冲击地压巷道围岩改性研究

针对巷道围岩改性的研究,主要采用理论解析及室内试验相结合的方法,先分析改性前影响围岩塑性区范围的因素,再利用试验研究改性后不同时间段内试件的力学特性及声发射特征,通过抗压、抗拉、抗剪、声发射实验手段研究围岩改性体破裂力学显现过程。结果表明:改性前围岩塑性区范围受支护阻力、侧压力系数、软化系数、扩容梯度及残余强度等参数的影响;其他条件一定时,提高围岩破碎区的残余强度可减小围岩塑性区的范围;改性体7 d、14 d、28d的抗压强度逐渐增加,最终达到原煤样强度的48.95%,28天的抗拉强度达到原煤样强度,黏聚力与完整煤样相比提高了2.05倍,对围岩塑性圈的改良均有很好的效果;声发射研究得到:7 d、14 d改性体试件的声发射信号变化较强烈,且在各个阶段都有大量的声发射信号产生,在受力情况下试件内部情况复杂,而28 d改性体的声发射信号变化较稳定,主要集中在破坏前后,在时间的作用下改性体的破坏形式逐渐由延性破坏转变为脆性破坏,证明28 d后改性体的强度达到饱和值,在围岩改性强度稳定后才能发现再次进行施工。根据实际情况制定围岩注浆改性方案,并监测围岩顶底板及两帮的移近量,改性后的围岩稳定性增加,变形量减小。

含夹矸厚煤层地面定向钻预注浆围岩改性及巷道支护技术研究

为解决复杂地质条件下,巷道掘进期间施工难,工序复杂等问题,以淮北矿业信湖煤矿818里机巷为工程背景,提出了利用地面定向钻预注浆技术对巷道围岩进行掘前治理的方案,运用FLAC^(3D)软件模拟了注浆前、后巷道开挖后围岩变形特征,并在现场注浆试验后,通过钻孔窥视的手段,观察了浆液在围岩中的扩散情况;结合巷道的地质条件及施工特点,确定了夹矸顶板巷道的支护形式,并对注浆区域与非注浆区域进行长期持续性的矿压监测。结果显示:同一支护形式下,治理区域相较于非治理区域,两帮移近量和顶板下沉量分别降低了31.82%、36.77%,证明了地面定向钻预注浆围岩改性技术,对加强围岩自承载性能,提高巷道稳定性具有良好效果。

破碎围岩穿脉巷道修复及支护技术研究

某铁矿井下穿脉巷道围岩节理发育破碎,夹层弱面较多,穿脉巷道反复变形破坏,影响安全生产,需探索更适用的破碎围岩穿脉巷道修复及支护技术。通过分析巷道支护体系破坏原理,结合同类型工程案例,制定了“围岩改性+预应力锚网喷+短锚索+钢筋梯+壁后充填”的巷道修复及支护方案,将巷道内部支护与表面支护有效结合,保证破碎围岩穿脉巷道修复后的稳定性。经实践验证,该修复及联合支护方案对破碎围岩穿脉巷道优化效果良好,避免了巷道反复破坏,大大降低了修复费用和修复过程的安全隐患。研究结果可为类似破碎围岩穿脉巷道支护修复设计提供参考。

麦垛山煤矿沿空巷道围岩变形综合治理方法研究

麦垛山煤矿6号煤工作面巷道底鼓量达到巷道高度的50%~70%,两帮移近量达到0.7 m左右,严重影响巷道的正常使用。从现场实际出发,针对煤柱尺寸、围岩岩性以及采空区上覆岩层运动等影响因素,对130608风巷底鼓变形破坏原因进行深入分析。利用数值模拟、现场监测等方法,研究复杂地质条件下采动破坏巷道的围岩变形机理,提出“小煤柱卸压+巷道围岩改性+顶板水压致裂”综合治理方案。结果表明,结合130608工作面实际情况,预留6 m的小煤柱一定程度上缓解了应力集中现象。采用注浆方法尤其是选用高强无机注浆材料可以较好实现改良围岩特性的注浆加固效果;采用顶板水压致裂的方法,达到在一定程度上软化并致裂顶板,降低深部岩体强度的目的。研究成果可为类似矿井复杂地质条件下的巷道围岩变形治理提供借鉴。

千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研发与实践

高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力,是巷道围岩“支护-改性-卸压”协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差,常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题,开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研究与实践。开发高压劈裂注浆工艺,研制高压劈裂注浆装备,试制的矿用气动注浆泵最大工作压力超过30 MPa,采用微纳米无机有机复合改性材料,经过超细加工,95%的粒径≤9μm,在121302运输巷掘进工作面进行高压注浆改性试验,对注浆压力-流量变化规律、注浆量、浆液扩散半径等参数统计分析,对注浆改性后的效果进行了测试评价。试验结果表明:注浆压力与注浆流量是劈裂注浆的主控因素;掘进工作面超前注浆平均启劈压力在22 MPa左右;滞后掘进工作面6~8 m注浆,适当降低排量,注浆过程进入高压微劈裂-渗透注浆阶段,增强注浆效果。高压劈裂注浆改性工艺解决了高应力低渗透软岩“注不进”的难题,保证锚杆索锚固质量,改善新掘巷道成型。巷道围岩改性效果理想:现场取样SEM扫描电镜细观形貌分析可发现,高压劈裂注浆工艺下,新型微纳米有机无机复合改性材料可注入最小约2μm宽度的裂隙;浆液水化固结体密实并与煤界面结合致密;纳米压痕试验证明煤浆界面区弹性模量高于煤,致裂重新黏合后的煤体力学性能强于之前。

马兰矿采面轨道巷过陷落柱锚注支护技术试验

为解决巷道掘进过陷落柱围岩控制难题,以马兰矿10607采煤工作面轨道巷揭露S158、S163陷落柱为工程背景,巷道过陷落柱采取加强支护技术措施,包括破碎围岩改性提高围岩强度、高强度锚网形成主动支护结构、支护结构及围岩表层硬化,经现场试验表明揭露陷落柱区域巷道位移量相对较大,变形时间相对较长,但巷道整体变形可控,效果良好。