渗水厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验

以新疆伊犁一矿为工程背景,设计了物理模型试验,建立了渗水条件下厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验方法.实现了渐进加载作用下渗流状态时井筒围岩塌方破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对渗流状态下井筒围岩破坏过程及破坏过程中围岩应力和围岩位移变化规律进行了分析.研究结果表明,渗流条件下,非耦合支护厚砾石层巷道顶板离层现象明显,围岩顶板下沉量大于两帮围岩位移量,支架上承受的荷载明显增加;同时由于围岩的自承力明显减少,强度明显较低,支架受力就会变得很大,支架容易失稳;不同级渗流条件下,渐进加载时顶板土压力变化最为明显也最大,两帮的土压力次之.     

伊犁一矿砾石层斜井围岩稳定性现场试验研究

为了研究伊犁一矿砾石层斜井井筒的围岩稳定性,分别对伊犁一矿回风井和材料井的无水和富水段围岩进行了现场试验。试验结果表明:①无水砾石层大断面斜井井筒围岩表现较为稳定,架棚临时支护、钢筋混凝土井壁作为永久支护是有效的支护方法。在采用挖掘机掘进时,可以全断面挖掘,及时临时支护。根据围岩的稳定状况确定临时支护的长度,一般可以控制在20～30m。②含水砾石层斜井井筒围岩地压表现强烈、容易失稳。在该地层中宜采用超前支护、临时支护和永久支护相结合的支护方法。支护的重点是工作面渗水或涌水治理。研究结果为伊犁矿区建设方案的选取提供了参考。     

斜井通过富水厚砂层综合施工技术

为了解决薛庙滩煤矿2#副斜井穿越富水厚砂层的难题,以降水+加强支护+台阶法施工为总原则,提出采用井筒内、外均匀降水普通法施工为核心技术,采用围岩多种支护方式,确保斜井通过富水厚砂层。实践表明:井筒内、外水位降低至底板0.5 m以下,可满足斜井通过富水厚砂层段的要求;围岩多种支护方式及台阶法施工,可以保证围岩的稳定。该项综合施工技术对陕北榆林乃至整个榆神矿区井筒穿越富水厚砂层施工具有借鉴意义。     

厚砂层段斜井围岩支护技术研究

根据厚砂层段围岩稳定性评价结果,给出了斜井穿越厚砂层段围岩支护设计方案。重点研究了斜拉荷载作用下井筒的受力特性,采用控制变量法确定了在不同混凝土厚度下不同位置的井筒斜拉拉应力值。     

斜井过砾石层大含水层的施工

寺河矿副斜井表土段明槽施工中遇到２４０ｍ＾３／ｈ的大涌水，在施工中采用以降水小井排水为主，辅以工作面排残留水的施工方法，顺利通过了砾石层大含水层。     

富水厚砂层斜井施工阶梯降水方法研究

为了有效解决富水厚砂层斜井施工过程中地下水问题,基于潜水完整井降水理论,参考深基坑"大井法"降水方法,提出了潜水完整井大井法斜井阶梯降水基本理论,得到了降水单元流量与布置间距的关系。用此理论指导薛庙滩矿井二号缓坡副斜井降水施工,结果表明:降水后地下水位沿斜井方向逐渐降低,均在斜井底板安全距离以下;使斜井井筒能够用传统方法掘进,降低工程造价与施工难度。     

斜井快速通过含水砾石层施工技术

根据太原煤气化龙泉能源发展有限公司龙泉煤矿在主斜井明槽施工完毕,转入暗槽施工时遇到的风化基岩段砂砾石层岩体破碎、含大量鹅卵石、施工困难等现状,通过井点降水法疏干工作面涌水,并采取管棚超前支护、架设U25金属棚临时支护及钢筋混凝土永久支护等方法,顺利通过了22m厚砾石层,取得了较好的技术经济效益,可为类似工程的施工提供参考。     

富水煤层巷道顶板失稳机理与围岩控制技术

为了研究煤层巷道粉砂质泥岩直接顶受基本顶裂隙水侵蚀后,巷道掘进过程中易于发生冒顶事故的原因,通过现场调研、取样、实验室试验和理论分析相结合的综合研究手段揭示出富水煤层巷道顶板失稳的机理在于：巷道开挖后产生的顶板裂隙形成了直接顶与基本顶含水层之间连通的通道,使得微结构裂隙发育和含有较高的亲水性矿物粉砂质泥岩吸水,其吸水后产生了较高的膨胀应力,并在三向受力状态下发生崩解、破坏,锚杆承载基础弱化和较高的膨胀应力引起了煤层巷道顶板失稳。同时针对富水煤层巷道顶板失稳机理,提出了通过减少顶板水运动对围岩的破坏、优化巷道断面和高预应力来实现该类巷道顶板的稳定。工程实践表明,采用半圆拱巷道、合理布置疏水孔以及高预应力锚带网索组合支护体系可确保对该类巷道顶板的有效控制。     

深井巷道围岩破坏机理研究与支护技术

随着矿井开采深度的增加,围岩呈现软岩性质,巷道开挖后变形速度加快,变形量加大,造成多次返修,不仅增加了巷道的维修费用,而且严重制约了矿井生产接续。协庄矿通过对深井巷道变形与破坏机理分析,提出了切实有效的对策,取得了较好的防治效果。     

富水顶板巷道围岩变形破坏机理及控制技术

本文以新元煤矿的地质资料为背景,运用理论分析、数值模拟、现场监测等手段,对顶板富水条件下巷道的变形机理及关键控制技术进行了研究,得出结论如下：在含水层的作用下顶板岩层中的黏土性矿物将发生严重的膨胀变形,锚杆、锚索支护体施工期间将会加大含水层与工作面之间的水力联系;顶板专用疏放水钻孔的布孔深度,应保证其深入到含水层主裂隙1.5～2 m,以达到良好的疏放效果;为提高支护体的稳定性顶部锚索应采用快速凝固药卷和中速凝固药卷相配合的全长锚固形式;在开挖支护完成后的前20 d内顶底板及两帮的移近速率分别为5.1 mm/d和1.26 mm/d,最终顶底板及两帮的移近量分别为177 mm和38 mm。     

厚层直接顶煤巷围岩控制技术研究

以金谷煤矿10900回风顺槽为研究对象,采用理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,研究了厚层顶板巷道失稳机理、应力及塑性区分布规律,确定采用锚网索+钢筋梁支护,支护效果良好。     

特厚复合顶板离层破坏机理研究

为了解决特厚复合顶板厚度大、易离层破坏,其巷道维护不当极易造成大面积冒顶伤亡事故的难题,以桂箐煤矿为工程背景,基于理论分析与数值模拟,探讨了特厚复合顶板岩梁产生离层与断裂破坏的原因与特征,揭示了其岩梁的破坏规律。结果表明:复合顶板离层破坏先发生在岩梁的两边然后向中间扩展;岩梁两边断裂破坏的初始位置发生在岩梁两边的上端处和岩梁中间的下端处。特厚复合顶板巷道失稳因果关系为:节理裂隙或断层构造等发育-顶板岩体强度低-下部岩梁变形、断裂、离层破坏-上部岩梁离层、断裂破坏-围岩失稳。     

综放工作面煤层及围岩破坏特征的采厚效应

综合采用数值模拟、相似材料模拟和现场实测的方法,着重研究采厚变化对综放工作面煤层及围岩破坏特征影响规律。研究表明:工作面煤层及顶煤的破坏范围与采厚成非线性正比,即煤层和顶煤的破坏范围随着采厚的增大而增加;工作面前端煤层破坏最为发育,同一采厚顶煤中的破坏范围明显大于工作面内煤层的破坏范围;采空区煤柱侧巷道破坏区明显大于工作面实体煤侧巷道,且留设的窄小煤柱临近工作面全部进入破坏状态,因此综放工作面回采巷道稳定性应从控制变形角度重点加强采空区煤柱侧的巷道支护。     

深井节理化围岩巷道破坏机理及控制技术

针对平顶山矿区深井巷道稳定性控制问题,以典型节理化围岩巷道为研究对象,采用离散元数值模拟方法研究了巷道围岩的变形破坏过程,分析了其破坏机理,提出了巷道围岩控制技术。研究表明：巷道首先在拱顶、底板中央区及两侧边墙受张拉破坏,拱肩及两侧底角受剪破坏,破坏区范围逐渐向深部扩展直至失稳。现场实测数据表明：在方案实施2个月后,锚杆、锚索受力在较高值趋于恒定,充分发挥了支护作用;水平收敛、拱顶下沉和底臌趋于稳定,大规模松软巷道围岩稳定性得到有效控制。     

富水厚软弱砾石层冻结壁与井壁温度场实测研究

塔什店矿区一号矿井风井363.7m深以内采用普通法施工,以下采用冻结法施工,冻结深度505m,冻结段地层内有2段富水软弱砾石层,厚度分别为95.24和47.98m。为确保井筒掘砌施工中,这2段砾石层冻结壁和井壁的安全性,在2段砾石层内,各布置1个温度监测水平,对冻结壁及井壁温度场进行实测研究。结果表明:1受浇筑的混凝土水化放热影响,冻结壁、外壁、内壁温度变化均经历了线性快速增长、线性快速下降和趋于稳定3个阶段。2内外壁混凝土浇筑后,混凝土一直为正温,养护环境良好;但混凝土井壁降温梯度大,易导致温度应力过大而产生裂缝。3浇筑内壁混凝土对冻结壁温度场的影响时间约为2个月,合理的井壁注浆时机应为浇筑内壁混凝土后2个月内。4由于受外壁混凝土水化放热影响大,砾石层冻结壁的安全性和设计需考虑外壁混凝土水化放热对冻结壁的影响。     

超大断面硐室围岩变形破坏机理及控制

针对断面面积近100 m2的大采高支架换装硐室,采用现场观测、数值模拟等方法分析其变形破坏机理:硐室断面增大致使围岩破碎区、塑性区增大,超大断面硐室塑性区半径达到普通断面硐室的2.2倍;断面增大引起掘进扰动应力增高,而锚杆加固厚度小、初期支护阻力小致使软弱围岩严重变形破坏。针对支架换装硐室0~2.5 m的破碎区、2.5~8.0 m的塑性区,提出了分区耦合支护围岩稳定控制原理:硐室围岩由浅至深破坏程度逐渐减小,达到稳定所需支护强度逐渐减小,采用高强高预紧力"锚杆、注浆锚索、锚索"支护及"分区注浆加固"技术,可形成针对破碎区、塑性区和弹性区的3个相互联系的承载圈,从而满足各个分区支护强度需要,实现支护结构和围岩共同承载,保证围岩稳定。     

富水条件下软岩巷道破坏机理与控制对策

通过现场实测、理论分析和岩石物理力学性质试验分析了富水软岩巷道的破坏机理,探讨了富水软岩巷道的稳定控制对策。研究结果表明:岩性差、地下水的影响以及支护结构不合理是造成巷道发生变形破坏的主要因素,采用锚网索+底角加长锚杆+工字钢支架的联合支护方案对该矿11801胶带顺槽进行了工业性试验。试验表明此种支护形式能有效控制富水条件下软岩巷道的变形破坏。     

特厚顶煤单双夹矸层巷道开挖围岩变形破坏特征研究

针对特厚顶煤巷道开挖掘进时,单双夹矸层巷道围岩变形破坏特征不明晰的问题,以山西某矿13103工作面进回风巷道为工程背景,运用数值模拟的方法对巷道开挖过程中围岩变形破坏特征进行研究。研究结果表明,应力集中于巷道顶角上部并呈椭圆状分布,顶板最大下沉量出现在巷道中部且随掘进长度呈指数增长;单夹矸层巷道相比双夹矸层巷道应力集中幅度更高,应变更大,顶板破碎更严重。通过对单夹矸层巷道部分锚杆锚索倾斜打设并加长锚索后巷道变形控制效果显著提升,围岩强度得到明显增强,能够保证巷道稳定。     

斜井过砾石层大含水层的施工

寺河矿副斜井表土段明槽施工中遇到２４０ｍ３／ｈ的大涌水，在施工中采用以降水小井排水为主，辅以工作面排残留水的施工方法，顺利通过了砾石层大含水层。     

深部巷道围岩破坏机理分析与防治技术

随着矿井开采深度的增加 ,巷道开挖后变形加快 ,变形量加大 ,造成多次返修 ,不仅增加了巷道的维修费用 ,而且严重制约了矿井接续。通过对协庄煤矿深部巷道变形与破坏机理的分析 ,提出了切实有效的防治技术 ,取得了较好的效果。