倾斜厚煤层动压巷道变形破坏规律及高预紧力锚杆锚索协同支护技术研究

针对庞庞塔煤矿倾斜煤层巷道局部收敛变形过大的问题,以5-1062巷为工程背景,通过理论分析和数值模拟,分析总结了巷道失稳机理和变形破坏的主要原因,探讨了围岩变形对动压的响应机制,揭示了高预紧力锚杆锚索协同支护技术对围岩变形的控制机理,并针对原有支护方式不足提出以高预紧力锚杆锚索协同支护技术为核心的优化方案,结合现场条件进行了工业性试验。研究结果表明:护表面积小、预应力低、锚杆(索)支护不协同是5-1062巷支护效果不佳的主要原因;对于倾斜煤层巷道,垂直动压对两帮的影响大,水平动压对顶板的影响大,与水平动压相比,垂直动压是影响巷道收敛变形的主导因素;高预紧力锚杆锚索协同支护技术能给巷道浅部围岩施加均匀的高预应力,保证围岩处于较为稳定三向应力状态,有效提升围岩的稳定性。现场监测表明,采用支护优化方案后,巷道变形得到有效控制,无锚杆锚索破断现象,局部网兜现象得到抑制,现场支护效果良好,为类似工程地质条件下的煤矿巷道围岩变形控制提供参考。

韧性薄喷技术在煤矿巷道支护中的协同支护作用研究

提出了一种新型绿色环保的韧性薄喷技术,并对该技术的协同支护原理进行了理论分析。同时采用三维离散元数值模拟软件3DEC对传统喷射混凝土材料和韧性薄喷(TSL)材料的巷道护表作用优劣和协同支护作用效果进行模拟,模拟结果表明韧性薄喷材料比喷浆混凝土材料更易实现与巷道锚杆的协同支护作用,更有利于维护巷道支护系统和巷道围岩的稳定。最后通过对利民煤矿的韧性薄喷技术工业性试验和现场应用效果评价,进一步表明:韧性薄喷技术既能克服喷浆混凝土材料的缺点,实现与巷道锚杆索的协同支护作用,保证巷道支护系统的可靠性与稳定性,又能给矿上带来一定的经济效益和社会效益。

松散软弱围岩巷道锚杆支护失效机理及协同支护研究

在松散软弱围岩条件下,锚杆的实际承载力往往低于锚杆强度,导致顶板冒落不能得到有效控制。为掌握松散软弱围岩巷道锚杆支护失效机理,本文首先通过现场实测,发现锚杆预应力的滞后衰减现象。其次,根据锚杆承载过程中锚固力的变化规律,分析初始锚固力低的原因、围岩变形对锚杆锚固力的影响,以及锚固力循环滞后衰减和结构稳定性对锚杆支护承载结构的影响。结果表明,软弱破碎的煤岩层容易引起锚杆变形,因此高强度和高预应力锚杆是实现高性能锚杆支护的必要条件。

高应力煤巷全断面三维协同支护控制技术研究与应用

针对高应力全断面煤巷稳定性问题,以老母坡煤矿5108工作面运输巷道为研究背景,分析了5108工作面运输巷道在原支护参数情况下的巷道破坏特征,利用FLAC^(3D)数值模拟软件,设置不同的支护参数梯度,分析支护参数对围岩变形的影响,确定了优化后的支护参数,从而提供了三维协同支护控制技术,以实现合理控制巷道围岩变化的目的。研究结果表明,采用优化后的支护方案,顶板最大变形量低于210 mm,两帮最大收敛量低于300 mm。

动压影响巷道U型钢支架-锚索协同支护机理及其承载规律

针对U型钢支架支护动压影响巷道强烈变形的支护难题,采用数值模拟方法,研究U型钢支架-锚索协同支护作用机理,提出了U型钢支架-锚索协同支护技术;在开展现场工业试验的同时,采用现场实测方法,监测动压影响由开始至结束过程中巷道围岩表面位移量、U型钢支架和结构补偿锚索实际承受载荷情况。研究结果表明:采用U型钢支架-锚索协同支护后明显改善巷道围岩应力分布,增大巷道浅部围岩残余强度,同时通过锚索的锚固作用,优化了U型钢支架承载性能,增大U型钢支架的承载能力和抗变形能力,提高了U型钢支架的整体稳定性,实现U型钢支架整体承载;当围岩变形压力较大时,U型钢支架随着围岩变形,巷道两帮和肩窝是变形压力最大的位置,相应地锚索为U型钢支架上述部位提供较大的抵抗变形力,阻止支架内突变形,同时U型钢支架作为一个整体结构,支架被束缚在有限的变形空间,而其余的大变形通过支架搭接部位缩动释放,实现了U型钢支架高阻可缩的特性。

大断面破碎巷道全空间桁架锚索协同支护研究

针对深部大采高综放工作面回采巷道由于断面大、破碎、扩容、大变形等,而导致常规支护极易发生不协调变形失稳的问题,基于对潞安矿区大断面软弱破碎巷道围岩变形破坏机理的系统深入分析,从三维空间支护协同承载与围岩协调变形角度,提出了全空间预应力桁架锚索协同支护新技术,阐明了全空间桁架锚索的支护结构、支护机理及其优越性。通过对全空间桁架锚索协同支护方案进行设计,并采用FLAC3D对其支护效果进行数值模拟分析,得到不同预紧力条件下全空间桁架锚索支护巷道顶板预应力场三维空间分布规律,表明全空间桁架锚索支护能够形成三维封闭的承载结构。

锚杆锚索同排协同支护在南关矿的应用研究

针对南关矿高水平应力条件下三采区轨道巷变形量大,难于支护的问题,以锚杆锚索同排协同支护思想为指导,通过现场观测、数值模拟及理论分析,对巷道掘进后围岩中应力演化规律及变形破坏机制进行了研究,提出锚杆锚索同排布置协同支护方案,对比了原支护方案及优化支护方案的预应力场和围岩变形情况。结果表明,锚杆、锚索布置方式及预应力协同后,最大限度发挥了锚固构件力学性能,提高了围岩的自承能力,减小了巷道围岩变形量。现场应用与监测数据表明,锚杆锚索同排协同支护方案具有良好的支护效果,可以有效控制巷道围岩。

巷道锚杆锚索预紧力协同支护的研究

以现有支护形式、支护构件和协同支护理论为基础,在不考虑原岩应力的条件下,应用FLAC3D模拟软件对锚杆、锚索不同预紧力在围岩中引起的应力场值和范围进行模拟,以寻求二者合理预紧力匹配值。结果表明当锚杆、锚索预紧力值匹配分别为40/150 kN和60/200 kN时,两者达到协同支护。协同支护不仅缩短围岩稳定周期,提高掘进效率,而且增大巷道围岩内压应力值、扩大压应力区范围,有效降低巷道围岩收敛值。

煤矿巷道锚杆锚索预应力协同支护研究

以现有支护方式、支护构件和协同支护理论为基础,在不考虑原岩应力的条件下,应用FLAC3D模拟软件对锚杆、锚索不同预应力值匹配方案进行模拟支护,获得合理预应力值匹配方案,并进行实地实验,获得良好支护效果。

煤矿深部巷道预应力协同支护技术研究

为解决深部复杂区域高应力破碎围岩巷道支护难度大的问题,采用相似模拟、数值模拟和理论分析的方法对预应力协同支护技术进行研究,通过松动圈测试确定巷道顶、底板及两帮的松动破坏范围分别为1.92、1.10～1.40、2.50 m。据此提出了深部复杂区域高应力破碎围岩巷道采用锚网索的支护措施,选用预应力协同支护技术,确定选取锚索和锚杆预应力分别为100、40 kN,综合考虑取锚杆间排距为800～900 mm,并进行了巷道变形量观测。结果表明:采用预应力协同支护技术巷道两帮变形量由普通支护的280.0 mm减少为95.5 mm,顶板变形量由47.0 mm减少到43.2 mm,且巷道逐渐趋于稳定。

某铁矿充填采矿法协同支护充填体稳定性可视化分析

为有效地控制某铁矿二分段充填采场稳定性,提出充填体围岩协同支护机制。在充填采矿法中地下采空区稳定性主要取决于充填体-围岩组合的相互作用机制。为探索围岩与充填体在荷载作用下协同支护作用特征,通过研究不同灰砂比充填体充填采空区过程中与围岩及顶板之间的协同支护的力学特征规律,应用数值模拟方法对不同灰砂比与围岩之间的协同支护作用效果进行深入分析,同时分析矿房开采完成充填后,充填体与顶底柱及围岩的位移量变化、最大拉应力变化以及塑性区变化规律,最终优选出最佳灰砂比,为矿山的安全生产以及降低充填成本提供可靠依据。

锚杆锚索协同支护技术及实践

通过分析张双楼煤矿深部巷道围岩失稳机理,提出采用锚杆、锚索协同布置方式,从提高锚索预紧力、增打帮锚索、改进金属网连接工艺等多方面进行了支护参数的优化。现场应用证明,优化后巷道表面位移量大幅减小,大幅减少了锚杆失效和网兜隐患,避免了巷道反复扩修,保证了安全生产,支护成本降幅也十分明显。锚杆锚索协同支护技术的应用,取得了较好的围岩控制和降本效果。

锚网索互补协同支护技术在梨园河煤矿的应用研究

针对梨园河煤矿2号厚煤层综放回采巷道受动压影响后巷道变形严重、维护十分困难的支护难题,在理论分析、数值模拟研究的基础上,将锚网索互补协同支护技术用于其22110综放面回采巷道;现场观测结果表明,巷道围岩变形得到有效控制,锚网索互补协同支护技术对于大断面、复杂地质条件下的综放回采巷道有着良好的推广前景。

超大跨度隧道预应力锚杆——锚索协同支护机理

探索运用1种新型支护形式预应力锚杆—锚索协同支护体系,在京张高铁八达岭长城站大跨过渡段跨度极大(32.7 m)且围岩质量极差(Ⅴ级围岩)的情况下保障隧道安全建设。通过现场监测,研究预应力锚杆—锚索的力学行为,结合现场围岩微震监测,分析预应力锚杆—锚索协同支护机理。结果表明:预应力锚杆、锚索的轴力均由初始预应力、预应力损失和被动支护力3部分决定;在隧道开挖过程中,锚杆和锚索的轴力演化过程可分为预应力快速损失、轴力波动和轴力稳定3个阶段,且预应力锚杆轴力沿自由段非均匀分布,锚杆自由段存在多个中性点;预应力锚杆锚固于浅层围岩内部,与被锚固岩体组成组合拱结构承担围岩荷载;预应力锚索锚固于深层围岩区域,调动深层围岩的承载力承担围岩荷载,并提高锚杆组合拱的稳定性;预应力锚杆—锚索协同作用实现了超大跨度隧道围岩的有效支护。

深井破碎围岩巷道协同支护技术研究与应用

为解决煤炭资源进入深部开采时破碎围岩巷道支护所面临的变形大、易失稳、难支护等问题,提出“架棚+锚杆(索)+注浆”协同支护方案,运用钻孔窥视确定巷道围岩结构稳定性、裂隙发育特征,FLAC3D数值模拟对比分析常规锚网喷支护、锚注支护及棚锚注协同支护塑性区分布,结果表明:棚锚注协同支护技术较另两种方案表现出更好的支护效果,塑性区分布范围明显减少,应力集中现象得以缓解,支护巷道模拟变形量与工程监测较为接近。工程试验表明:采用常规锚网喷支护、锚注支护巷道仍存在较大变形,不能保持长期稳定,棚锚注协同支护巷道变形明显降低,应用期间顶板下沉量较常规锚网喷支护降低了68%,两帮位移降低了52%,满足巷道支护稳定要求。棚锚注协同支护技术对深部破碎围岩巷道变形控制效果显著,尤其在掘进影响期控制围岩作用表现突出。

高应力软岩二次锚网协同支护技术研究

文章在现场调研基础上,指出岩性、高应力、支护设计是造成下石节矿主开拓巷道破坏失稳的主要原因;依据高应力软岩支护基本原则,提出具可缩特性、高承载性能的二次锚网协同支护技术,实现"柔性"与"刚性"互补,使其既能适应软岩大变形,又具备较高的承载能力。现场实测分析表明,该技术能有效控制该矿+950轨道巷围岩稳定。

“U”型钢支架-围岩接触关系及棚-索协同支护技术

针对"U"型钢支架承载能力因支架-围岩接触关系差而难以充分发挥作用的问题,通过建立不同支架-围岩接触关系模型,采用FLAC2d数值模拟软件分析了不同支架-围岩接触关系对支架变形特征、支架内力及围岩自承能力的影响,结果表明:支架-围岩接触关系将决定支架的受力状况,进而影响支架的变形特征及支架与围岩承载能力的发挥.提出了棚-索协同支护技术实现了支架整体承载能力的充分发挥,并在淮北某煤矿82联巷应用了该支护技术,巷道稳定后两帮位移量稳定在58 mm左右,顶底板位移量稳定在35 mm左右,有效控制了巷道围岩变形.

压力集中带巷道棚—索耦合协同支护技术

根据安阳鑫龙集团红岭煤矿14采区轨道下山压力集中,围岩破碎,巷道变形严重的情况,分析其产生变形破坏的原因,并总结出了针对应力集中带巷道的棚—索耦合支护技术。该技术实施后提高了巷道的稳定性,避免了重复维修巷道给安全生产造成的损失,为类似地质条件巷道的维修提供了依据。

动压影响下棚-杆-索协同支护技术研究

芦岭煤矿-590西轨大巷受上部8~#、9#煤层的采动影响,该巷道在原U形钢支架支护方式下变形破坏十分严重,难以满足安全生产的需要。后采用棚-杆-索协同支护方式支护,经数值模拟分析及现场实践表明,该支护方式能够有效地控制围岩变形,在整个跨采期间巷道顶底板移近量累计175 mm,两帮累计移近量190 mm,支护效果显著。

正令煤业1214工作面巷道锚杆索协同支护数值模拟研究

正令煤业1214工作面巷道埋深大,帮部煤层软弱,帮部变形量大。综合分析地质条件和巷道原支护效果后,基于锚杆、锚索协同支护理论,提出优化支护方案;并以数值模拟为手段,结合现场经验,对比研究各优化方案的优劣,得到最佳支护形式,使锚杆、锚索在预应力和布置形式上,达到协同,有利于提高支护结构的整体性、协同性,有效控制巷道变形。