软岩硐室稳定性的复合结构柔性反底拱控制时效分析

地下工程的围岩为软岩或因赋存深度的增加而呈现软岩特征时,其稳定性控制问题趋于突出,而对软岩硐室底臌的有效控制是决定硐室整体稳定性、保障其服务年限的关键。设计应用于软岩硐室底臌控制的复合结构柔性反底拱,探讨其作用机理,其控制底臌的时间效应包括成拱初期的负底臌效应、吸收变形能为主要特征的柔性支护阶段和后期延长服务年限为目的的刚性支护阶段,其中柔性支护作用保证了相对较长而且稳定的软岩硐室服务年限。经实践证明,试验条件下的负底臌效应历时63 d,柔性结构控制底臌的作用时间为158 d,反底拱刚性结构对底臌的控制可以延长巷道的服务年限140 d,即巷道在1 a内无需底板修复。复合结构柔性反底拱的底臌控制效果明显,但是硐室整体稳定性并非单一依赖于对底臌的控制,支护体系在边界上存在相对薄弱的环节等因素,依然可转化为软岩硐室整体破坏的主要原因。

软岩反底拱优化加固技术及应用——以上海庙矿区为例

在西部软岩矿区,巷道底臌是一种常见的巷道破坏形式,由底臌所引起的围岩变形已成为阻碍矿井高效生产的主要难题,也是目前西部矿区亟待解决的关键问题。目前广泛使用的底臌控制方案为浇筑混凝土材料配合反底拱与锚杆支护技术联合控制巷道底臌。然而,分析现场破坏结果,浇筑反底拱的普通C20混凝土材料存在强度低、密实度差等明显缺陷,并不能有效控制底臌,巷道现场底角与两帮呈现大面积破坏。据此提出一种优化浇筑材料方案,提高其初凝时间和强度。优化混凝土浇筑材料治理方案是将生石灰按照不同配制比例掺入混凝土浆液中,制备试件;在不同龄期下测试不同生石灰掺入量的试件强度,进而选出最优配比方案;利用扫描电镜对浇筑材料的结构进行观察分析,确定优化后的浇筑材料满足反底拱结构中浇筑材料的性能要求。结果表明:在养护龄期内,材料最大单轴抗压强度为30.15 MPa,是普通C20混凝土材料强度的1.39倍,抗拉强度为1.75 MPa,是未掺入生石灰试件强度的1.41倍。利用扫描电镜观测分析,在生石灰掺量为10%时,试件结构致密,浆体中的Ca(OH)_(2),AFt和孔隙数量明显减少,浇筑材料的力学性能有效提高。工程实践表明,采用优化后的浇筑材料进行反底拱设计,在50 d监测期内,最大底臌量仅为101 mm,巷道底臌量减少为原支护方案的34%,底臌控制效果明显。

基于塑性极限分析法的巷道反底拱支护效应研究

针对现有研究对反底拱控制深井软岩巷道底臌的力学效应多采用模型试验和数值分析方法而缺乏解析方法的问题,基于塑性极限分析法研究了巷道在高竖直应力为主的地应力作用下开挖反拱后巷道底板的应力场特征,揭示了开挖反拱后巷道底臌的机理,并分析了反底拱的支护效应对控制巷道底臌的作用。结果表明:开挖反拱会影响巷道整体的稳定性,但铺设适宜半径的反底拱能大大提高底板的极限承载力;反底拱半径越小,其抑制底臌的效果越明显。结合反底拱力学模型从理论的角度给出了锚拉反底拱支护参数的解析解,为传统支护设计提供参考。最后将提出的方法应用于龙口矿区梁家煤矿一采区运输巷道的支护设计,并进行了现场支护试验,现场监测结果表明,经支护优化设计的试验段巷道变形得到了有效控制。

深井全煤巷道反底拱支护优化数值模拟研究

针对陕西彬长集团公司胡家河煤矿井底水仓全煤巷道支护难题,采用数值模拟方法分析了原有初期支护方式存在的问题,提出了增加反底拱控制的综合支护方案并进行优化设计。模拟结果表明:通过增强顶板、两帮支护强度和反拱控底可以有效提高整体支护承载结构强度,巷道围岩塑性区明显减少,剧烈底鼓变形和顶部下沉得到显著改善。

联排反底拱-底板桩底鼓控制技术数值分析

为解决深部软岩巷道的底鼓控制问题,以兴安矿四水平南18层轨道巷为工程背景,提出了1种新型底鼓控制技术——联排反底拱-底板桩;运用ABAQUS软件对联排反底拱-底板桩进行数值分析,研究了其承载能力和变形情况;运用FLAC^(3D)软件对联排反底拱-底板桩的底鼓控制效果进行分析,探讨了联排反底拱-底板桩的底鼓控制机理,揭示了矢跨比对联排反底拱-底板桩底鼓控制效果影响的规律。结果表明:在均布载荷作用下,联排反底拱应该适当增加跨中部位的连杆数量和强度;联排底板桩应该适当增加嵌固端的长度和强度;联排反底拱-底板桩中底脚套管十分关键,应该适当增强底脚套管的强度;联排反底拱-底板桩矢跨比的合理范围为0.225~0.250。

反底拱支护技术在软岩扩修巷道中的应用

郑煤集团公司超化煤矿31采区31001工作面上流水巷由于埋藏深、地压大、围岩破碎,采用了反底拱支护,该支护方式提高了巷道的支护强度和稳定性,改善了原支架的支护面貌,基本能够抑制围岩变形引起的支架变形与失修破坏,延长了服务周期,保证了巷道稳定,取得了良好的技术经济效果。

反底拱在软弱破碎围岩巷道底板控制中的应用

针对软弱破碎围岩巷道易发生底鼓的问题,分析认为软弱破碎围岩巷道由于围岩强度低,裂隙发育且可能受水的影响,不易在浅部形成承载结构,在"强顶强帮弱底"支护条件下,易发生底鼓。提出此类巷道支护应该把底板支护上升到和帮顶支护同等重要的位置,且要尽可能地使底板支护和帮顶支护协调统一起来,形成一个完整的承载体,从弥补巷道围岩承载力短板的角度出发,把反底拱应用到软弱破碎围岩巷道底板控制中,并通过工程实例,详细说明了反底拱的构建过程。

反底拱结构对超高水平应力巷道围岩稳定性的影响

为了研究反底拱结构对底鼓及巷道稳定性的影响,得到最佳反底拱参数,分析了超高水平应力巷道底鼓机理及控制因素,通过FLAC3D建立了平底巷道以及不同拱深(即不同矢跨比)反底拱巷道模型进行数值模拟,并将分析成果应用于井下工程进行验证。研究结果表明,反底拱结构可以有效控制底鼓变形,且存在对围岩控制效果最佳矢跨比的反底拱结构,拱深过大或过小均对巷道稳定性不利。

避难硐室锚索反底拱联合支护实践

介绍了老君堂煤矿的永久避难硐室的设计及地质情况,巷道支护形式选择了拱形棚和锚喷支护,巷道底部采用"U形拱棚+锚索+金属网支护"反底拱支护,经过岩移观测,取得明显支护效果。

煤矿深部软岩巷道反底拱支护技术应用实践

某矿+535轨道石门在掘进期间底鼓明显,底鼓量达900 mm/月以上。经多次修护,仍不能满足矿井的基本建设需要。文章分析了该矿井下巷道底鼓的基本形式及影响因素,提出了采用底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底鼓的方法,对巷道底板浇灌反底拱前后进行了分析对比,有效的解决了矿井深部极软岩巷道底鼓治理难题。

反底拱与砌碹联合支护技术在马城铁矿富水软弱破碎围岩掘进工程中的研究与应用

马城铁矿属于大水矿山,在矿山建设过程中,随着矿井向深部延伸,巷道围岩的特征复杂多变,尤其当巷道布置在构造应力大、围岩软弱、含有泥化膨胀成分、水害严重等复杂工程环境时,巷道掘进与支护困难。本文分析了马城铁矿3#副井-570 m水平下盘沿脉运输巷(南)376.0~391.0 m掘进段的富水区软弱破碎施工环境,在对工作面冒顶区进行了注浆充填和管棚加固后,为确保施工安全,在地质岩性勘探的基础上,设计采用反底拱与砌碹联合支护技术。通过现场研究与实践表明,反底拱与砌碹联合支护技术针对马城铁矿地质条件是可行的,为马城铁矿富水软岩支护提供了丰富的技术经验。

超大硐室底板钢筋混凝土反底拱+超长锚索群加固技术

王庄煤矿井下换装站1号换装硐室长99m,掘进断面111.76m2,净断面89.57m2。硐室施工中,发生了严重底鼓,采用钢筋混凝土反底拱+超长锚索群联合支护进行修复,取得了成功。硐室62.8m未施工段底板也采用该联合支护进行加固,效果良好,有效地控制了底鼓,保证了硐室稳定性及后续使用的安全可靠性。重点介绍了钢筋混凝土反底拱及超长锚索群设计及施工情况。

煤矿深部软岩巷道反底拱支护技术

新安煤矿+535 m轨道石门在掘进期间底鼓明显,底鼓速度在900 mm/月以上。经多次卧底修护,仍不能满足矿井基本建设需要。通过分析新安煤矿井下巷道底鼓的基本形式及影响因素,提出了采用打设底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底鼓的方法,通过对试验段进行巷道位移观测,巷道平均底鼓量为97 mm,对底板浇灌反底拱前后巷道变形情况进行了对比,有效解决了矿井深部极软岩巷道底鼓治理难题。

软岩巷道改善反底拱锚杆支护效果的途径

针对上海庙矿区富水、弱胶结、膨胀性复合型软岩巷道底鼓变形严重、修复工作量大等问题,通过变形观测与现场试验,提出采用慢速树脂锚固剂配合弱膨胀水泥灌浆全长锚固提高锚固力、初喷浆加锚网喷支护增加预紧力端抗剪切强度及受力面积的方式,有效提高了巷道底板稳定性,并在某回采工作面顺槽进行了试验。结果表明:巷道成型后18个月内的顶底板总移近量小于350 mm,两帮总移近量小于120 mm,巷道变形得到了有效控制,满足了回采工作面的推采要求。

反底拱支护在深井软岩巷道中的应用

深井软岩巷道受围岩压力影响较大,围岩力学特性低,易发生蠕变变形,从而严重影响巷道的长期稳定。通过现场调查和长期矿压监测,分析巷道变形破坏特征并总结破坏原因。根据现场工程地质条件、岩石特性和破坏特点,提出内锚外架+反底拱支护方式。现场监测结果表明:内锚外架+反底拱支护方式不仅可以抵抗围岩压力,而且可以有效控制长期蠕变[1]变形,在深井软岩支护中取得了良好的效果。

新安煤矿深部软岩巷道反底拱支护技术应用

新安煤矿+535轨道石门在掘进期间,底臌量达900 mm/月以上。经多次卧底修护,仍不能满足矿井基本建设需要。本文分析了新安煤矿井下巷道底臌的基本形式及影响因素,提出了采用底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底臌的方法,对巷道底板浇灌反底拱前后进行了分析对比,有效地解决了新安矿区深部极软岩巷道底臌治理难题。

深井大断面硐室反底拱技术研究应用

井巷开采逐步向深层推进,地压大导致巷道拱帮开裂、底鼓的速度加快,直接影响到大断面硐室的使用寿命。针对硐室底鼓治理,该文从施工方案的选择、施工方法等几个方面进行了论述,在反底拱支护技术方面进行了积极探索与实践。

弧形反底拱棚联合锚注支护控制底鼓技术研究

秦源煤业有限公司北翼520轨道石门底板为含有大量黏土类矿物的泥岩层,由于底板遇水膨胀,原有支护方式不合理,导致巷道底鼓严重。通过对底鼓机理的分析,提出了采用弧形反底拱棚联合锚注支护控制底鼓的方法,工程实践表明巷道底鼓得到了有效控制。

软岩巷道圆形棚反底拱锚注支护技术应用

通过分析秦源煤业有限公司软岩巷道底鼓破坏机理及破坏原因,考虑到井下目前绝大部分巷道是采用拱形锚网喷浆支护、锚索补强,以经济、实用、可行的效果出发,提出了圆形棚反底拱锚注支护方案,对北翼520轨道石门、北翼轨道下山上段等严重底鼓巷道进行试验。实践证明,它是一种行之有效的矿井软岩支护的最佳方法。

U型钢棚加反底拱层级支护技术在某金属矿山的应用

由于"锚网喷+顶板锚索+注浆"支护方式对现有的变形巷道修复效果较差,因此需采用新的支护方法处理,此次采用U型钢棚[1]与反底拱、锚网喷层级支护技术进行修复。对穿脉进行锚网喷修复之后架设U型钢棚和施工反底拱,使得穿脉形成一个高强度、高刚度的多层锚壳组合拱结构,保证了穿脉的长期稳定与安全。后期,对施工巷道进行位移监测,观察其变化结果,并及时对局部进行调整。