旁结构稳定条件的巷道宽度为3 m,墙体宽度为4 m,实测结果表明了结论的合理性。     

锚固预紧力与预紧力矩相互关系的研究

为了用预紧力矩表达预紧力,基于支护时锚固区围岩处于弹塑性状态的假设,建立力学模型,以托锚力和轴力为纽带,分析研究预紧力与预紧力矩之间的相互关系,得出预紧力与预紧力矩的对应数值关系及变化趋势,采用自制的"锚杆锚固传递及衰减规律试验台"开展实验研究得到了类似的结果,验证了预紧力与预紧力矩关系的数学表达式的准确性.综合研究表明:预紧力矩不大于300N.m时,预紧力与预紧力矩之间可以建立较为简便的数学表达式;在这一范围内,采用预紧力矩预测及量化预紧力,是一种较准确且易行的施工判断方式.     

煤巷连续梁控顶理论与高效支护技术

结合应力强度因子、工程环境要素、顶板赋存结构等综合指标,提出以空顶自稳距离为基础参数的煤巷围岩分类方法,为分类实施高效掘进提供依据。针对煤巷顶板变形失稳和支护时效特征,揭示应力双向连续传递的稳定机理,建立低损伤连续梁控顶理论;研发不受巷道高度限制的柔性锚固技术,突破复杂条件高密度锚杆锚索组合支护技术的瓶颈,形成跨界长锚固大间排距单一支护技术。在鄂尔多斯矿区深部大断面煤巷创造了单排小循环施工、1. 5 m排距单一化柔性锚杆支护、月进1 040 m的掘进速度,形成了西部千万吨级深部矿井安全高效开采相匹配的高效快掘支护技术。     

多断面巷道表面收敛快速观测方法研究

通过分析巷道掘进期间围岩表面收敛的规律,得出了多断面巷道表面收敛的快速矿压观测方法.其本质在于在巷道围岩状况相似、支护方式一致、施工速度和质量相同的地点可按不同距离布置多个断面,进行顶底板和两帮宽度的观测,通过空间来换取时间,在较短时间内得出巷道收敛的规律.掘进工作面推进速度较快或巷道矿压显现程度较低的巷道,观测时断面的数量可设置少些,距离可大些,否则应设置更多断面并减少距离.该方法在某矿煤层回风大巷得到了具体应用,通过对间距20～30 m不等的5个断面一周时间的观测后,成功得出了整条巷道26 d内表面收敛及收敛速度的变化规律,为常规观测时间的1/4左右.     

覆岩分次垮落时留巷顶板离层形成机制

从采场侧向覆岩活动的阶段特征入手,结合数值模拟分析了顶板离层的形成过程,建立了顶板岩梁受力模型,推导得出了顶板下沉与离层数值的影响因素和算式.在采动期间,巷道顶板同期破断的岩层组间不会发生离层,分次垮落岩层组间的离层值取决于各岩层组力学性质与层厚的差异,并受顶板岩梁旋转基点深度和采空区侧向悬臂长度的影响.提供合理的顶板支护阻力可以约束锚固区内的离层,以高初撑力锚杆索和单体支柱为基础的刚性主动支护,能够扩散和均化支护应力,满足控顶载荷需求并有效控制离层.     

深井厚层复合顶板大断面煤巷围岩控制技术

为了解决深井厚层复合顶板大断面煤层巷道支护难题,分析了丁集矿埋深约750m的煤巷自身维护特点,提出深井煤巷"高强度、高预紧力、高系统刚度"的"三高"锚杆强化控制技术,主要包括高性能锚杆强化帮角、高强锚索强化顶板及关键部位强化等技术手段,结合数值模拟研究,给出了具体的支护参数,在现场工程实践中取得非常良好的支护效果,研究结果表明,该技术在类似条件下的煤巷中具有很大的推广价值。     

近距离采空区下巷道循环掘进的应力扰动特征

为探究近距离采空区下的巷道在重复性开挖过程中对邻近顶板的扰动影响，基于葫芦素煤矿2-1煤开采后22103运输巷的采掘环境，模拟巷道多次开挖推进过程，得到了卸载扰动应力与邻近锚固区顶板之间的扰动关系。结果表明，邻近顶板受到循环开挖的扰动应力呈现波形递减趋势，由应力波传播特点将扰动区域分为近场扰动区、中场扰动区及远场扰动区。顶板所受的扰动应力与距离两者之间的联系可视为“指数函数”关系式。同一位置顶板所受到的当次开挖卸载的扰动应力比前一次开挖卸载的扰动应力小，且每次的应力变化量近乎相同。现场钻孔窥视效果表明，厚锚固圈层的建立可大大提高顶板岩层整体性。