动静载组合下巷道过断层破碎带支护技术

晋煤集团长平矿5303回采巷道在掘进过程中遇到多个正断层,为了使回采巷道安全、快速地穿越断层,确定出合理的支护方法及范围。本文基于最大主应力准则和岩石断裂损伤学,分别从宏观和微观剖析了正断层破碎带在动静载组合下的破碎活化机理。在此基础上建立断层破碎带塑性破坏范围模型,结合正断层滑动机理与巷道支护理论,推导出断层扩展区和影响区范围表达式,并运用FLAC3D数值模拟作进一步分析。研究结果表明:当动静载最大主应力之和大于岩石断裂应力时,岩石发生宏观断裂;动静载产生协同效应、变异效应及共同效应,使破碎带岩石内部微观上发生不同形式损伤断裂,损伤断裂程度取决于动静载之间夹角余弦值和正弦值。5303回采巷道过断层方案确定为采用超前预注浆改善围岩强度,而后采用加密锚杆、锚索+单体支柱加工字钢的联合支护方法。根据理论计算和数值模拟结果,最终确定超前预注浆范围与加强支护范围为断层破碎带前后各10 m。

近距离煤层群半煤岩上保护层开采卸压增透效应研究

基于保护层开采是治理低渗透率高瓦斯突出煤层最有效措施,针对薄煤层和极薄煤层保护层的开采,提出了截割软弱底板以增加开采高度的半煤岩保护层工作面开采方法。以中兴煤矿3203保护层工作面为工程背景,通过滑移线场理论分析计算了3203上保护层工作面开采后底板岩体的最大破坏深度,并采用数值模拟方法对半煤岩上保护层开采卸压增透效应进行讨论。研究结果表明:3203保护层工作面开采后,底板岩体最大破坏深度h_(max)达20.74 m,底板最大破坏深度距离工作面煤壁的水平距离为13.99 m;3203被保护层的卸压率为0.58,在3203工作面对应区域膨胀变形率均大于6‰;残余瓦斯含量为4.57 m^(3)/t,可解吸瓦斯量W_(j)为0.68 m^(3)/t,煤层透气性系数由0.0437 m^(2)/(MPa^(2)·d)增加至1.08 m^(2)/(MPa^(2)·d),孔隙率由3.5%增加至4.05%,残余瓦斯压力为0.31 MPa,实现了高瓦斯矿井突出煤层高效、安全、经济生产的目的。

大断面矩形巷道过陷落柱构造带支护技术

为使巷道安全、稳定地直接穿越陷落柱,以长平矿五盘区第二回风巷的大型陷落柱为例,基于断裂力学对椭圆体陷落柱构造带进行力学分析,运用极限平衡法得出当陷落柱周边上的抗剪力大于周边界面上的极限抗剪力时,陷落柱构造带围岩将被破坏。由此确定巷道过陷落柱必须改变围岩岩性,在此基础上提出巷道过陷落柱构造带采用"超前浅部钻孔注浆+深部柔性管注浆+锚索网"联合支护方案,同时给出注浆参数和支护参数并运用FLAC3D对支护效果进行数值模拟。结果表明,巷道开挖后围岩塑性区面积大幅度减少,应力释放速率减缓,顶板最大位移量减小了460 mm,两帮最大位移量减小了550 mm。工程应用表明,巷道围岩变形在24 d后基本趋于稳定,且顶板位移量及两帮位移量均控制在200mm左右,与FLAC3D数值模拟结果基本吻合,五盘区第二回风巷支护效果能满足工程需求。