深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

深井直角梯形回采巷道变形破坏规律与控制技术

深井倾斜煤层巷道沿顶板掘进形成的断面为直角梯形,针对该类巷道回采过程中的围岩非对称变形和控制问题,以74104工作面直角梯形巷道为工程背景,采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法对深井采动影响下直角梯形巷道的变形破坏规律与控制技术进行研究。研究表明：非对称变形破坏主要表现在高低帮变形非对称、高低帮煤壁上下部变形破坏非对称和顶底板变形沿巷道中线非对称3方面,直角梯形巷道的典型破坏方式为高帮上部滑移;采动导致的非对称应力是巷道非对称变形的直接原因,A区(高帮侧采空+低帮侧采动)直角梯形巷道高低帮应力差异可达18.59 MPa,高低帮应力差异与巷道非对称变形呈正相关;直角梯形巷道顶板最大下沉位置向高帮侧偏移,底板最大底鼓位置向低帮侧偏移,高帮变形量显著大于低帮,变形控制重点为高帮侧煤柱;提出“联合支护+高帮补强+低帮卸压”的巷道围岩控制方法满足安全生产要求,现场应用效果较好。     

三软煤层巷道围岩变形机理及支护优化技术研究

为了解决15101工作面三软煤层巷道围岩变形破坏的问题,在确定巷道顶底板环境的基础上,对三软煤层巷道围岩侧向支承应力分布及变形机理进行了分析。研究表明:三软煤层巷道侧向应力呈现出应力峰值位置远离煤壁、应力最大值降低、侧向支承应力影响范围扩大等特点,巷道发生变形主要是由于力源集中区应力传递导致帮部剪切滑移破坏和底板挤压夹持破坏;建立了巷道围岩受力力学模型,理论分析了巷道围岩在横向变形和纵向变形的应力表达式,得出巷道变形受到巷道支护强度、底板支承能力、煤体应力传递衰减系数和底板剪切滑移等因素的影响。最后,提出了"控制顶板、加固两帮、强化底板和固定滑移"的巷道围岩控制原则,采取"长预应力锚索+帮部加密锚杆+底板注浆"的综合支护方式对巷道围岩进行了支护优化设计,确保了三软煤层巷道的安全稳定。     

深井软岩巷道帮底锚注支护技术应用

为了研究控制深井软岩巷道大变形的有效支护方法,以淮南朱集煤矿轨道大巷为研究对象,分析了巷道变形破坏特征及其主要原因,并基于深部巷道支护原理,提出了考虑和不考虑帮底支护的2套支护方案。利用FLAC3D数值模拟软件,对不同支护方式下巷道围岩的应力场、位移场和破损区进行对比分析。数值模拟结果表明,加强帮底支护,能降低应力增高区的应力值,减小围岩扰动区、应力增高区和破坏区的范围,有效控制顶板围岩下沉和底板围岩隆起,验证了巷道帮底锚注支护技术的有效性。现场监测数据表明,巷道帮底锚注支护技术实施后,取得了较好的支护效果。     

深井软弱围岩巷道变形破坏机理及支护技术研究

为解决赵楼煤矿七采区辅助运输巷变形严重的难题,通过现场监测分析原支护方案条件下软弱围岩变形破坏机制,围岩易膨胀、软化,承载能力低,巷道所处应力场复杂,支护材料支护潜力无法有效发挥,巷道断面尺寸大是巷道变形破坏的主要原因。提出增加顶板护表面积、注浆加固、施加高预紧力、关键部位加强支护等具体措施,并实施了高强锚注支护试验方案。结果表明:高强注浆锚杆、锚索受力均呈现出"顶板右帮左帮"的趋势;顶板、底板、右帮和左帮变形量比原支护方案分别降低了79.7%、81.9%、80.0%和77.8%,说明高强锚注支护方案能够有效控制围岩变形。     

掘进工作面巷道围岩压力及变形规律数值模拟研究

山西省常村矿二盘区巷道围岩为第Ⅳ类不稳定围岩,围岩压力大,矿压显现剧烈,评价巷道支护效果,在实验室取得的3号煤煤岩物理力学参数及巷道支护参数基础之上对巷道支付方式进行数值模拟分析,通过分析巷道开挖后的围岩应力、变形及破坏深度得出:巷道变形量左帮65 mm、右帮66 mm、顶板32 mm,围岩破坏深度顶板1.5 m、底板1.5 m、两帮1.5 m。在现有巷道围岩支护情况下,围岩得到了有效地控制。     

采动影响下松软围岩巷道变形特征与控制技术研究

在地质力学现场测试的基础上,针对巷道顶板坚硬、煤帮与底板极其松软的特点,分析了巷道围岩变形破坏特征,指出围岩松软强度低、采动高应力环境、初期支护强度刚度不足是造成巷道破坏的原因;并提出采用预应力锚固与注浆联合加固技术解决采动影响下松软巷道围岩控制难题,井下工业试验结果表明,注浆加固后大幅度提高了围岩整体稳定性,两帮最大移近量为35mm,顶底板最大移近量为19mm,围岩变形得到有效控制,基本杜绝了巷道维修。     

动力扰动下不同硬度煤层巷道围岩响应特征研究

为了探讨动力扰动对不同硬度煤层巷道围岩稳定性的影响规律,对动力扰动下不同硬度煤层巷道围岩力学响应进行了数值分析。结果表明：动力扰动对软硬煤煤层巷道围岩稳定性显著影响时间为0.4 s;在巷道顶板水平应力波动幅值、顶板及帮部围岩变形程度方面,软煤大于硬煤,而在帮部垂直应力波动幅值、底板水平应力波动幅值、底板变形程度及帮部和底板的塑性区面积方面,硬煤大于软煤;软硬煤煤层巷道顶板变形程度均大于底板和帮部,软煤帮部变形程度明显大于底板;在巷道变形位移显著上升时间段内,软硬煤煤层巷道帮部和底板位移变化速率不一致,而顶板位移变化速率一致。     

掘进工作面巷道围岩压力及变形规律分析研究

伯方煤矿二盘区巷道围岩为第Ⅳ类不稳定围岩,围岩压力大,矿压显现剧烈,评价巷道支护效果,在实验室取得的3号煤煤岩物理力学参数及巷道支护参数基础之上对巷道支付方式进行数值模拟分析,通过分析巷道开挖后的围岩应力、变形及破坏深度得出:巷道变形量左帮65mm、右帮66mm、顶板32mm,围岩破坏深度顶板1.5m、底板1.5m、两帮1.5m。对3211回风巷掘进工作面的围岩变形及锚杆受力监测结果说明联合支护对动压有一定的承受能力,在现有伯方煤矿巷道围岩支护情况下,围岩得到了有效地控制。     

构造破碎区沿空掘巷偏应力分布特征与控制技术

以黄岩汇煤矿15111轨道巷为工程背景,采用数值模拟、实验室试验及现场实测等方法,研究了构造破碎区沿空掘巷围岩偏应力分布特征及控制技术。结果表明:随着煤柱宽度的增加,巷道围岩偏应力峰值及峰值位置均有较大变化,偏应力峰值变化幅度由大到小为煤柱帮(20 MPa)、顶板(4.6 MPa)、底板(2.6 MPa)、实体煤帮(2.5 MPa);峰值位置变化幅度由大到小为底板(4.25 m)、顶板及煤柱帮(3 m)、实体煤帮(0.25 m);沿空掘巷巷道开挖引起的偏应力在15 MPa以上,在其作用下围岩发生大范围剪切破坏,构造破碎区围岩易崩解破碎,更加剧了巷道失稳,支护不合理时容易出现顶板冒落、煤帮垮塌和强烈的底鼓现象。据此,提出了包括高密度长锚索控制顶板稳定、大直径短锚索替代帮部锚杆、设置帮角加强锚杆及破碎煤体的锚注加固在内的综合控制技术。现场应用表明该技术能有效控制巷道变形,实现构造破碎区沿空巷道的稳定性控制。     

侧压系数对半圆直墙拱形巷道稳定性的影响

为探究侧压系数对巷道稳定性的影响,利用有限差分数值计算软件研究了应力场中侧压系数对围岩应力场分布、巷道变形和塑性区分布的影响。结果表明,在λ1时,围岩应力集中于巷道两帮,巷道变形不大,塑性区随着λ的增大而减小;在λ1时,围岩应力由两帮向顶底板转移,并且随着λ的增大向围岩深部扩展,顶板变形量远小于底板和侧帮变形,塑性区在顶底板扩大而两帮变化较小;将淮北矿区海孜矿地应力实测结果和巷道变形破坏情况与数值模拟得出的规律进行对比,两者基本一致。     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

基于塑性区扩展的煤层巷道变形破坏影响因素分析

为了分析煤层巷道赋存条件对巷道围岩变形破坏的影响,选取煤层厚度、顶底板厚度、顶底板岩性、煤层瓦斯压力作为分析因素,利用FLAC^3D数值模拟软件进行正交试验,得到不同赋存条件下煤层巷道围岩塑性区情况,分析了各因素对塑性区扩展的影响程度。研究表明：影响煤层巷道围岩变形破坏程度的因素从高到低依次为煤层厚度、煤层瓦斯压力、底板厚度、底板岩性、顶板厚度、顶板岩性,其中煤层厚度和煤层瓦斯压力对围岩变形破坏有显著影响并呈正相关;当顶板厚度30 m、煤层厚度15 m、底板厚度15 m、顶板岩性为泥岩、底板岩性为粉砂岩、煤层瓦斯压力为0.7 MPa时,煤层巷道围岩塑性区最大半径最大,巷道最易发生变形破坏。     

软煤岩超高难支护硐室综合支护技术

针对古书院煤矿15#煤西三盘区主水仓巷道高度大、围岩地质条件软弱难支护的情况,采用现场调查、实验室试验和数值模拟的方法分析了水仓的变形破坏特征与机理,认为水仓变形破坏是剪切破坏,破坏位置主要集中在中部及偏上、偏下的位置。巷道变形主要发生在两帮中部及中部偏上、偏下部位和底板,其中两帮变形最大。据此提出封闭围岩,对巷道顶、帮、底进行联合整体支护,及时进行高预应力支护的技术方案,并应用于井下。现场应用表明,巷道顶板下沉量最大为15 mm,两帮移近量最大为30 mm,底鼓量最大为21mm,有效控制了水仓的变形。     

两帮加固对控制深部巷道顶底板变形机理研究

通过数值计算,模拟了支护与注浆加固两帮后巷道的顶底板围岩稳定性。模拟结果表明,对巷帮加固处理后围岩顶底板变形量减小,承载能力增强,巷道围岩水平应力增大,顶底板破碎区与塑性区范围缩小。从而得出巷道两帮的加固有利于巷道顶底板围岩的稳定性。     

大倾角煤层斜梯形巷道变形破坏特征及支护技术研究

为了研究大倾角煤层斜梯形巷道变形破坏特征,以新疆焦煤集团2130煤矿为工程背景,采用数值模拟和现场监测相结合的研究方法,对大倾角斜梯形巷道变形破坏特征进行了研究。结果表明:大倾角斜梯形巷道顶板应力、位移分布具有明显的非对称性特征;受采动的影响,斜梯形巷道变形呈"顶板下挫,底板隆起"的破坏形式;斜梯形巷道围岩塑性区主要以拉伸破坏为主,剪切破坏为辅。通过分析及工程实践,提出了"高强度锚杆、锚索"联合支护方式,对易变形破坏的顶板、高帮及肩角关键部位要重点突破,加强控制。该研究有效控制了斜梯形巷道的变形破坏,可为类似地质条件下巷道围岩控制提供借鉴。     

千米深井煤巷底鼓特性及控制研究

针对邢东矿千米深井煤巷底板大变形的控制难题,在总结深井煤巷变形机制及支护机理的基础上,分析-980m水平第一联络巷底板变形失稳的主要原因,并结合现场地质生产条件,提出顶帮"锚网梁索"和底板"U型钢反底拱+底板锚杆+混凝土回填"的联合控制技术,并现场应用。现场实践表明,采用该方案45d后巷道变形趋于平稳,顶板最大下沉量47mm,两帮移近量98mm,底鼓量32mm,解决了-980m水平第一联络巷强烈底鼓的围岩控制难题,并为类似巷道围岩控制提供了技术支撑。     

近千米深井大断面软岩巷道帮底共治技术研究

安徽恒源煤电股份有限公司某矿井-950 m水平井底车场巷道虽然围岩岩性较好,但在近千米深井高地压的作用下,巷道呈现明显的软岩变形特征,帮顶日均移近量超过0.5 mm,两帮移近量0.4 mm/d以上。巷道帮顶的松动圈深度接近3 m,在底板水的作用下,底板松动圈深度甚至接近5 m。鉴于此,制定巷道帮底共治技术方案对围岩进行加固,通过充分加固,取得了明显效果。     

综采面对接中部大断面切眼围岩控制技术

对某矿1341工作面大断面切眼对接期间的巷道变形进行了分析,并从对巷道顶底板及里帮进行加强支护的角度出发,提出了对中部切眼顶板采取注浆加固、里帮增加锚杆、底板锚杆支护等加强支护方案。通过数值模拟分析中部切眼在工作面采动影响下巷道的围岩变形特征,结果表明：顶底板移近量为126 mm,两帮移近量为80 mm,与原支护围岩的变形量相比,对中部切眼进行加强支护设计以后可以有效控制中部切眼围岩变形。     

倾斜煤层巷道稳定性与锚杆支护数值模拟研究

针对深井倾斜煤层巷道的特殊性,采用有限差分程序FLAC,分析巷道围岩应力、位移、塑性区分布,研究深埋倾斜煤层巷道围岩稳定性和锚杆支护控制围岩变形效果。结果表明,深井倾斜煤层巷道上帮且靠近煤层底板部位压力与变形破坏较大,是防止冲击地压和进行支护的重点区域,锚杆支护中适当加长上帮锚杆是合理的。本研究成果,对深井倾斜煤层巷道防止冲击地压、确定锚杆支护参数,有重要指导意义。