煤巷强帮强角支护技术研究进展

针对煤巷面临的高矿压、围岩破碎化等问题,提出了煤巷强帮强角支护技术,该技术能改善围岩应力状态、有效控制围岩变形,对于保证煤巷稳定性具有重要意义。从无支护煤巷、常规支护煤巷、强帮强角支护煤巷三个方面,系统地阐述了煤巷支护技术的研究现状。分析了无支护时煤巷变形破坏机制,发现煤巷破坏源于帮部和角部。分析了常规支护时煤巷的变形破坏机制,指出了常规支护的不足。从理论分析、模型试验及数值模拟三方面论证了强帮强角支护技术的科学性,进而阐述了煤巷强帮强角支护技术,并提出了具体措施。介绍了强帮强角支护技术在西山矿区和汾西矿区的应用情况。指出建立理论力学模型、改进模型试验、探究抗动载机理及推广应用是煤巷强帮强角支护技术进一步研究的方向。

煤巷强帮强角支护技术模型试验研究与应用

为研究煤巷支护技术,以汾西矿区煤巷为原型进行相似模型试验。通过配比试验确定煤岩层的相似材料,设计模拟锚杆和锚索的结构形式,阐述了实现过程。建立3组模型,分别模拟煤巷在常规支护、强帮支护、强帮强角支护下的效果,对试验结果数据进行对比分析,验证煤巷强帮强角支护技术的有效性,并成功应用于工程实践。研究结果表明:(1)强帮强角支护技术能提高顶底板的竖向应力,降低帮部应力集中区的竖向应力,改善围岩应力状态,形成顶板、帮部和底板的良性作用。(2)强帮强角支护技术能减小围岩的绝对位移和相对位移。煤巷帮部相对位移大于顶板相对位移,表明帮部比顶板整体性差,易发生局部失稳。(3)强帮强角支护技术能控制裂纹的产生与扩展,防止帮部和顶板发生破坏,提高安全性。(4)新峪矿工程应用及监测表明,强帮强角支护技术具有良好的适用性。

强帮强角应用于沿空留巷支护的相似模型试验研究

为研究沿空留巷变形破坏机制并验证强帮强角支护技术在沿空留巷中应用的有效性,以中兴矿沿空留巷为原型进行相似模拟和工业试验。依据相似理论确定模型试验的相似比,分别采用常规支护和强帮强角支护建立巷道模型,设计合理的测试系统、加载路径,对比2种方案的巷道破坏形态、围岩应力及位移,研究沿空留巷变形破坏机制;并将相似模拟试验结果应用于工程实践,验证强帮强角支护技术在沿空留巷的有效性。研究结果表明:二次回采超前期间的高应力是引起巷道变形破坏的主要原因,沿空留巷帮部与角部支护强度不足,导致帮部围岩首先发生破坏变形,进而引起帮部承载能力降低,顶板整体下沉;强帮强角支护通过增强帮部与角部支护强度,充分调动深部围岩的承载能力,改善帮部围岩应力状态,在沿空留巷的应用取得良好效果。

不同帮锚杆参数对煤巷支护效果的影响研究

为改善矿井巷道的应力状态,提高煤巷围岩的稳定性,在对强帮强角锚杆支护研究的基础上,分析不同帮锚杆横截面积、帮锚杆长度及帮锚杆角度对煤巷支护效果的影响。结果发现:帮锚杆横截面积和长度对加强煤巷帮部支护强度的作用依序增大;而当帮锚杆倾斜向上的角度从0°增加至45°时,顶底板及左右帮位移变化呈现先减小后增大的变化趋势,且该区间存在相对最优角度值。

巷道中锚杆支护技术的对比分析研究

以某矿为研究对象,对巷道进行初步锚杆支护设计后,发现巷道两帮和角部的位移变形量均比较大。基于此,引入强帮强角锚杆支护设计方案,并对支护后的巷道位移进行监测,结果表明:通过增大锚杆的长度和直径,同时将帮部最上排锚杆倾斜一定角度,不仅可实现强帮达到强顶的支护效果,且改善了围岩的应力状态,控制了巷道的变形,保证了巷道的安全性。

锚杆支护技术的优化对比研究

为降低巷道围岩两帮的变形,进而提高围岩的整体稳定性,提出应用强帮强角锚杆支护技术,并与原锚杆支护技术进行对比研究,结论是:巷道变形过程历经最初高速变形时段、过渡时段及最终稳定时段三个时段,且优化后的锚杆支护技术明显降低了最初高速变形时段巷道左右帮的变形,表明应用强帮强角支护能够改善围岩的变形,增强巷道支护的稳定性。

不同锚杆支护方案对煤巷围岩应力的影响分析

为提高煤巷整体的稳定性,实现矿井作业的安全高效,主要对比分析常规支护、强帮支护及强帮强角三种锚杆支护,围岩应力状态的变化规律。分析得出:施加帮部和角部锚杆支护后,可有效改善围岩的应力状态,使顶板围岩的径向应力大幅上升,同时顶板的自身承载能力提升,还有利于围岩的稳定性,表明强帮强角锚杆支护对煤巷围岩具有很好的支护效果。

不同锚杆支护效果对煤巷围岩位移的对比分析

为提高煤巷围岩的稳定性和安全性,设计常规支护、帮部支护及强帮强角支护三种锚杆支护方案并,对比分析三种支护方案下煤巷围岩位移的变化情况。分析认为:加强帮部和角部锚杆支护,能够降低煤巷顶板的整体下沉量,以及降低帮部围岩的变形量;还能降低顶板岩层和两侧帮部的相对位移量,且相对位移量降低幅度明显大于位移量。

锚杆支护技术对巷道表面位移的影响分析

为提高煤巷帮部围岩的稳定性,进而实现巷道的整体稳定,提出采用强帮强角锚杆支护的设计方案,并对支护后的巷道顶板、左右两帮变形量进行分析。结果表明:巷道顶板、左右两帮变形都存在加速变形、过渡和基本稳定三个时段:采用强帮强角锚杆支护,能够大幅改善围岩变形,增强巷道整体支护的稳定性。

国内外煤巷支护技术研究进展

简要总结我国煤巷支护领域现阶段的部分主要成果,同时阐述国外煤巷支护技术研究现状。国内煤巷支护技术近些年主要是围绕锚杆支护而开发的多种单一或组合支护系统,但是煤巷支护现场不断涌出了的新问题;国外煤巷支护系统具有多样性,为我国煤巷支护理论、装备及技术研究的进一步完善、多元化发展尤其是千米深井煤巷围岩控制带来了有益的启发。笔者综合采用理论分析、模型试验、数值模拟及现场试验等多种研究方法对煤巷支护深入研究,提出煤巷强帮强角支护理论与技术、纵向梁复合式支护技术、协同支护技术、抗剪锚管索支护技术,实现了真正意义上的"锚杆锚索一体化(协同)支护"。此外,基于研制的动压巷道物理模型试验装置,改进了煤巷支护模拟技术,然后讨论了每项技术的创新点、适用条件及意义、存在的不足及改进方向。最后,基于上述研究成果,提出了我国煤巷支护技术发展趋势与建议,未来煤巷支护将采用多种主动支护工艺相结合或主被动支护相结合等多元化方法,并逐步向智能支护方向发展。