Support technologies for deep and complex roadways in underground coal mines:a review

Based on geological and mining characteristics,coal mine roadways under complex conditions were divided into five types,for each type the deformation and damage characteristics of rocks surrounding roadways were analyzed.The recent developments of roadway support technologies were introduced abroad,based on the experiences of supports for deep and complex roadways from Germany,the United States and Australia.The history and achievements of roadway support technologies in China were detailed,including rock bolting,steel supports,grouting reinforcement and combined supports.Four typical support and reinforcement case studies were analyzed,including a high stressed roadway 1,000 m below the surface,a roadway surrounded by severely weak and broken rocks,a chamber surrounded by weak and broken rocks,and a roadway with very soft and swelling rocks.Based on studies and practices in many years,rock bolting has become the mainstream roadway support form in China coal mines,and steel supports,grouting reinforcement and combined supports have also been applied at proper occasions,which have provided reliable technical measures for the safe and high effective construction and mining of underground coal mines.

巷道中锚网索联合支护方案的应用分析

锚网索联合支护作为1种新型支护技术,具有支撑力度大、可防止巷道变形等优点,被广泛应用于煤矿巷道支护中。首先介绍了锚网索联合支护技术的基本原理和适用范围;然后,针对具体工程情况,在巷道形态、围岩情况和上覆厚度等因素影响下设计了1套支护方案,并进行了实践;最后,对施工过程和支护效果展开了详细分析,针对存在的问题提出了解决措施。

浅谈微型钢管桩与锚杆联合支护技术的应用

微型钢管桩与锚杆联合支护技术是一种在高层建筑地下室施工中广泛应用的基坑支护手段。本文通过对该技术在施工中的应用特点进行分析,总结其在工程施工领域应用的现状,提出了加强该技术应用的有效策略,并通过案例分析,验证微型钢管桩与锚杆联合支护技术在不同工程中的可行性与优越性,进一步探索该技术的优化应用与推广,以满足不同工程需求,为高层建筑施工提供更加可靠、经济、实用的支护解决方案。

多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明:各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。

考虑承载-破坏全过程的钢筋网力学行为分析与预测

考虑钢筋网承载-破坏全过程,探明锚网喷结构中钢筋网的力学行为,可切实指导钢筋网选型与参数设计。采用已有的试验结果对计算模型与参数的合理性进行验证,在此基础上完成承载-破坏全过程的钢筋网力学行为分析,并利用多元非线性回归和BP神经网络方法对钢筋网的最大应力和竖向位移进行预测与分析。研究发现:单一荷载作用下钢筋网的应力分布呈现分区现象,1区和2区特定范围的钢筋应力基本处于单轴拉伸状态,2区其余区域的应力处于拉-剪复合状态;钢筋网的力学行为受钢材型号影响显著:由HPB300、HPB400、HPB500钢筋制成的钢筋网存在流幅现象,由1650级、1770级高强不锈钢丝制成的钢筋网无流幅现象;BP神经网络模型预测精度明显优于多元非线性回归方法,对于最大应力和竖向位移两个指标,采用BP神经网络预测的平均相对误差分别为1.31%和1.67%,而多元非线性回归方法的预测误差为7.39%和8.19%。

梅溪湖国际文化艺术中心大剧场结构设计

长沙梅溪湖国际文化艺术中心大剧场结构主要由内部主体框架-剪力墙结构和非解析连续异形曲面造型外帷幕钢结构组成。外帷幕钢结构以曲面脊线等特征线为协调或支承边界,采用基本随形单层钢网格壳体结构,通过外围随形斜折柱钢框架、前厅蜂窝网格壳体结构及内部伞撑支承于主体混凝土结构。针对结构空间受力的主要特点,采用SAP2000软件重点分析外帷幕钢结构对主体结构的附加倾覆效应;针对倾斜蜂窝网格壳体与大跨连廊构成的组合转换承载体系,对其受力特点、人行激励下的舒适度及抗连续倒塌等进行专项分析。结果表明,倾斜钢框架和蜂窝网格壳体结构在重力荷载下对主体结构的附加倾覆效应显著,设计中需要关注主体水平构件轴向力的叠加效应,需要对部分楼盖采取加厚楼板、提高配筋率、设置钢板、施加无粘结预应力等加强措施。

沟门金矿巷道支护方案的研究与优化

沟门金矿以矿岩工程质量指标RQD值作为巷道分类依据,应用FLAC3D数值模拟软件开展不同类别巷道的数值模拟,并对支护效果进行分析。巷道数值模拟结果表明:围岩级别Ⅱ~Ⅳ级巷道采取喷锚网支护方式,根据不同巷道断面、围岩级别明确了喷射混凝土厚度、锚杆网度等支护参数;对于Ⅴ级围岩,最佳支护方案为喷射混凝土+钢支架,其中C30喷射混凝土厚度100 mm作用是封闭裸露岩体,钢支架间距宜为1.5 m。

深井大倾角煤层巷道围岩控制技术探讨

针对长城三矿深井大倾角煤层回采巷道掘巷后出现显著非对称破坏问题,分析1905S运输巷原支护失效原因,针对深井大倾角回采巷道围岩赋存特征提出锚网索联合支护优化方案。通过顶板布置高预紧力锚索提升顶板岩层承载能力,限制顶板离层变形,同时增大帮锚杆密度提升煤体抗变形能力。现场监测数据表明:采取大倾角回采巷道锚网索联合支护技术后,有效控制巷道断面收敛量,同原支护相比巷道变形量降低了60%。研究成果可为类似深井大倾角回采巷道的掘进提供借鉴。

锦程煤矿21010运输顺槽支护设计及应用

为优化锦程煤矿21010运输顺槽支护方案,综合运用理论计算、数值模拟、矿压监测等手段进行探讨,确定巷道围岩稳定性类别为Ⅲ类;结合数值模拟研究确定锚网索联合支护具体参数;掘巷期间监测巷道表面变形量,成巷约30天后围岩基本稳定,顶底板、两帮移近量均小于70 mm,表面变形量在设计允许范围内,支护设计方案应用效果良好。

泥质胶结顶板巷道围岩控制技术研究

某煤矿10301运输巷顶板为泥质胶结软岩,巷道围岩控制面临顶板变形量大问题。现场取样分析,发现该煤矿10301运输巷顶板岩层中黏土类矿物成分较高,且岩体遇水容易崩解、裂隙发育。根据现场条件并结合邻近矿井此类巷道围岩控制措施,提出采用高强锚杆(索)+钢筋网+喷浆的方式控制围岩,通过锚杆(索)及钢筋网提高顶板岩体支护强度,采用喷浆及时封堵巷道围岩并给顶板一定支护力,现场应用后,该煤矿10301运输巷围岩始终在较小范围内,可满足巷道后续使用以及采面回采需要。

坚硬顶板回采巷道锚网索联合支护技术应用

以荆宝煤业30301运输顺槽基本顶为平均厚度8.66 m的坚硬细粒砂岩为工程背景,提出了利用坚硬基本顶岩层的承载性能、高强主动支护以及巷道支护参数优化的坚硬顶板回采巷道支护思路,采用锚网索联合支护技术,实现30301运输顺槽围岩的稳定控制。

王坡煤矿孤岛工作面回采巷道支护设计及应用

针对王坡煤矿3206孤岛工作面回采巷道支护困难的问题,采用理论计算及数值模拟的方法确定了回采巷道支护方案,并进行现场试验。对工作面3206回风巷围岩变形及顶板离层进行现场监测结果表明,巷道围岩整体变形量不大,且巷道顶板无明显离层现象,支护方案合理有效。

大跨度切眼分层围岩体协同支护技术研究

为保障王坡煤矿分层围岩体开切眼巷道的稳定,以3209切眼掘进支护为背景,采用数值模拟方法探究分层围岩体切眼巷道围岩破坏特征。通过现场调研和理论分析,该巷道围岩属于典型的分层围岩体,开切眼期间顶板围岩表现出破坏范围广、表面变形大、离层严重的矿压特征。依据前述围岩特征,对切眼巷道设计“高强预应力锚杆+锚索+钢筋网+钢带+单体柱”的协同支护方案,验证支护方案的围岩控制效果,结果表明:3209切眼巷道顶底板移近量最大值为169.8 mm,两帮移近量最大值为256.5 mm,巷道围岩整体稳定性良好。

沿空留巷综合支护技术研究

用沿空留巷技术保留的巷道要经历掘进和两次强烈的采动影响,对所需留巷的巷道,应该从掘进期间的支护设计与施工到留巷期间的巷旁支护方式选择,及下个工作面回采期间的加强支护均应统筹考虑,这样才能保证沿空留巷技术的成功实施,故沿空留巷技术是一项系统工程。据此,在淮北岱河矿Ⅲ3215工作面机巷进行了沿空留巷实践,巷内采用了锚网索支护,巷旁采用了工字钢密集支柱及矸石(碎煤)带联合支护,并在矿压观测的基础上,得出了所留巷道矿压显现规律,工业试验和应用实践表明,取得了良好的技术、经济效果。

金川镍矿不良岩层巷道变形与支护研究

金川镍矿是我国最大的地下有色金属矿山,该矿具有地应力高、围岩破碎的特点,巷道支护是金川镍矿面临的一个严峻的问题。介绍了金川镍矿围岩的工程地质分类、地应力的分布规律和不良岩层围岩的基本特征,总结了金川镍矿不良岩层巷道的变形破坏规律,评价了过去该矿所用的各种巷道支护方式,并介绍了金川镍矿不良岩层巷道支护的新方法:采用强力喷锚网支护作为一次支护,尽快的提供支撑抗力,有效的阻止围岩松散,并在有制约的条件下,容许围岩变形缓慢发展,使围岩应力得到一定释放。二次支护采用锚注式支护方式,使浆液注入岩体裂隙,配合喷锚支护,可以形成多层组合拱结构,扩大了支护结构的有效承载范围,改变了围岩的松散结构,提高了支护结构的整体性和承载能力。在局部围岩不稳固地段,采取喷锚网支护、网钢构架支护、U型钢拱架支护及现浇钢筋混凝土支护等措施,进一步提高支护强度,避免巷道的变形破坏。目前,这一新的支护方法已经在金川镍矿逐步推广应用。

济宁二矿深部回采巷道锚网索耦合支护技术

通过对济宁二矿现场实际工程地质条件调查与分析,研究了深部回采巷道的变形破坏机理。深部巷道由于地应力大、地质构造复杂、膨胀性围岩、支护体与围岩不耦合造成巷道出现非线性大变形力学现象。对回采巷道断面、支护参数以及施工过程分别进行了优化设计,确定了合理的支护方案。用数值模拟对新支护方案进行了分析,巷道变形量明显减少。新方案在现场实施后,支护效果良好。

深井大采高综采工作面切眼联合支护技术

针对深井大采高综采工作面切眼断面大、深埋层、支护难的实际情况,对传统的支护方式进行了论证研究。结果表明,相对于传统的锚网索支护或棚式支护,"锚网索加挑棚和木垛联合支护"方式能够较好地控制大跨度、大高度条件下的切眼顶板及两帮围岩的变形。介绍了该支护方式的具体支护参数及施工工艺,并成功应用于潘集第一煤矿2141(3)工作面。

锚杆支护组合构件的力学性能与支护效果分析

对目前常用的锚杆、锚索组合构件形式与力学性能进行了介绍,对比了不同组合构件的抗拉强度与抗弯刚度,分析了组合构件在锚杆支护系统中的作用。采用有限元数值模拟方法,计算了W形钢带在受拉、受弯及受剪状态下的应力分布与变形特征。介绍了组合构件在千米深井巷道、深部沿空留巷、松软破碎围岩巷道等复杂困难条件下的成功应用实例,包括巷道地质与生产条件,锚杆支护设计与支护效果。同时,分析了组合构件选择不合理时容易出现的压穿、撕裂、过大弯曲变形与折断、扭曲及各种组合破坏形式。针对不同形式的组合构件,提出了防止其破坏的建议。设计制作了测力钢带,在安徽淮南谢一矿的回采巷道中进行了钢带受力监测,初步研究了钢带在锚杆安装预紧阶段、掘进影响与稳定阶段的受力特征与变化规律。

综放工作面大断面切眼锚网索支护技术研究

根据现场工程地质条件调查分析、岩石物理力学特性和超厚坚硬高瓦斯大断面综放切眼围岩力学变形机制及其转化研究 ,提出了超厚坚硬高瓦斯综放工作面巷道锚网锚索耦合支护设计方案。根据试验结果 ,证明在白芨沟矿采用锚网锚索耦合支护技术在技术上是可行的、安全上是可靠的 。

锚网喷联合支护大断面硐室围岩稳定性分析

以鸣山煤矿北翼副暗斜井绞车房为例,运用塑性区理论和FLAC3D数值模拟软件计算分析了大断面硐室围岩的稳定性,进行了大断面硐室锚网喷联合支护初始方案设计,并通过后期现场观测,说明锚网喷联合支护效果良好,能够保证硐室围岩的长期安全稳定。