大断面煤巷变形破坏规律及控制技术

采用理论分析、FLAC3D数值计算和工程实践等方法,研究分析巷道宽度对巷道围岩变形、塑性区及应力分布的影响规律,提出了巷道临界宽度判定指标：巷道顶板拉破坏深度为1.5 m,顶板拉破坏深度大于1.5 m的巷道维护困难。并提出了超过临界宽度的巷道支护技术为：及时支护、高强高预紧力锚杆、锚索支护和高初撑力的临时支护。研究成果成功应用于王庄煤矿6207综放工作面运输巷。     

深部厚顶煤巷道围岩稳定性相似模型试验研究

针对深部厚顶煤巷道围岩控制难题,采用相似模型试验方法,分析了埋深、构造应力等因素对厚顶煤巷道围岩变形、围岩应力及支护结构的影响,揭示了厚顶煤巷道围岩稳定性规律:随着埋深增大,两帮及顶煤内应力峰值增大,围岩变形破坏程度增大;随着构造应力增大,围岩变形破坏程度增大,构造应力对顶煤稳定性影响显著,顶煤水平应力呈现出"两端低、中部高"分布形态,且应力峰值位置随构造应力增大向深部转移,下位顶煤、煤层与顶板交界面附近的顶煤破坏严重,最终发生"尖顶型"垮冒;顶板锚杆和穿过煤岩层交界面的锚索易被剪断。对于深部构造应力作用下的厚顶煤巷道,认为提高顶煤锚固体的抗剪能力尤为重要,提出采用"高强高预紧力锚杆及斜拉锚索梁"支护技术,以此增强厚顶煤锚固体的抗剪能力、提高两帮承载能力,顶煤和两帮稳定性的提高则有助于减小底臌量。研究成果成功应用于工程实践。     

编程式数值模拟模块化建模思想及工程应用

针对编程式数值模拟需反复输入命令和参数、辅助运算和操作量大、费时耗力等问题,以龙泉煤矿切顶卸压沿空掘巷为工程背景,探讨数值模拟模块化建模的思想内涵以及使用FLAC3D 5.0和3DEC 5.2软件解决该问题的方法。结果表明：把模拟过程分解为若干个子模块如建模模块、边界固定模块、本构关系赋参模块、开挖工作面模块、开挖巷道模块、切顶卸压模块、锚杆（索）布置模块、图片提取模块、监测点布置模块、监测数据提取模块、数据可视化模块等,各个子模块作为“黑箱”独立运行,可相互组合和嵌套;子模块内部关系明确,外部接口标准,可移植和二次开发,实现跨模型建模时的“搭积木”式调用;模块化数值模拟建模方法用最少的参数表示最多的变量,可极大提高修改模型和参数研究的效率,实现修改一个参数,生成一个模型,改变一系列参数,得到一系列图表,运行过程无人值守,任务结束自动关机;模块的“黑箱”化过程需要投入大量精力,从长远看,模块化建模思想和方法可为参数对比研究和跨模型开发提供“一站式服务”,节约广大研究人员的时间和精力。     

回坡底矿高产高效开采实践

针对回坡底煤矿11-103工作面地质条件复杂、支架老化且采高低、煤柱尺寸大等问题,采取新支架一次采全高、工作面加长开采、窄煤柱沿空掘巷等一系列技术措施,为该矿高产高效开采提供了保障,取得了显著的技术经济效益,其成功经验具有重要的借鉴意义.     

岩巷综掘快速成巷柔性排矸系统研究

综合机械化掘进条件下,破岩能力与排矸能力不匹配是制约岩巷掘进速度的重要因素。文章分析了我国岩巷综掘排矸工艺现状,基于排矸系统的连续性和可靠性,将排矸系统分为刚性排矸系统和柔性排矸系统两种,认为增设临时储矸仓的柔性排矸系统有利于进一步提高岩巷综掘速度;分析了影响柔性排矸系统可靠性的主要因素,并提出相应对策。针对平煤十一矿己24011工作面底抽巷,开展了综掘柔性排矸系统应用,月进尺最高达312m,研究成果具有重要推广意义。     

特大断面硐室底鼓控制技术研究

为解决王庄煤矿大断面支架换装硐室底鼓量大的问题,采用理论计算和数值模拟方法对特大断面硐室底板变形破坏特征进行了分析,提出了反底拱和底板锚索群加固2种底鼓控制技术,并用FLAC3D数值模拟软件建立了2种底鼓控制方案的数值计算模型,并对其支护效果进行了对比.结果表明:硐室底板破坏深度达到2.2m,塑性区半径达12m,底鼓控制难度大,特大断面硐室底板锚索群控制底鼓效果明显优于反底拱.现场应用表明实施底板锚索群注浆加固措施后,巷道最大底鼓量为80 nmm,能较好地控制底鼓.     

深部不同断面巷道分区破裂形态与围岩结构控制

采用理论分析、现场实测、模拟分析的方法,研究了各向等压条件下等效开挖矩形、直墙半圆拱和圆形断面分区破裂形态及围岩稳定结构。结论：3个断面分区破裂形态不同,矩形断面分区破裂呈“■”状分布,直墙半圆拱断面分区破裂呈多层的“■”状分布,圆形断面分区破裂呈“花瓣”状分布;三个断面位移特征相似,位移等值线浅部呈正立的“鸡蛋壳”形,深部呈“碗”形;支承压力在主破裂面处降低,在最外层主破裂面头部集中,在破裂面之间完整岩层处升高,呈分区集中,“波谷—波峰—波谷”震荡增高的特征向外传播;理想正方形破裂面弦长有a_n+1=2(1/2)a_n(n=1,2,3,4)关系;浅部围岩分区破裂形成后,相当于深部围岩的伪开挖,3个断面均存在多层“■”形围岩承载结构。巷道稳定原理就是促进多层承载结构相互依存,共同承载。具体措施：加密、加粗、加长锚杆(索)支护结构,建立浅部与深部多层承载结构相互联系,在浅部形成稳定锚固体促进深部围岩稳定,主破裂面精准注浆修复围岩破裂面和限制主破裂面滑移。     

断层附近煤巷锚杆支护破碎围岩稳定机理研究

针对与断层平行的回采巷道围岩破碎且受构造应力作用,呈现非对称变形破坏,巷道维护较困难的特点,采用FLAC数值计算方法,建立了包含断层的计算模型,对其稳定机理进行了研究,分析了围岩的应力状态的变化及分布形态,得出了断层附近破碎围岩煤巷锚杆支护围岩稳定机理:1)锚杆支护能减小围岩应力降低速度,可改善两帮及顶底板的应力状态,提高破碎围岩残余强度,促进围岩稳定.2)锚杆支护可提高顶板抗剪能力,从而减小断层附近巷道发生冒落失稳的可能性.3)断层附近巷道围岩应力状态、变形破坏程度具有非对称性,对近断层煤帮加强支护有利于围岩稳定.     

山地浅埋煤层工作面支架合理工作阻力研究

针对山地浅埋煤层开采过程中工作面出现的矿压显现强烈,支架被压死或支架尾梁与顶梁分离等现象,通过建立山地浅埋煤层基本顶初次垮落时岩块触矸前控制基本顶滑落失稳的结构力学模型对山地浅埋煤层开采工作面支架合理工作阻力进行了研究。研究表明:山地浅埋煤层开采过程中基本顶出现滑落失稳的可能性相对较大,且基本顶的初次破断具有不对称性,通过计算得出发耳井田1、3煤层山地浅埋煤层工作面液压支架工作阻力应大于5 773 kN。     

深部煤巷锚杆受力数值模拟分析

基于深部煤巷生产地质条件,采用数值模拟方法研究了锚杆受力与其位置、安装角度的关系,揭示了深部煤巷锚杆受力分布规律。肩角锚杆轴力较大;构造应力越大,肩角锚杆轴力越大,肩角锚杆最易发生破断失效;安装角度对肩角锚杆轴力影响较大,安装角度越大,其最大轴力越大。基于肩部锚杆受力分布特征,提出了肩角围岩控制技术：掘巷初期,肩角锚杆安装角度应尽可能小,避免杆体穿过煤层与顶板交界面;煤层沿顶板发生滑移后,补打倾角较大的肩角锚杆,将煤层与顶板锚固在一起,加强控制肩角围岩。