深部厚顶煤巷道锚索箱梁支护及优化设计

针对深部地层中厚顶煤巷道难支护、顶板变形大等问题,以东滩煤矿3308工作面轨道顺槽为研究对象,通过理论计算,明确以箱梁作为锚索梁的型钢托梁结构存在支护优势,并采用数值分析方法,对箱梁截面参数进行优化设计,得到适用于断层、破碎带等复杂条件下沿空留巷的锚索箱梁截面参数,并将优化结果应用于现场试验。结果表明,掘巷期间,试验段锚索箱梁无变形,整体稳定性高;回采期间,对比T型钢带与U型钢锚索梁2种支护方式,锚索箱梁支护系统变形发展速度最慢,其总变形仅为T型钢带与U型钢锚索梁支护的69.3%,且锚索箱梁支护效果良好。

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统现场试验对比研究

针对巨野矿区深部高地应力厚顶煤巷道支护特点,以"先抗后让再抗"支护理念为指导,研制高强让压型锚索箱梁(PRABB)支护系统。该系统具有预紧力损失小、定量让压、支护力传递效果好、护表面积大等特点。分别以箱型支护梁和矿用12#工字钢为托梁设计了横梁、纵向单梁和纵向双梁共6种支护系统。以赵楼煤矿深部厚顶煤巷道为工程背景,利用数值试验对其支护效果进行初步分析,并在3302工作面顺槽进行6种支护系统的现场试验对比研究。现场试验结果表明:(1)相对于原支护方案,6种锚索梁支护系统均能有效控制巷道围岩变形;(2)PRABB支护系统试验段巷道支护效果整体优于工字钢锚索梁方案,前者围岩变形量比后者小15%～25%;(3)纵向单梁支护系统对巷道围岩的控制效果最好,纵向双梁支护系统次之,横梁支护系统相对较差。根据试验结果对钢梁不同布置方式的围岩控制机制进行分析表明:纵向单梁支护系统可有效控制厚顶煤巷道顶板关键部位的变形,调动围岩自承能力,使巷道变形得到较好控制。在深部厚顶煤巷道支护时,采用PRABB支护系统纵向单梁方案,可达到经济有效控制巷道围岩变形的目的。

深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机制模型试验研究

为研究深部厚顶煤巷道围岩变形破坏特性及其机制,以赵楼煤矿千米深井厚顶煤巷道为工程背景,开展了大比尺地质力学模型试验,对让压型锚索箱梁支护系统作用下的巷道围岩位移、应力演化规律进行的研究表明:巷道顶底板围岩竖向应力释放较两帮剧烈,水平应力释放反之,巷道顶板中部围岩是顶板竖向应力释放的主要部位。通过与现场试验结果对比验证,总结出深部厚顶煤巷道围岩变形破坏的3个主要特征:顶板变形破坏较两帮和底板严重、顶板围岩变形破坏主要发生在煤岩交界面以下的煤体中、巷中是顶板变形破坏的关键部位,并进一步分析了相应机制:顶板煤岩松软破碎、自承能力差、顶板及其巷中竖向应力释放相对更为剧烈、矩形巷道顶板受力状态差等因素,导致顶煤所受径向应力低,碎胀变形剧烈,且弯曲变形、离层严重,顶板受力结构恶化,最终导致顶板控制困难。

深部厚顶煤巷道大型地质力学模型试验系统研制与应用

为研究深部厚顶煤巷道围岩应力演化规律与变形特征,研制了大型地质力学模型试验系统。该系统由反力装置、柔性均布压力加载装置、数字智能液压控制系统和高精度多元实时监测系统组成,具有可自由拼装、模拟空间大、荷载集度高、边界加载均匀和模拟精度高等特点。以赵楼煤矿3302工作面运输巷为工程背景,通过大量的相似材料配比及力学参数测试,确定了两种不同系列的材料分别模拟砂岩和煤层;设计制作了预应力锚杆(索)、箱型支护梁、钢带及托盘等相似构件;对让压型锚索箱梁支护系统进行了大比尺模型试验研究,得到了深部厚顶煤巷道开挖支护过程中的围岩内部应力演化与变形规律。结果表明,该系统能够较好地进行深井煤巷及其他大型地下硐室开挖支护全过程的模型试验研究。

深部厚顶煤巷道围岩稳定性相似模型试验研究

针对深部厚顶煤巷道围岩控制难题,采用相似模型试验方法,分析了埋深、构造应力等因素对厚顶煤巷道围岩变形、围岩应力及支护结构的影响,揭示了厚顶煤巷道围岩稳定性规律:随着埋深增大,两帮及顶煤内应力峰值增大,围岩变形破坏程度增大;随着构造应力增大,围岩变形破坏程度增大,构造应力对顶煤稳定性影响显著,顶煤水平应力呈现出"两端低、中部高"分布形态,且应力峰值位置随构造应力增大向深部转移,下位顶煤、煤层与顶板交界面附近的顶煤破坏严重,最终发生"尖顶型"垮冒;顶板锚杆和穿过煤岩层交界面的锚索易被剪断。对于深部构造应力作用下的厚顶煤巷道,认为提高顶煤锚固体的抗剪能力尤为重要,提出采用"高强高预紧力锚杆及斜拉锚索梁"支护技术,以此增强厚顶煤锚固体的抗剪能力、提高两帮承载能力,顶煤和两帮稳定性的提高则有助于减小底臌量。研究成果成功应用于工程实践。

输煤巷道通风排尘特征参数数值模拟优化研究

针对输煤巷道煤炭运输过程中煤尘污染问题,利用数值模拟的方法,对不同风速下的煤尘颗粒运移规律、巷道底板沉积煤尘粒子扬尘规律进行模拟。通过对两种模拟结果进行对比分析,确定在一般干燥巷道中排尘风速以1.5～2.7 m/s为宜,既有利于粒径小于24μm的煤尘颗粒排出井外,也有利于粒径大于24μm的煤尘颗粒沉降;并且风速+带速不超过4m/s为宜,可以把粒径小于30μm的煤尘颗粒排出井外,很好地起到风流稀释作用。并与现场实测结果进行对比,结论基本一致。

厚顶煤巷道顶帮整体锚固支护体系研究与应用

针对深部应力作用及常规支护条件下厚顶煤矩形断面巷道围岩变形量大的问题,分析主要原因是巷道肩部围岩裂隙发育,顶帮锚固体相互独立,支护结构松散。从厚顶煤巷道围岩失稳破坏机理出发,采用FLAC3D数值计算,对顶帮整体锚固支护体系及传统锚固支护的支护预应力场分布特征及巷道围岩变形破坏规律进行了对比分析。结果表明,顶帮整体锚固支护体系能够改善肩部围岩为挤压式传力机制,抑制肩角处围岩剪切裂隙的产生和发育,增强顶帮围岩在空间上的相互支撑作用,有效提高围岩自承能力,防止厚顶煤巷道发生冒顶、片帮等非线性大变形现象。现场应用表明,采用顶帮整体锚固支护体系后,巷道顶板最大下沉量为50 mm,两帮移近量最大为100 mm,支护效果良好。

与地应力耦合的软煤巷道断面形状

依据轴变论思想,结合结构力学的力学机理,研究了适应高水平应力软岩煤巷的断面形状。研究表明"平顶弧帮"形巷道围岩承载、抗弯、自稳能力均优于直墙矩形巷道。通过UDEC数值模拟,从破坏场、应力场和位移场等方面分别验证了弧墙的优越性,特别是对煤巷的两帮变形能起到更有效的控制作用。

输煤巷道煤尘扩散的数值模拟

研究了井下皮带输煤巷道中煤尘的扩散规律。提出煤尘扩散的数学模型,对空气流运动采用雷诺平均数值模拟,再与澳博利恩公式耦合模拟出巷道中煤尘的浓度分布。选取三种不同大小的煤尘分别进行模拟。选定五个观测点,分别绘出浓度在y向的变化曲线,揭示了煤尘的起尘规律以及煤尘的颗粒直径对起尘浓度的影响。研究表明颗粒的起尘浓度与颗粒直径成反比。巷道中的气粒两相流从非均质流向均质流演化,演化的速度与颗粒的直径成正比。呼吸性煤尘起尘浓度大,煤尘颗粒主要集中在输送带到其上方1 m处。

用离散单元法评价采煤巷道地面建筑适宜性

根据建筑物下部采煤巷道的断面尺寸、位置及埋深等地质条件,针对地面拟建建筑物的特点,分别应用二维及三维离散单元方法,对工程场地的地面变形进行了定量评价,得出了地面建筑物在巷道影响下的水平位移量及竖向位移量。结果分析认为,地下巷道的存在不会对上部建筑物造成威胁,仅会产生微小沉降变形。同时提出了一些工程安全措施,为工程建设的顺利实施提供了必要依据。

南村隧道与挖煤巷道交会处理技术

南村隧道是北京108国道改建工程中的重点工程,在施工过程中遭遇挖煤巷道,对隧道的施工安全构成了巨大威胁。施工中采取技术措施,为隧道顺利通过挖煤巷道段提供了安全保证。

超前预注浆加固技术在软煤巷道掘进中的应用

兰花集团大阳煤矿3201回风顺槽掘进工作面在穿越陷落柱周边煤巷时,围岩软弱破碎,工作面发生漏顶和冒顶频繁,通过对工作面进行超前预注浆,提高了顶板的强度,保证了顶板的完整性,为工作面安全高效推进创造了条件,也为类似地质条件的巷道掘进提供了宝贵经验。

深部托顶煤巷道支护技术研究

针对新矿集团新巨龙煤矿-800 m水平托顶煤巷道围岩变形破坏严重的问题,通过现场调研,得出了该类巷道变形破坏特征,顶板变形破坏明显高于两帮。基于数值模拟,探讨了托顶煤巷道围岩的塑性破坏范围,提出了高强度锚网索联合支护,确定了支护参数,并将锚网索联合支护应用于现场,取得了较好支护效果,为此类托顶煤巷道的支护设计提供了借鉴。

煤矿大断面托顶煤巷道变形机理及控制技术研究

为了解决煤矿大断面托顶煤回采巷道支护问题,以王庄煤矿7105工作面运输巷为工程背景,通过数值模拟分析了大断面托顶煤巷道裸巷平衡时围岩塑性区形态、位移及应力演化规律;基于普氏自然平衡拱理论,建立了两帮稳定时大断面托顶煤巷道顶板冒落拱力学模型,通过数学计算得到了分层冒落拱高度,运用两帮塑性区力学模型计算托顶煤巷道帮部塑性区宽度,结合数值模拟方法,设计了锚杆锚索联合支护参数和支护方案,并应用于工程实践。研究结果表明:巷道周边出现"蛙形"塑性区,顶板拉伸破坏区呈规则穹隆形,与巷道顶板普氏拱效应相吻合,托顶煤离层严重,冒落拱高度超过托顶煤厚度;两帮在该工况下塑性区发展有限,帮部较为稳定;在厚顶煤存在情况下,大断面托顶煤巷道变形特点是顶板最大,帮部次之,底板最小。现场监测结果证明,借助大断面托顶煤巷道顶板冒落拱力学模型、两帮塑性区力学模型理论计算,结合数值模拟比选的巷道锚杆支护参数和支护方案,能有效控制围岩变形,保持巷道稳定。

煤矿大断面托顶煤巷道围岩变形破坏机理

为了解决煤矿大断面托顶煤巷道支护难题,借助理论分析、数值模拟等方法对王庄煤矿7105工作面运输巷围岩变形破坏机制进行研究,分析了不同巷道断面、顶煤厚度在无支护时的围岩塑性区、位移场、应力场的演化规律。结果表明,顶煤厚度对大断面托顶煤巷道的稳定性影响重大,顶板下沉量随顶煤厚度增加而变大;随着巷道断面的扩大,围岩塑性区相应增加,两帮和顶板变化较大,底板无明显变化;适当减小顶煤厚度,即增大巷道高度,可有效控制巷道顶板变形,但应对巷道两帮加强支护;若巷道宽度,即跨度增大,顶板的位移量增加,应补打锚索加强顶板支护。监测结果显示,基于此结论设计的支护方案能有效地控制围岩变形。

高瓦斯留顶煤巷道过断层群联合支护技术研究

针对大同煤矿集团大同矿区云冈矿高瓦斯留顶煤掘进巷道过断层群顶板极易破碎问题,严重影响了巷道的正常使用和工作面正常回采,通过现场观测与理论分析相结合的方式,提出了以钢梁棚、锚杆锚索、马丽散固化顶板的联合支护与探巷等施工工艺,有效解决了高瓦斯留顶煤掘进巷道过断层群中顶板极易破碎、瓦斯管理、探巷等难题。

厚煤层大断面托顶煤巷道围岩稳定控制研究

为解决龙泉煤矿4#煤层大断面托顶煤巷道稳定性问题,以龙泉煤矿4203工作面回风巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法对巷道稳定性进行研究;首先建立了巷道岩层稳定性力学分析模型,并推导了顶煤破碎位置计算公式,确定了影响顶煤破坏的主要因素;其次采用UDEC-Trigon模型对不同顶煤厚度下巷道的应力、塑性区及围岩位移量进行了分析。结果表明:巷道顶板发生剪切破坏与岩石内摩擦角及岩块(面)之间的摩擦角有关,且破坏位置在巷道两帮肩角位置。通过对比不同顶煤厚度下支护方案的支护效果,提出了4203工作面回风巷高预应力、高强度锚杆索及时支护巷道的围岩综合控制技术;优化后的支护方案在现场进行了应用,实测得出顶底板最大变形量为104 mm,两帮最大变形量为86 mm,实施效果得到明显提升。

锚索支护技术在托顶煤巷道中的应用

通过在徐州矿务集团张双楼矿7113工作面上下顺槽煤层顶板中采用锚网梁和锚索支护的实例,阐述了在托顶煤巷道掘进中如何选择巷道支护的经验。

软煤巷道底鼓治理技术探讨

文章以平陆晋平煤业回采巷道底板泥岩易底鼓为工程背景,采用理论分析、数值模拟的方法,对比分析了注浆加固技术下的巷道围岩应力与塑性区分布规律,并对巷道围岩变化趋势进行了深刻探讨,验证了注浆加固技术对巷道围岩的显著控制效果。研究结果为平陆晋平煤业回采巷道底鼓治理提供了指导,同时为相似条件下煤层群开采提供了新思路。