深部高应力巷道支护技术优化与应用研究

随着王庄煤矿开采向深部延伸,深部地质状况变得更加复杂,巷道支护也愈加困难。通过建立三维数值模型,对不同支护方案进行优化,并结合地质雷达探测和现场应用,验证了优化支护方案的有效性和合理性。采用优化支护方案后,顶板移近量为62 mm,两帮移近量为89 mm,围岩变形量在控制范围内。通过地质雷达探测发现,需要在围岩破碎带或者强度较低处,进行锚索补强加固,降低围岩松动圈的扩展。

高应力复合顶板煤巷协调控制支护技术研究

针对王庄煤矿深部采区特有的复合顶板岩层,煤层强度低、工作面扰动强烈的复杂地质条件,提出了控制巷道围岩应力和变形的锚杆(索)协调控制支护技术。通过数值模拟和现场试验相结合,确定了合理的优化支护方案。现场应用表明,采用优化支护方案以后,巷道顶底板移近总量约为70.2 mm,两帮移近总量约为92 mm。变形量在要求范围内,证实了协调控制支护技术在高应力煤巷快速掘进中的有效性。

高应力煤巷钻孔卸压与锚杆支护耦合作用研究

王庄煤矿+540 m水平厚煤层大断面巷道由于应力高、顶煤强度低及大采高工作面扰动影响,巷道围岩控制较为困难。在综合分析采矿地质条件基础上,提出对煤巷实施钻孔卸压与锚杆支护耦合作用的支护方案。通过数值模拟和现场试验相结合,分析比较巷道顶底板变形规律和应力特征,确定了合理的优化支护方案,即卸压钻孔直径400 mm、间距4 m,锚杆间排距0.9 m、预紧力90 k N。在8110工作面现场应用表明,采用耦合支护方案后,巷道顶板下沉量减小30.3%,底板变形量减少8.6%。围岩变形量在设计范围内,煤柱应力降低且向深部转移。证实了耦合支护方案能有效控制围岩变形,保持围岩稳定,而且也为类似巷道的设计和加固提供了参考价值。

巷道围岩钻孔卸压机理及参数优化分析

深部高地应力复杂围岩巷道的稳定性控制问题已经成为每个煤矿企业亟需解决的难题。针对王庄煤矿81采区埋深大、地应力高、矿压显现明显的特殊生产地质条件,运用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,对钻孔卸压参数进行优化分析。结果表明:当钻孔直径D=120 mm,钻孔间距S=4.0 m时,围岩应力明显降低,达到明显卸压效果。研究结果可以为类似高地应力煤巷稳定性控制提供参考。

基于Drucker-Prager破坏准则下的深部断层巷道支护探究

随着煤矿开采深度的加大,深部地质情况变得更加复杂,巷道支护也愈加困难。其中深部断层就是影响煤矿开采的重要地质因素。根据巷道穿越断层的实际情况,基于Drucker-Prager破坏原则,选择合理的支护方式,并结合数值模拟和工程实际监测,确保充分发挥支护性能,对今后相似工程的设计和补强起到重要的借鉴意义。

孤岛面沿空掘巷煤柱尺寸优化及能量分析

针对王庄煤矿深部采区8102孤岛面特殊生产地质条件,建立数值模拟计算模型,分析煤柱宽度对侧向支撑压应力、巷道表面位移、塑性区分布和巷帮应力等参量的影响规律;开发单元可释放弹性应变能计算及其与TECPLOT耦合分析程序,研究了孤岛面沿空掘巷煤柱中弹性应变能密度的分布特征。结果表明:随着煤柱宽度增大,可释放弹性应变能密度增加,耗散应变能密度减小。煤柱宽度为5 m时,煤柱中形成两部分楔形区域,损伤破坏严重;当煤柱宽度大于10 m时,煤柱中存在稳定的弹性核,可释放弹性应变能密度分布梯度较小,可避免因弹性能急剧集聚而发生的动力灾害。

厚层软岩断顶充填沿空留巷关键参数研究

针对厚层软岩顶板沿空留巷的技术难题,提出厚层软岩顶板断顶充填沿空留巷技术,创建"断顶卸压+巷旁垮落充填"沿空留巷围岩协调控制方法,构建厚层软岩断顶充填沿空留巷数值模型,研究断顶角度和预制裂缝间距对实体煤壁支承应力、巷旁垮落充填体稳定性对覆岩变形规律的影响。研究结果表明:断顶角度为5°时,减小了充填体上方岩层回转变形的空间,减小了剪切破坏区,缓解了采空侧顶板下沉剧烈程度;预制裂缝间隔为1 m时,在工作面后方,顶板岩层预制裂缝能及时扩展贯通,在巷旁形成垮落充填结构,采空侧垮落岩体抑制上覆岩层的弯曲下沉,减弱应力集中,压力变化幅度较小。研究成果在常兴煤业取得成功应用,监测结果显示在工作面后方70~80 m处,围岩变形趋于稳定,顶板没有明显离层、错位现象,巷旁垮落充填体结构稳定。

高温砂岩热膨胀系数变化规律试验研究

热开裂已成为地下高温岩土工程安全运行的主要威胁之一。以煤炭地下气化等地下工程中的砂岩为对象,通过试验对砂岩热膨胀系数在升温过程和保温过程中的变化规律进行了系统的研究。研究表明,升温过程中热膨胀系数随升温时间的变化规律呈反曲线函数关系,分为4个阶段:初期阶段呈下凹形;第2阶段基本呈斜直线上升,热膨胀系数增长率基本恒定;第3阶段呈现上凸形;最后,热膨胀系数增长率下降并逐渐平稳。保温试验过程中随着温度升高,试样热膨胀系数逐渐增加;但温度达到700℃后,试样热膨胀系数增加趋势明显减缓,趋于平稳,试样轴向高度变化速度降低。

破碎顶板松散煤巷支护技术与工艺

根据淮北矿区某矿井5213材料巷的实际情况,分析了该巷围岩在松散破碎情况下发生破坏的原因和支护存在的难点,提出了一种将主动支护与被动支护相结合的联合支护方式,即"金属棚架+棚腿补强锚杆+高强度钢筋笆"。介绍了这种联合支护之间相互作用的机理,进行了现场试验。结果表明:联合支护技术不仅改变了巷道原先随掘随修的情况,而且顶板冒落、帮部脱落、变形严重等问题得到彻底解决,提高了施工效率,取得了很好的经济效益。

组合钢架支护在沿空掘巷中的数值模拟及应用

为了解决软岩沿空掘巷支护困难的难题,以淮北某煤矿某机巷为研究背景,主要探讨U型钢+锚杆+短槽钢组合钢架支护的力学原理,对组合钢架支护及不同数目的组合进行了数值模拟计算,优化了支护体系,论证了组合钢架支护在沿空掘巷中的应用,并进行了现场试验,有效控制了沿空巷道变形大的特点。