基于自然平衡拱的巷道锚杆锚索支护参数优化与应用

针对色连一号煤矿4-1煤8107工作面煤层采高大及回采巷道易片帮的问题,结合该工作面回采巷道实际地质情况,提出采用锚杆锚索联合支护技术,基于自然平衡拱理论对支护参数进行计算,确定相应的支护方案,并在回采过程中现场监测顶板及两帮位移变化量。结果显示:回采过程中顶板最大沉降量为19.8 mm,两帮最大收敛量为26 mm,围岩基本处于稳定状态,验证了该回采巷道锚杆锚索联合支护方案的合理性和安全性。

自然平衡拱托顶法防治破碎迎头冒漏快捷掘进技术

针对巷道过破碎岩层常用掘进方法和防治迎头冒漏方法弊端,运用并拓展自然平衡拱理论,认为自然平衡拱形成后有稳定承载性和自行垮空性2种属性,要主动创造和应用自然平衡拱,在此基础上提出了1种自然平衡拱托顶法防治破碎迎头冒漏快捷掘进技术;阐释了设计原理和施工工艺,论证了正确性和科学性;通过现场工程实践证实了适应性和有益效果;解决了现场问题,实现了快捷掘进及安全和效益双赢。

基于自然平衡拱的巷道锚杆支护技术的应用与研究

锚杆支护作为现代煤炭开采的一项先进支护技术已逐渐取代传统的架棚支护,其优越性日趋显现。在某矿,9#煤层锚杆支护已取得良好应用,但在3#煤层还未曾使用过。运用自然平衡拱原理进行理论计算并结合该矿实际情况,确定了3#煤层锚杆支护方案并制定了相关施工操作要求。3#煤层采用锚杆支护后,巷道变形情况得到了有效控制,并且在减少了巷修工作量、提高单进、降低成本方面也取得了明显效果。

深埋隧道穿越二元地层普氏围岩压力研究

当前隧道建设过程常面临穿越多元地层的情况,其中处于二元地层中隧道围岩压力的计算方法存在争议:当两种地层地质参数相差较大时,常用的均值法不再适用。在二元地层中,通过研究普氏理论围岩压力计算方法的使用条件,以地层的物理性质为基础,设立计算宽度标量W并基于物理计算模型分析,提出二元地层情况下普氏自然拱的建模方法及改进计算方法,称为修正参数法。通过对实际工程中的案例分析,使用修正参数法和常用取均值法分别与工程实测数据进行对比。结果表明,随着二元地层地质特性差异变大,常见均值法结果与实测值相差越大,数值结果最大相差为15.8%,均值法不适用。提出的修正参数法由于计算参数综合考虑了二元地层特性,适用于各种差异程度的二元地层情况,可为隧道穿越二元地层的围岩压力计算提供参考。

块体岩石拱与锚喷支护原理(上)

论述了非连续岩块的受力特征、成拱机理、破坏形态和作用在喷层的围岩压力,以及锚喷的施工特点和要求。

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202(3)上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了"适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度"等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。

综采面超前巷道围岩变形破坏特征与加固技术研究

针对综采面超前巷道支承压力大及其诱发的巷道变形破坏问题,采用单轴压缩试验、数值模拟、理论分析、工业性试验等方法,开展了综采面超前动压区巷道的变形破坏特征的研究。通过单轴压缩试验,得到了工作面顶板的物理力学参数;利用实验所得数据进行数值计算得到了超前巷道围岩塑性区演化规律;依据自然平衡拱理论,计算了控制超前巷道稳定所需的支护强度;总结了主动支护对超前巷道围岩稳定控制的重要性,评估了锚注技术在超前巷道中应用的可行性。选取平煤一矿戊8-32080工作面机巷进行了现场工业性试验,取得了良好的巷道控制效果。研究成果不仅显著减少了巷道变形量,而且保障了工作面的安全高效生产,对其他类似超前巷道的支护设计提供了借鉴。

爆破-锚喷联合支护技术研究

为解决梁家煤矿煤2巷道的冒顶和底鼓现象,根据自然拱及爆破理论,针对煤2巷道由断面形状引起的巷道拱形两侧出现的应力集中现象,提出一种爆破-锚喷联合支护的方案,在巷道45°及135°斜上方一段距离进行爆破:一方面对应力集中区起到卸压作用;另一方面在巷道45°及135°斜上方的顶板范围内形成自然拱,充分发挥围岩的自撑能力,使拱内成为卸压区,降低支护强度。通过应用FLAC^(3D)数值模拟软件对爆破-锚喷支护方案进行模拟,数值模拟结果显示,这种新的支护方案很大程度上解决了煤2巷道的冒顶和底鼓现象。并通过矿压检测确定新支护方案的可靠性,为煤矿的安全高效生产提供了技术支持。

东升庙矿9号矿柱回收采空区围岩稳定性分析

以东升庙矿2#和11#矿床矿柱回收及空区处理项目为基石展开,目的是想在空区处理研究领域形成一套相对完善的空区处理关键性技术模式,通过开展东矿现场和室内试验研究,采用FLAC3D 4.0新版本数值模拟软件对空区围岩稳定性进行模拟分析,结合极限自然平衡拱理论对空区围岩可能冒落的范围进行预测,以便有效地控制地压,预防空区顶板围岩突然冒落造成矿山重大安全事故。我们对900 m中段以上9号矿柱回收过程进行了详尽的模拟研究,在9号矿柱回收过程中,空区上盘围岩的主要破坏形式主要为拉应力及剪应力超过屈服极限引发的塑性破坏,塑性破坏区域主要分布在空区上、下盘围岩隅角及32号矿柱上覆岩层内的部分区域。

大断面煤巷锚网索联合支护安全技术研究

结合某大断面巷道(断面面积34.125m2)的现场工程实际,采用自然平衡拱理论计算围岩塑性区破坏深度,并据此设计锚杆索支护相关技术参数。采用FLAC2D数值模拟和现场工程实测等方法验证支护的合理性和科学性,现场工程实测表明:巷道开掘50m后,巷道变形趋于稳定,顶底板累计变形量为114mm,两帮累计移近量为91mm,满足安全生产需求,巷道稳定性较好。

回采平巷架网喷联合支护技术应用实践

通过对耿村矿1301工作面回采巷道进行分析,提出了架网喷联合支护,利用自然平衡拱理论对支护参数进行了选择。经井下试验表明:该支护能够满足生产需要,可以在全煤巷道中推广应用。

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。

生土窑居窑顶坍塌阶段划分及修复方法研究

为分析生土窑居窑顶坍塌破坏的内在机理,基于地下洞室普氏平衡拱理论,导出窑顶的临界坍塌深度公式,提出局部轻微坍塌破坏与局部严重坍塌破坏的判断指标,建立了窑顶坍塌的阶段划分方法。在此基础上提出针对不同坍塌程度破坏的修复方法,对传统生土窑居的传承与保护有重要意义。

复合顶板巷道锚网索联合支护研究与应用

对山浪煤矿胶带大巷支护方式进行锚网索联合支护技术优化改进,依据巷道围岩地质条件,计算了围岩破碎区、塑性区范围和自然平衡拱的高度,得出合理的锚杆支护参数,并结合数值模拟对理论分析结果进行验证,确定方案能够有效保证巷道的整体稳定性,具有良好的社会经济效益。

再论采动岩体咬合岩块结构模型

根据采动岩体结构特点 ,进一步讨论采动岩体中普遍存在的自然咬合拱、巷道咬合圈、采场咬合梁、采场三咬拱、采场底板突水反三咬拱以及边坡咬合岩块等多种自然结构模型。并通过结构分析 ,得出前述咬合岩块结构的自由度 W=0 ,亦即 ,这些结构均为稳定静定结构。同时 ,阐述了采动岩体结构模型特点及采动岩体力学研究方面的若干进展。

干式充填局部接顶分块顶柱回采的探讨

矿山采场顶柱占有矿块比较大的一部分矿量,其回采是关系着国家地下资源回收的大事。回采方法不仅直接影响回采安全而且影响贫化损失率指标,故顶柱回采一直为采矿技术工作者们所重视。在借鉴近年来国内采用的干式充填顶柱回采方法经验教训的基础上,结合本矿地质、采空区和爆破方法等实际情况,利用岩石自然成拱,在岩石应力达到峰值前及时支护,构成假底、岩石拱与支护的共同体承受外在应力,形成的独特的干式充填局部接顶分块回采方法。

深部三软煤层支护体系建设研究

超化煤矿工作面两巷和采动影响区域巷道均采用郑州矿区常规的U型钢支护方式。随着采掘地点不断延深,两巷架棚巷道150 d的顶底板表面位移量达到720 mm,出现了前掘后扩现象。因此超化煤矿开展了深部三软煤层支护体系建设研究工作,基于自然平衡拱理论通过分析围岩的工程地质条件,优化支护参数,率先在郑州矿区试验了三软煤层全锚网支护。经过现场实施、效果观测,深部三软煤巷150 d的顶底板表面位移量由U型钢支护的720 mm降低到锚网支护的413 mm,建成了与矿井围岩地质相匹配的深部三软煤层支护体系,延长了巷道维修周期,为郑州矿区其他三软煤层矿井提供了参考。

安徽和睦山铁矿-300 m水平运输巷道锚索加强支护技术

安徽和睦山铁矿-300 m水平运输大巷围岩破碎,裂隙发育,现有的支护技术无法有效控制运输巷道围岩变形。该矿-300 m水平运输巷道在原锚网喷支护的前提下,采用收敛控制法,根据现场施工经验,设计采用了预应力锚索加强支护方案。结合自然平衡拱原理,通过理论计算确定了合理的预应力锚索支护参数。实践表明:采用预应力锚索进行加强支护可以有效控制围岩变形,为类似条件下巷道支护设计提供参考。

掘进头冒顶事故分析

作者对掘进头冒顶的特点及原因进行了分析,同时对临时支护设备的研制提出了几点建议。

浅埋深水体下巷道掘进安全性论证与实践

通过对荥经县更兴煤业有限责任公司开采技术条件条件的分析,得出了主平硐的开挖对余家坝水电站引水渠及余家坝小溪产生影响的条件;通过松动圈法计算出了主平硐开挖后所形成的松动圈半径,通过自然平衡拱法计算出了主平硐开挖后所形成的平衡拱高度,并提出了主平硐掘进方案的可靠性分析与安全技术措施,为该矿及其它类似条件下的巷道掘进设计提供了参考。