煤矿动压巷道围岩稳定性协同卸压控制技术研究

煤矿动压巷道围岩的稳定性对矿井安全生产至关重要。霍州煤电木瓜矿针对强动压巷道围岩变形量大,返修次数多,常规支护手段控制巷道围岩变形收效甚微现状,以该矿10-206工作面为工程背景,分析了动压巷道围岩变形破坏特征及规律。基于钻孔卸压原理,从改变巷道围岩应力环境入手,提出由常规“钻孔卸压”向“变孔径钻孔卸压”的强动压巷道围岩支护理念。建立变孔径钻孔卸压数值计算模型,分析了变孔径钻孔对巷道围岩稳定性的影响规律,结合现场实际工况,提出变孔径钻孔卸压技术方案,进行了工业性试验。试验结果显示：变孔径钻孔卸压技术在转移高应力的同时可以有效控制巷道围岩变形,试验巷道顶底板及两帮围岩变形量分别缩减31.5%和46.7%,帮助巷道安全,也为矿井地质条件相类似工作面巷道围岩控制提供参考。     

综放工作面回风巷底鼓机理与治理技术

为了有效解决常村矿回采巷道底鼓问题,通过分析巷道围岩变形机理及破坏特征,提出了钻孔卸压和钻孔卸压+混凝土反拱+底板锚杆联合支护2种优化方案。现采用FLAC3D软件进行数值模拟,并分析比较了模拟塑性区、位移场的变化情况,对2种优化方案的支护效果进行验证。现场实测数据表明:在采用钻孔卸压+混凝土反拱+底板锚杆联合支护方案后,最大底鼓量为146 mm,仅为原有最大底鼓量的23%,因此达到了控制围岩变形和治理巷道底鼓的效果。     

三软煤层回采巷道支护中钻孔卸压技术

为有效解决软岩巷道支护难题,提出并研究了钻孔卸压与U型钢联合支护方式。采用FLAC3D数值模拟软件分析了卸压钻孔对巷道围岩变形及应力转移作用机理,模拟结果表明,实施卸压钻孔后,巷道围岩的变形量减小,巷道周边围岩应力峰值向深部转移,巷道处于应力降低区。现场试验结果表明：采用钻孔卸压与U型钢联合支护方案,巷道两帮最大移近量193 mm,降低55%,巷道顶底板最大移近量267 mm,降低55%,巷道支护状况得到明显改善。     

晋华宫矿沿空巷道卸压释能耦合让均压支护技术

针对晋华宫煤矿近距离煤层巷道高应力叠加强开采扰动诱发的大变形难支护问题,采用钻屑法及钻孔窥视法对巷道围岩进行现场测试,获得了围岩应力分布及松动圈发育特征;在此基础上提出了卸压释能+耦合让均压支护技术方案,并开展现场工业性试验。结果表明：煤柱帮应力峰值高于实体煤帮;煤柱帮低应力区(卸压区)主要集中在4 m以内,表现出大松动圈特征,高应力区主要集中在6～10 m。钻孔卸压释能方案有效缓解了围岩集中压力,将应力峰值转移至围岩深部,耦合让均压支护结构有效控制了浅部松动圈破碎围岩变形。     

前和煤业东胶带运输大巷钻孔卸压围岩控制技术

为有效解决前和煤业3#煤层东胶带大巷在原有锚网索支护下围岩变形量大的问题,结合巷道变形特征,确定采用钻孔卸压技术,采用理论分析和数值模拟的方式确定卸压钻孔在修巷作业前,垂直于巷帮打设,钻孔深度为8 m,结合巷道的具体条件确定巷道采用卸压钻孔+让压支护的围岩控制方案,并采用矿压监测验证支护效果。结果表明:支护方案实施后,顶底板和两帮的最大移近量分别为141 mm和132 mm,有效解决了巷道两帮及底板鼓起量大的问题,保证了巷道围岩的稳定性。     

三交河矿2-511工作面回风巷支护设计及钻孔卸压技术研究

为保障三交河煤矿2-511工作面回采过程中高应力煤层巷道围岩的稳定,通过对回风巷地质情况的分析,决定采用锚杆索+钻孔卸压支护技术,结合钻孔卸压支护原理对回风巷支护参数、钻孔卸压方案进行了设计,并对支护后的巷道进行矿压监测,结果表明:支护方案实施后,顶底板的最大移近量为170 mm,两帮最大移近量为120 mm,保证了巷道围岩的稳定。     

综放面沿空掘巷锚网索联合支护参数优化

针对金庄煤矿5202综放面回风巷沿空掘巷变形严重的问题,根据理论计算确定了支护参数,并采用FLAC~(3D)数值模型分析巷道在"不布置卸压巷道+原设计支护"和"布置卸压巷+现设计支护"下两种方案围岩应力变化及巷道围岩变形。分析表明,将锚杆长度由2.6 m增长到2.8 m,实体帮玻璃锚杆换成螺纹钢锚杆,锚索长度由8.3 m变为7.5 m,增设卸压巷道后沿空巷道的变形量得到有效控制。     

深部高应力巷道充填式释压刚柔耦合支护技术适用性研究

针对深部高应力巷道在卸压孔支护技术中对围岩扰动严重并且卸压变形量不易控制问题,以北京长沟裕矿为背景,综合运用理论分析与数值模拟的方法,在分析巷道矿压显现特点以及巷道大变形机理的基础上,提出了高应力巷道充填式释压刚柔耦合支护方法。对原始支护方案与充填式释压刚柔耦合支护方案进行对比分析。结果表明:充填式释压耦合支护方案较原始支护方案在围岩塑性区以及变形量方面都有较为明显改善,巷道围岩卸压变形量基本可控。     

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。     

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。     

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.     

深部巷道钻孔卸压围岩弱化变形特征与蠕变控制

采用数值模拟、理论分析及工业性试验等方法,分析了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变规律,指出巷道卸压后蠕变随卸压程度的增加而加大,揭示了卸压巷道围岩弱化变形特征:卸压钻孔闭合后,失去了转移围岩应力及补偿变形的能力,巷道尤其是卸压部位围岩破碎程度的增加缩短了稳速蠕变时间,围岩加速蠕变将诱发巷道整体变形加剧,不利于巷道稳定。指出合理的二次支护是控制卸压巷道蠕变的有效手段,分析了二次支护时机、锚注强度及范围对卸压巷道的蠕变控制效果,提出了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变控制对策,确定了二次支护时机、支护强度等关键参数,设计了巷道加固方案。现场试验结果表明,巷道蠕变控制效果显著。     

8222工作面软岩巷道钻孔卸压优化支护技术研究

为解决8222工作面顶板高抽巷在现有支护方式下巷道围岩变形量大的问题,通过对顶板高抽巷的地质情况进行具体分析,决定采用钻孔卸压支护技术,结合钻孔卸压支护原理对顶板高抽巷的支护方案进行具体设计,对支护后的巷道进行矿压监测。结果表明:支护方案实施后,顶底板的最大移近量为115mm,两帮最大移近量为270mm,保证了巷道围岩的稳定。     

组合锚注支护技术在赵固一矿深部大断面巷道中的应用

针对深部大断面巷道受高应力作用及支护方式等因素影响,极易出现巷道围岩变形快、变化量大、维护管理困难等问题,分析巷道围岩破坏变形原因,把锚网索支护技术与巷道注浆加固技术进行有效结合,提出注浆组合锚网索联合支护技术方案,利用中空锚杆锚索用作注浆管,对岩层注浆后,浆液会在岩层扩散区域内进行均匀扩散,使锚杆锚索与围岩共同组成一个支护圈,形成共同承压作用,提高围岩的整体性和完整性,增强其自身强度和自承能力,确保巷道的长久支护稳定。通过现场应用实践结果表明,巷道围岩顶底板移近量和两帮变形量比原普通支护方式减小了50%～70%,巷道破坏变形情况得到有效控制。     

高预应力柔性锚固支护卸压参数分析

为了确保煤矿巷道的稳定性,分析了高预应力的柔性锚固支护卸压参数,介绍了让压锚杆（索）结构及高预应力的柔性锚固支护的基本原理,基于此,采用数值模拟软件,分析了不同钻孔排距、钻孔长度、钻孔直径及布置形式对煤矿巷道底板卸压的影响。研究得出,钻孔采用“五花”布置、钻孔长度应为2.4 m、钻孔直径应在200~250 mm、钻孔排距应在0.5~1.0 m,该条件下巷道的底板卸压效果最好,并进行了工业性试验分析,表明高预应力的柔性锚固支护技术能够有效控制围岩变形,且支护效果明显。     

深部破碎巷道应力演化与围岩控制技术数值模拟

为解决某金属矿深部破碎围岩巷道支护的难题,采用FLAC~(3D)对不同支护方案下巷道围岩失稳破坏情况进行了数值模拟。分析了巷道在无支护、锚杆支护、锚喷支护和锚喷+锚索支护等不同条件下围岩的变形规律。结果表明:在不同支护条件下,巷道围岩垂直应力在距离巷道帮部约2m～5m处出现了"耳廓型"的压应力集中;巷道围岩水平应力呈现非对称"蝴蝶型"分布;锚杆、锚喷、锚喷+锚索支护对控制巷道变形有较好的效果,较无支护条件,顶底板最大位移量分别减小约50%、60%、80%;在巷道掘进过程中,巷道围岩变形量的规律为:两帮顶板底板。然而,对两帮和顶板采取支护后,巷道底鼓现象仍然严重,对此建议矿山对巷道底板采用混凝土硬化处理。     

耦合支护技术在小西煤矿巷道支护中的应用探究

以小西煤矿胶带巷出现的大变形破坏为研究对象,分析了变形破坏特征,得到了导致胶带巷出现大变形破坏的主要原因有高地应力、围岩岩性及原支护方式不耦合等,结合深部巷道支护特点及胶带巷所处实际地质条件,设计了"恒组大变形锚杆+普通锚网索+底板反底拱"支护方案。应用结果表明,巷道顶板变形量最大为70 mm,底板最大鼓起量为80mm,两帮最大移近量为130 mm,巷道围岩的变形情况能够满足胶带巷使用要求,该方案能够有效控制巷道围岩变形。     

高应力回采巷道底鼓机理及治理技术

赵固矿区回采巷道在高地应力和采动叠加支承压力的共同作用下,超前支承压力影响范围达到160 m,造成泥质底板和碎裂煤帮变形严重,围岩变形量大,底鼓量达到400 mm以上,导致大量巷道返修。大采高沿底掘进巷道为挠曲褶皱性底鼓;上分层沿顶板掘进巷道为挤压流动性底鼓。提出了赵固矿区回采巷道底鼓的治理策略,即“强帮、控制顶角和底脚、强化底板、适度卸压,底板采用自钻式注浆锚杆”,并给出了支护方案。自钻式注浆锚杆具有可接长、自锚固、自钻进、主动支护、可注浆和柔性支护的特点,是控制巷道底鼓的有力支护手段。矿压观测表明,采用自钻式注浆锚杆加固巷道底板,能够有效控制巷道底鼓。提出的底鼓控制方法可以为类似条件巷道围岩控制提供参考。     

过断层巷道围岩破坏机制及支护优化

针对某深井煤矿采区泵房及变电所过断层巷道出现的顶板剧烈下沉、两帮内挤严重、底板鼓量大的现象,通过现场调研、数值模拟及现场监测,分析了原有支护方案下过断层巷道围岩变形破坏机制,提出采用高强锚杆+注浆锚索联合支护方案。结果表明:深部高地应力、断层局部应力集中及剪切滑移破坏、支护强度不足等是过断层巷道围岩变形破坏的主因;注浆锚索能够有效控制围岩破碎区范围,联合高强锚杆调动深部围岩形成稳定支撑结构。现场位移监测结果表明,优化支护方案后巷道过断层位置处不连续变形得到了较好的控制,整体变形量大幅度降低,改善了围岩应力水平。     

深井高应力巷道围岩锚注加固支护技术

主动支护方式是控制深部巷道围岩的主要支护方式,但是对于深井高应力巷道,普通锚杆支护控制巷道围岩的效果不佳。为提出围岩加固效果良好的复合支护技术,以新巨龙煤矿2305N下平巷为工程背景,研究了深井高应力巷道围岩锚注加固支护技术;通过理论分析、数值模拟和现场观测的方式研究锚杆的最佳参数和浆液的最佳配比。结果表明:锚杆的最佳长度为2 500 mm,锚杆最佳间排距为1 000 mm×1 000 mm;浆液最佳水灰比为0.5,注浆加固层最佳厚度为1 800 mm。通过现场观测得出巷道最大顶底板变形量和最大两帮变形量均在允许的范围内,该锚注加固支护方案合理。