回采巷道底鼓机理及防治技术研究

以曹家滩煤矿122110工作面回采巷道为工程背景,采用理论分析、现场实测的方法对巷道底鼓机理及稳定控制进行研究。研究表明:“切槽卸压+补偿锚索”的加强支护方案使得平均两帮移近量增加了3.61 mm,最大两帮移近量增加了5 mm,最大底鼓量减小了743 mm,平均底鼓量减小了578.94 mm,实现了巷道整体稳定。优化的支护方案在曹家滩煤矿的应用取得了良好的效果,从而为高应力区松软底板巷道支护提供了借鉴。

深部开采中巷道底鼓问题的研究

巷道围岩控制是深部资源开采中的关键问题,而要攻克深井软岩巷道支护的难关,就必须首先研究底鼓的机理及其防治措施。在大量现场研究、实验室模拟实验和数值计算的基础上,探讨了巷道底鼓的基本特征,分析了4种类型底鼓的机理及影响因素,综述了我国近年来防治底鼓的有关研究成果,最后介绍了2个防治巷道底鼓的实例。

基于BP神经网络的底板破坏深度预测

在总结采场底板破坏深度预测方法和理论的基础上,结合大量实际资料分析,归纳出开采深度、煤层倾角、开采厚度、工作面长度、底板抗破坏能力和有无切穿型断层或破碎带6个方面是影响底板破坏深度的主要因素.根据全国典型突水案例,构建基于BP神经网络的底板破坏深度的预测模型,确定建立BP神经网络所需的输入样本和检验样本,运用Matlab软件对网络进行训练,得出了优化的网络模型,并根据建立的网络模型预测肥城煤田曹庄井田8812和9604工作面的底板破坏深度.通过与实测结果对比,证明该网络模型的计算结果比相关规程提供的底板破坏深度经验公式计算的结果更接近实际.

倾斜底板非对称底鼓灾变机理及灾变模式研究

深部高应力倾斜底板岩层易发生非对称底鼓灾害。采用有限元-离散元耦合数值方法(FDEM)研究倾斜底板非对称底鼓灾变机制、灾变模式,以及岩层倾角对底鼓模式的影响。结果表明:(1)应力驱动型底鼓灾变机制为碎胀性的渐进挤压大变形,环形切向集中应力是造成上述灾变的应力驱动源;(2)当倾角为15°~30°时,非对称底鼓特征明显;当倾角为45°~75°时,非对称特征减弱;当倾角为0或90°时,底板呈对称底鼓特性。

高水平应力巷道连续“双壳”治理底臌实验研究

基于深井工程软岩巷道严重底臌这一状况,以河北陶二煤矿扩大区北大巷条件为工程背景,对连续"双壳"如何有效控制深井软岩巷道底臌进行了实验研究。通过现场地应力测量、解算,确定了巷道围岩应力状态,采用自行设计的双向加载试验台,进行深井软岩巷道不同侧压系数时底板围岩变形失稳特征的相似模拟实验,得到底板位移场变化规律及围岩应力分布状态。模拟实验结果表明:底板连续"双壳"加固巷道底臌量较原支护巷道平均减小53%;底板浅孔注浆(浅部壳体)提高岩体承载能力,深孔锚索束注浆(深部壳体)扩大岩体承载范围,浅深壳体共同承载、协同变形有效控制了底板围岩稳定。最后揭示了连续"双壳"治理底臌机理。

朱仙庄煤矿松软破碎岩层巷道底鼓控制技术

以朱仙庄煤矿二水平25回风上山为例,分析了该巷难于维护的基本特征.针对该矿软岩巷道底鼓量巨大的特点,依据软岩巷道分阶段动态加固理论,提出适合该巷道维护特点的初喷混凝土喷层、顶帮高性能高强预应力锚网支护、及关键部位加强锚索支护、滞后注浆的支护方式.研究结果表明,该支护方式在巷道中得到成功应用,取得了良好的技术经济效果.通过数值模拟,对比分析不同支护形式下巷道变形破坏,预测围岩变形,为现场施工和关键部位加强支护提供了参考.

深井大断面沿空留巷底板裂隙分形特征动态演化规律试验研究

深井大断面沿空留巷常见严重底鼓问题,为更好揭示底鼓机理,利用自行研制的两向四面加载试验装置,结合顾桥矿1115(1)工作面轨道顺槽工程地质条件,采用相似材料模拟方法研究了深井大断面沿空留巷底板在掘进、一次采动、留巷和二次采动影响期间裂隙动态演化规律,并基于分形几何理论定量分析了分形维数变化规律及其与底鼓量的关系。研究结果表明,底板裂隙随着回采逐步发育、扩展、贯通,以剪切破坏的中高角度裂隙分布为主;底板裂隙分形维数逐渐增加,在顶板来压和留巷期间均有明显的升维现象;由于留巷上部基本顶的"回弹"现象,第二个工作面上覆岩层作用于煤体的载荷较小,导致在第二个工作面回采前期,底板裂隙分形维数增量较小;底鼓量和分形维数呈非线性正相关关系。通过对比现场实测底鼓量和试验底鼓量,发现二者能够较好吻合,验证模型试验结果的真实可靠。

软岩工程中的大变形问题及研究方法

目前，研究软岩工程所采用的力学理论一般基于经典力学中的“小变形”假设，这些理论虽然可考虑软岩的物理非线性特性．但仍为小变形近似理论。而软岩工程问题由于其所处介质环境的特殊性，应视为大变形问题。本文用实例证明了小变形理论的不合理性，并以广西耶龙矿二号井的软岩问题为例，介绍了大变形理论在解决软岩问题时的优越性，为软岩工程的大变形力学研究，提供了一个可供借鉴的方法。

挠曲褶皱性巷道底臌机理分析及防治对策研究

提出了挠曲褶皱性巷道底板失稳机理分析的突变模型 ,探讨了底板稳定性在控制空间的分区、力在控制空间中的运动途径对底板稳定性的影响以及底板失稳的垂直力振动触发机制 ,建立了判别其失稳的充要力学条件。在分析各影响因素对底板稳定性影响的基础上 ,采用 FL AC模拟 ,研究了挠曲褶皱性巷道底臌的防治对策。

厚煤层综放工作面高强度开采底鼓防治技术

为提高厚煤层综放工作面开采效率,运用相似模拟、数值分析和现场监测等手段,分析综放高强度开采工作面所面临的矿压显现明显、巷道底鼓严重等机理,针对其上覆岩层顶板破坏特征及煤岩层活动规律,对矿压显现特征、巷道底鼓变形特点等进行研究,结果表明:两侧采动影响下回采巷道底板岩层存在零位移等值线和零应变等值线,并确定了底板零位移点、零应变点最大深度分别为1.9、3.4 m。由此提出综放高强度开采巷道底鼓控制关键技术,,即:首先通过对穿锚索、补打高强让压锚杆等措施加强两帮支护,其次采用长2.4 m的水力膨胀锚杆将锚杆锚固端深入底板拉应变压缩区,通过锚杆的主动锚固力与锚固端围岩向下压缩施加给锚杆的附加锚固力,增大底板岩层抗弯刚度限制底鼓,同时将底板底角处锚杆布置为45°倾角,限制该范围内高剪切应力作用。

膨胀软岩巷道底鼓机理与耦合支护技术研究

巷道底鼓是造成巷道变形破坏的常见形式之一,是制约矿山安全高效生产的重要因素和关键难题,这一问题在深部开采和复杂地质条件下的矿山中尤其严重。针对高地应力破碎膨胀软岩条件下的巷道底鼓进行了研究,分析了巷道底鼓的机理,建立了复杂条件下复合型底鼓的力学模型,根据动压理论推导了巷道底板塑性区范围及底板压力的本构方程。通过矿山实例,提出了锚杆锚索耦合支护设计方案,并利用FLAC-3D软件对巷道支护的稳定性进行了数值计算。研究结果表明,对巷道底板塑性区域内的滑移体进行关键部位加强支护,可以有效控制巷道底鼓的发生和发展。

采动影响下回采巷道底鼓机理及实用性技术研究

通过对回采巷道底板与煤柱的破坏关系分析,得到两帮煤体首先变形破坏是采动影响下回采巷道底鼓的直接原因,认为该类巷道的底鼓类型以挤压流动性底鼓为主,并得出对其底鼓机理的新认识;研究了现有底鼓防止措施,提出了在没有更好、更直接办法控制该类巷道底鼓的情况下,巷道起底翻修不失为一种有效、经济的实用性技术。现场实践表明,采用巷道起底翻修能满足生产需要。

底板采动导水破坏带深度求取方法研究

准确预测底板采动导水破坏带深度是合理设计底板防水安全煤岩柱,解决煤矿底板突水问题的关键。综合分析了开采深度、煤层倾角、煤层开采厚度、工作面斜长等地质采矿条件对底板采动导水破坏带深度的影响。以27个典型工作面实测数据作为训练和测试样本,通过合理选择SVM中核函数、不敏感损失系数、惩罚因子等参数,建立了底板导水破坏深度与各影响因素之间的SVM回归模型。最后进行了测试分析,测试结果表明,采用SVM所建立的关系模型可以较好地根据各影响因素求取底板采动导水破坏带深度,获得的底板导水破坏带深度精度可靠、能够满足设计需要。研究成果表明:采用SVM的方法计算底板采动导水破坏带深度是可行的,该方法可以综合考虑对底板采动导水破坏带深度影响的多种因素,为今后快速准确地计算底板采动导水破坏带深度提供了一种新的方法。

巷道底臌机理的研究

底臌一直是煤矿软岩巷道支护中难以解决的问题之一，但迄今为止人们对巷道底臌的机理尚无统一的认识。只有正确认识了底臌的机理才能建立反映实际的力学模型进行有效的数值计算。在大量现场研究、实验室模型试验和数值计算的基础上，全面讨论了煤矿巷道的底臌特征及其机理，分析了影响底臌的主要因素，为在不同的矿山地质条件下采取有效的防治巷道底臌的措施和进行正确的力学数值计算提供了依据。

煤层底板采动破坏特征研究

根据地应力测量数据 ,研究了显德汪煤矿 9号煤层底板岩体应力分布规律 ,并进行了三维有限元数值模拟 ,得到了 9号煤层底板最大破坏深度值。研究结果将为煤矿安全生产提供科学依据。

卸压巷道位置和尺寸对下部巷道底鼓影响规律研究

底鼓是一种在软岩巷道或深部煤炭开采各种巷道中经常遇到的现象。对于高应力下开采环境,巷道围岩受到高应力作用,顶底板及两帮均向巷道内侧移动,对巷道稳定性和安全造成巨大影响。开挖卸压巷可以有效减小巷道围岩的移近量,研究卸压巷布置方位和尺寸对其下部巷道变形情况的影响规律具有重要的工程指导意义。基于ANSYS数值模拟软件,针对这一问题进行了细致深入的研究,得到了卸压巷位置和卸压巷的几何尺寸对下部巷道两帮移近量和底鼓量的影响规律,从而为软岩巷道和高应力巷道的底鼓控制提供一定的工程参考。

三维电法在工作面底板富水区探测及注浆中的应用

以曹庄煤矿受水威胁工作面101002为例,利用三维电法对工作面进行了探查,圈定了富水区,分析主裂隙发育方向,确定了靶区,对靶区采取重点注浆,通过三维电法检测注浆效果,并对注浆薄弱区进一步注浆加固底板,工作面底板经注浆后,原地层富水区域发生了变化,使工作面达到了安全回采的要求。

深部高应力软岩巷道底鼓控制技术研究

针对阳煤五矿赵家分区井底车场矸石装车线巷道的强烈底鼓问题,通过现场底板破坏特征分析,以及FLAC3D内置的应变软化模型与摩尔库伦模型对构造应力场的对比分析,揭示了高应力软岩巷道强烈底鼓的原因:底板岩体经应变软化后水平应力释放较大,应力值较低,在二次水平应力的作用下,发生峰后扩容产生强烈底鼓。底板必须与顶帮形成一样的支护强度,才能使巷道断面受力均匀。数值模拟与工程实践证明,采用底板锚注技术后底鼓得到了有效的控制。

程村矿软岩巷道底鼓控制技术

分析了软岩巷道底鼓特征及控制技术成果,得出程村矿软岩巷道的底鼓机理及其主要影响因素。认为加强帮、角的控制可提高巷道围岩稳定性,同时实施底拱可更好的控制底鼓,并进行了现场试验,取得了良好的效果。

断层影响下底板应力分布和破坏分析

采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对底板应力峰值与塑性区变化的影响。对不同断层倾角,断层刚度和底板水压下底板应力峰值和塑性区变化进行了分析,同时根据现场实测,对有无断层条件下破坏深度进行对比。断层倾角越小,底板应力峰值越高,底板破坏区范围越大;断层倾角越大,底板破坏区范围越小,最终发展为"X"型。断层刚度的增加,没有对底板塑性区产生明显的影响,只是从断层带一侧改善了底板突水通道。随着底板水压的增大,塑性区范围没有明显变化,底板应力峰值的波动程度也不大。无断层存在,底板破坏深度为0～17 m;断层带的存在使底板破坏深度增大了135%。