煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化研究

煤矿顶板事故发生和巷道断面形状、围岩压力、顶板岩性以及支护强度有关。在煤矿巷道断面设计与施工中,若仅考虑支护参数与支护方式等问题,而忽视了巷道断面形状的作用,可能会增加顶板事故的风险。即便地质条件保持不变,不同的巷道断面形状也会产生不同的矿山压力。因此,要根据顶板情况选择正确支护方式,增加顶板稳定性。本文针对煤矿掘进巷道顶板事故预防措施及断面优化方式展开分析。

铜坑矿92号矿体巷道顶板岩体质量评价

以铜坑矿92号矿体+392 m中段某运输巷道为例,首先划分试验区并调查所需现场数据,然后采用MRMR岩石质量分类系统对巷道顶板岩体评分并确定其质量等级,最后基于分级结果给出合适的巷道顶板支护措施建议。结果表明,RMR法评分为50,属于III级岩体,修正后的MRMR方法评分为29,属于IV级岩体,由现场结构面调查情况可知,MRMR方法分级结果与实际情况更相符。

基于XFEM的煤矿巷道顶板裂隙扩展特征研究

针对巷道顶板裂隙扩展难预测的问题,采用数值模拟与试验相结合的方法,应用扩展有限元(XFEM)计算裂隙扩展路径,重点分析在外部荷载的作用下,不同裂隙深度和倾角下巷道顶板的裂隙扩展过程、裂尖应力变化以及能量耗散规律。结果表明:裂隙深度的变化对裂隙的扩展与贯通具有一定的导向作用;随着裂隙深度的增加,顶板破坏所消耗的能量会减少,裂隙的起裂时间也会发生滞后;基于XFEM的数值模拟与试验中的裂隙扩展路径基本吻合,同时验证了XFEM能够有效应用于煤矿巷道顶板的扩展模拟,从而为巷道顶板稳定性控制与预防裂隙扩展提供理论依据。

断层带附近巷道顶板淋水化学注浆治理技术

山东某矿埋深约800 m的南辅运大巷在靠近断层带的区段顶板淋水严重,淋水段总跨度约35 m,水量约5 m^(3)/h。淋水为顶板锚索导通顶板3~4 m之上的富水砂岩含水层所致。在分析顶板淋水水源及通道的基础上,设计采用通道及水源注浆封堵法,选用可注性及可控性优良的溶胶树脂化学浆液,对初期可见的出水点及后期由于水位回升而新生的多个水点均进行了有效地封堵,且后期几无返渗现象。

松散煤层回采巷道顶板围岩控制技术与应用

为解决松散煤层回采巷道顶板围岩控制技术应用过程存在的问题,以实际项目为例,分析了松散煤层回采巷道顶板围岩的变形破坏特征与控制机理,并采用先进仪器设备与数值模拟方法确定了围岩支护设计技术参数。结果表明,需在充分掌握围岩变形变形破碎影响的情况下,才能使围岩控制技术的运用起到事半功倍的效果。

回采巷道顶板大深度切缝后煤柱应力分布特征

以晋城煤业集团赵庄煤矿3305综采工作面工程地质条件和开采技术条件为背景,应用相似材料模拟和数值模拟方法,深入研究了回采巷道顶板切缝后不同切缝深度与回采巷道煤柱应力相关关系及应力分布特征。研究表明,与不切缝相比,回采巷道顶板切缝后,随切缝深度增加,垮落高度增加,以切缝高度处为垮落角顶点,顶板垮落角减小,垮落后矸石能够充满采空区并且支撑基本顶,减弱工作面采动应力传递,使煤柱应力降低。煤柱垂直应力峰值、垂直应力峰值位置距回采巷道煤壁距离和距工作面后方的距离与切缝深度成对数关系,煤柱垂直平均应力与切缝深度成非线性反比关系。

矿岩接触带巷道顶板变形问题研究

为研究矿岩接触带巷道顶板变形对接触带巷道稳定性的影响,以大冶铁矿矿岩接触带巷道为研究对象,通过力学分析,建立接触带巷道顶板力学模型,推导接触带巷道顶板岩梁挠度表达式;运用FLAC3D数值模拟软件,模拟接触带巷道顶板应力分布和沉降量的变化情况;通过现场监测试验,分析接触带巷道矿岩两侧顶板累积沉降量和沉降速率的变化规律。研究表明：接触带巷道两帮应力局部集中,顶底板存在卸压现象,且顶板应力在接触带处出现波动跳跃;巷道顶板沉降显著,但位移云图变化平稳,位移影响区范围为沿巷道方向接触带前后5.00m左右;接触带巷道铁矿侧顶板累积沉降量和沉降速率均比大理岩侧小;接触带巷道大理岩侧顶板沉降速率先增大后减小,铁矿侧顶板沉降速率先增大后减小再增大再减小。

矿岩接触带巷道顶板沉降变形相似模拟试验研究

为分析矿岩接触带巷道顶板沉降变形对巷道稳定性的影响,以大冶铁矿尖林山矿区接触带巷道为研究对象,基于相似原理,构建了矿岩接触带巷道物理相似模拟试验模型,设计了沿巷道走向与矿岩接触面对称布置的应变位移计监测方案,分析了接触带巷道顶板沉降变形规律。研究结果表明:接触带巷道顶板两侧岩体沉降变形量和变形速率存在差异,接触带巷道大理岩侧顶板沉降量和沉降速率大于铁矿侧;邻近巷道开挖扰动对已开挖巷道顶板变形破坏有较大影响,增大了接触带巷道两侧岩体的沉降变形程度。结合大冶铁矿矿岩接触带巷道顶板沉降量监测数据,从顶板沉降量、沉降速率2个方面对比分析了相似模拟试验和现场监测试验结果,表明矿岩接触带巷道顶板沉降变形规律具有一致性。

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。

巷道顶板离层对锚杆载荷影响的弹性分析

针对巷道顶板岩层变形不协调产生的离层量过大会使锚杆失效的问题,对离层产生的锚杆附加应力建立弹性力学模型,根据岩层相对移动时拉拔载荷对锚杆的作用机理,得出离层作用下锚固体的应力分布形式,分析发现:在相同离层位置条件下,离层值越大,离层对锚杆产生的附加应力就越大;在相同离层值条件下,锚杆中心处应力最小,越靠近边缘离层产生的附加应力越大,离层位置和锚固体的轴力、剪应力呈非线性关系。

基于三维激光扫描技术的巷道顶板监测研究

针对巷道顶板稳定性监测中存在的随着开采深度的增加,巷道顶板压力逐渐增加,巷道顶板垮落严重,顶板灾害频繁发生,而对岩性变化和构造的分析监测越来越困难的问题,研究了当前巷道顶板稳定性监测方法和三维激光扫描技术在变形监测中的应用,通过采用三维激光扫描的方法对巷道顶板稳定性进行监测,得出三维激光扫描技术在巷道顶板稳定性监测中的可行性。

生产爆破下巷道顶板稳定性的动态应力比分析评价

为了研究某矿井下中深孔生产爆破对临近巷道顶板稳定性的影响,利用Blastmate III型测震仪对该矿山日常生产爆破时,对巷道顶板进行爆破振动现场测试.结果表明,爆破振动的振幅与频率随着测点到爆源距离的增加逐渐降低;在对测试结果分析的基础上,利用动态应力比评价方法对所研究巷道的顶板稳定性进行稳定性计算分析,得到DSR≤0.125,以相同条件进行爆破生产时,所研究巷道顶板无损伤破坏.

锚杆支护巷道顶板离层界限值的确定

主要介绍了影响锚杆支护巷道顶板离层的主要因素，提出了确定顶板离层界限值的方法。

崩落法回采巷道顶板危险区域确定的解构法和数值模拟法

在铜坑矿92号矿体裂隙矿岩崩落法开采区域选取试验区,阐述崩落法回采过程巷道顶板危险区域确定的解构法和数值模拟法的具体内涵,对两种方法计算结果及差异性进行分析比较。结果表明:解构法能够准确解算危险结构体可能失稳的形式和具体赋存位置,但其从矢量角度确立的危险结构体数量、危险区域分布范围比真实情况略小,巷道稳定性结果略高;数值模拟法考虑卸荷和爆破作用影响,对回采过程顶板下沉、结构体失稳状态分析较准确,但采用虚拟裂隙面控制结构面发育范围,导致确立的危险结构体数目过多,巷道稳定性比工程实际略低;工程应用中应以解构法为主、数值模拟法为辅,综合确定巷道顶板危险区域。

基于云模型的巷道顶板稳定性模糊评价与应用

采场巷道岩体结构复杂,局部应力高度集中,顶板失稳破坏现象时有发生,对井下工作人员及设备造成了很大威胁,因此开展巷道顶板的稳定性评价研究十分必要。选取巷道结构特征因素、岩体质量因素、工程环境因素等评价指标,构建了具有模糊性、客观性的稳定性评价指标体系;利用云模型代替隶属函数,构建了基于云模型的巷道顶板稳定性模糊评价模型。以程潮铁矿-430 m水平采场充填体下部崩落采场巷道顶板为工程实例,利用构建的评价模型对巷道顶板稳定性进行了评价,结果表明:原支护方式下的巷道顶板稳定性评价结果为“不稳定”;调整支护措施后重新进行评价,发现顶板的稳定性明显提高。研究结果表明该方法在巷道顶板稳定性评价中具有科学性和实用性,评价结果可为后期巷道顶板监测与治理提供参考。

顶板离层仪在煤矿巷道顶板稳定性监测中的应用

介绍了巷道顶板离层仪的结构、工作原理及安装要求,以及在陕西某煤矿巷道顶板稳定性监测中的应用情况。顶板离层仪结构简单,易于操作,成本低,能较好地适应井下条件,在巷道顶板管理中,具有很大的应用价值。

巷道顶板离层指示仪及其应用

介绍LBY型巷道顶板离层指标仪的结构、工作原理和使用方法 ,以及在煤矿井下巷道的应用情况 ,分析顶板离层监测在判断巷道顶板的稳定性和安全程度 。

巷道顶板锚杆支护机理的极限载荷分析

运用薄板塑性极限理论分析了巷道顶板的破断极限载荷 ,讨论了影响极限载荷的因素 ,并给出了一个工程实例。

可靠性分析在煤矿巷道顶板稳定性分析中的应用

把可靠性理论引入煤矿巷道顶板稳定性分析中,通过对锦界煤矿93401回风巷道的分析,探讨了可靠性分析方法在煤矿巷道顶板稳定性分析中的可行性,结果表明,可靠性分析方法中的蒙特卡洛法和概率矩点估计法都适用于煤矿巷道顶板的稳定性分析。为煤矿巷道掘进设计提供了更多、更可靠的理论依据。

巷道顶板中的自稳隐形拱

根据巷道顶板的受力状况 ,首次提出巷道顶板中的“自稳隐形拱”概念 ,并根据这一观点 ,将顶板岩体划分为 4类 ,即稳定岩体、挤压承载岩体、不稳定岩体和易冒落岩体 ,为支护设计提供依据。