大断面迎采动巷道变形规律及切顶卸压控制技术研究

游仙山煤业15212工作面面临迎采动巷道掘进变形严重的问题,为探究更为有效的围岩控制措施,运用数值模拟、矿压监测等手段,研究迎采动巷道围岩控制技术,设计水力压裂切顶卸压方案来减弱采动影响。数值模拟研究表明方案具有可行性,坚硬顶板的合理压裂厚度为10 m,在15213回风巷进行水力压裂应用试验,压裂后,15212运输巷顶底板、两帮变形量分别降低63.5%、68.9%,巷道围岩得到有效控制,能满足工作面正常生产的断面需求。

深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。

深部采动巷道顶板稳定性分析与控制

深部采动巷道冒顶事故是当前煤炭资源开采中面临的重大难题。基于深部采动巷道围岩应力环境,分析了双向非等压条件下巷道围岩塑性区形成的力学机制及其形态特征,并对顶板稳定性影响因素进行了探讨。结果表明:1深部采动巷道围岩双向压力比值λ(0<λ<1)较小时,围岩塑性区形态不再是圆形和类椭圆形,而呈现出蝶形分布的特征,当碟叶位于巷道顶板上方时,容易发生冒顶;2采动应力方向决定围岩最大破坏深度的位置,并控制潜在冒落区的范围,当围岩最大破坏深度与潜在冒落高度相同时,顶板稳定性最差。要保持顶板围岩稳定,支护体必须要有足够的长度和延伸性能,据此,提出了可接长锚杆支护技术,现场试验结果表明,可接长锚杆较好地适应了顶板围岩的剧烈下沉,取得了良好的支护效果。

采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律

阐述了采动巷道围岩的变形规律，探讨了低阻力端锚和高阻力全锚锚杆在巷道围岩变形损伤过程中锚固力的变化规律，揭示了锚杆支护与围岩的作用机理。

采动巷道矿压显现特征及力构协同防控技术研究

以西北地区典型冲击地压矿井为工程背景,研究采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性,通过对典型厚硬顶板条件下重复采动巷道冲击地压显现特征及主控因素的分析,采用"点-面-区"相结合的方式对深部厚硬顶板采动巷道应力分布进行了探测,确定了回风巷冲击地压严重的主要原因为区段煤柱侧向覆岩结构破断和采动应力的叠加作用。提出冲击地压防治要从采动巷道围岩结构和应力环境双方面入手,通过调整采动巷道围岩应力环境,人为干预高低位岩层破断位态,增加高低位厚硬顶板破断所释放弹性能量的传递损耗,优化巷道围岩支护参数,提高工作面超前应力峰值附近巷道刚性支护系统瞬时吸能让压能力,并根据采场煤层赋存条件、围岩结构特征和应力环境不断改变的特点,动态调整各种措施的时空组合方式进而实现采动巷道的围岩稳定性控制。通过典型冲击地压工作面现场防冲实际,验证了采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性,为西北地区深部厚硬顶板条件下采动巷道冲击地压防治提供理论指导。

布尔台矿采动巷道顶板变形破坏特征与支护技术研究

针对神东集团布尔台矿二次釆动回采巷道顶板破裂深度大、变形量严重、冒顶事故频发等问题,采用现场观测、数值模拟试验和理论分析相结合的方法,研究采动巷道顶板变形破坏特征和工程可控性。结果表明:巷道二次采动影响期间顶板变形破坏严重,增加支护强度对顶板变形的控制效果极为有限,顶板下沉量远远超出锚索的承受能力,顶板破裂深度高达4 m左右,在现有技术条件下试图通过高强支护来限制顶板下沉是达不到的,须采用以控制冒顶为主的高延伸率、大锚固范围支护材料。据此,对锚杆接长装置进行了优化设计,并在布尔台矿42105回风巷进行了支护补强试验,试验结果表明优化后接长锚杆支护技术能够有效防止巷道冒顶。

弱胶结富水顶板采动巷道全锚索支护技术

为解决弱胶结富水顶板采动巷道支护难题,以色连二矿12307工作面回风巷为工程背景,采用数值模拟、钻孔窥视及现场实测等方法,研究了采动巷道围岩应力分布及顶板岩层破坏特征,分析了巷道围岩变形破坏原因,提出了"钢筋网护顶+横向布置的M钢带组合长短锚索+纵向布置的槽钢梁组合加固锚索"相结合的顶板全锚索支护技术。工程实践表明,采用上述支护方法,不仅可以防止顶板出现撕网及网兜现象,而且还有效控制了顶板下沉及离层,取得了良好的支护效果。

锚喷支护在采动巷道中的应用

根据锚喷支护巷道在受采动影响下变形及受损的机理分析 。

湾图沟煤矿高强度采动巷道稳定性评价研究

针对高强度采动巷道围岩控制难题,从实验室岩样尺度和现场巷道尺度研究了湾图沟煤矿13405工作面回风平巷围岩稳定性特征。结合单轴压缩试验和声波测试分析了干燥、自然及饱和状态下3组岩样的力学行为差异特征。利用钻孔成像,分析了高强度采动影响巷道围岩裂隙发育分段特征。结果表明:干燥、自然及饱和状态下岩样的单轴抗压强度和弹性模量依次降低,水分的存在极大地降低了岩石的强度和刚度。实煤体段围岩仅在深度1 m范围内发现少量纵向裂隙。高静压段两帮维护效果较差,煤帮裂隙极为发育,存在高量值的离层。动压段巷道顶板完整性较好,两帮均发现较大离层,且超出了锚杆正常锚固范围,严重影响了巷道锚固结构的稳定性。

采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究

陕蒙地区冲击地压显现大多发生在二次采掘扰动影响下,煤层上方厚硬岩层结构破断诱发工作面采场附近动压显现已成为煤矿生产中重大安全隐患。为阐明采动巷道上覆高低位厚硬岩层破断对区段煤柱受力以及巷道围岩稳定性的影响,建立高低位厚硬岩层破断结构的力学模型,得到破断扰动影响下区段煤柱结构变形特征及应力分布特征,以巴彦高勒煤矿11盘区煤样试样为研究对象,利用自行设计的高位岩层模拟加载装置,借助非接触式全场应变测量系统的数字散斑相关分析方法,对高低位厚硬岩层在区段煤柱上方不同破断位置组合下区段煤柱及低位岩层的应力变形特征进行了试验研究。分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制,建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中,高低位厚硬岩层不同的破断位置组合,对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。区段煤柱整体结构稳定性与破断点位置密切相关,煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。随着破断点远离区段煤柱,区段煤柱受力由压剪逐渐转化为采空区煤顶传递的压弯作用。高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响低位顶板的破断情况,当低位破断点处于高位破断点以内,低位顶板随高位顶板破断1次,反之则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。随着高位顶板的破断,采动巷道及煤柱上覆岩层应力减小,区段煤柱稳定性下降,冲击地压风险增大。试验研究为陕蒙地区深部厚硬顶板条件下采动巷道动力灾害防治和区段煤柱设计优化提供了参考。

深部采动巷道应力演化及控制技术

为有效控制深部采动巷道围岩变形,针对某煤矿典型巷道工程地质条件,模拟研究了采动影响下巷道围岩应力及变形的演化规律,提出了深部采动巷道围岩强化控制技术,并开展工业性试验。研究结果表明,随工作面推进,巷道表面位移与其对应的应力变化趋势一致,大巷保护煤柱尺寸以105 m为合理;采用重型U型钢壁后充填+锚杆锚索协同承载+巷道滞后注浆技术,巷道围岩变形得到有效控制。

采动巷道锚喷支护浅析

结合生产实际 ,分析了锚喷支护在不同岩性、不同生产周期的支护情况 。

采动巷道底鼓机理分析及治理技术研究

为了加强底鼓治理在巷道底板和角部的研究,通过对采动巷道底鼓机理的分析和对其治理方法的研究,重点阐述了加固底板及底角控制巷道底鼓方法,为进一步研究底鼓治理奠定了基础。

采动巷道稳定性数值模拟分析

阐述了岩体变形时的能量转化过程,指出巷道围岩体的失稳破坏是能量耗散与可释放应变能积聚共同作用的结果,提出以虚拟拉动力来表征掘进巷道围岩体表面径向支撑力的改变。引入能量密度概念,借助FLAC 3D软件,对付村煤矿采动巷道稳定性进行数值模拟,得出结论:工作面推进时,巷道围岩实帮肩部产生能量积聚核区,并向巷道表面扩展;采后稳定时,核区能量密度增加,有引起巷道围岩产生塑性大变形甚至引发冲击地压的可能。建议采用柔性刚性联合支护的方法,控制围岩塑性圈厚度和变形。

深部采动巷道底鼓控制技术及治理效果

针对开滦集团东欢坨矿8#煤层深部开采动压回采巷道剧烈底鼓现象,本文采用有限差分软件FLAC对不同底鼓治理措施(底板卸压槽、底板锚杆及底板钻孔)进行数值模拟,分析各种防治措施下巷道底板位移及应力分布特征,提出卸压法(底板卸压槽)与加固法(底角锚杆)相结合的底鼓控制措施。继而将"卸压与加固"联合控制底鼓方案应用于一条典型的回采巷道底鼓地段,治理效果表明底鼓量及变形速率均在可控范围之内,该联合技术控制底鼓效果显著。

采动巷道围岩塑性区理论分析与支护对策研究

基于弹塑性理论,引入垂直动压系数与水平动压系数2个参量,建立了采动圆形巷道围岩力学分析模型,导出了其塑性区边界隐形方程,探讨了采动巷道围岩塑性区几何分布形态,提出了考虑塑性几何分布形态的采动煤巷围岩实用支护对策。研究发现:随着垂直主应力动压系数Dvert的逐渐增大或水平主应力动压系数Dlev的逐渐减小,塑性区的几何分布形态由圆形→椭圆→圆角矩形→蝶形发展,且垂直主应力动压系数Dvert越大或水平主应力动压系数Dlev越小,巷道围岩更易产生蝶形塑性区,蝶叶的发育尺寸和范围更大;采动巷道围岩主应力方向发生变化,其蝶叶也会产生不同程度的旋转,当蝶叶塑性区最大深度处于巷道顶板正上方时极易发生冒顶,需要进行加强支护。

采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律

本文阐述了采动巷道围岩的变形规律,探讨了低阻力端锚和高阻力全锚锚杆在巷道围岩变形损伤过程中锚固力的变化规律,揭示了锚杆支护与围岩的作用机理,为采动巷道锚杆支护的选型设计及扩大使用范围提供了科学依据。

泥质岩体采动巷道顶板破坏特征与控制对策

针对泥质岩体采动巷道顶板下沉量大、冒顶事故频发等问题,以保德煤矿回采巷道为研究背景,分析了泥质岩体受采动影响时巷道顶板的变形破坏特征,提出了以接长锚杆为主的控顶对策。结果表明,泥质岩体巷道在回采期间顶板变形较为严重,通过改善巷道顶板锚杆(索)支护密度来进行控制围岩变形,发现其与支护强度的增加关联性较小,锚索甚至无法起到一定的支护作用。为此,提出了以控制冒顶为主的高延伸性能的支护方式,形成了以接长锚杆为主的控制对策,现场工程试验结果表明该技术能够与顶板协调变形,有效防止巷道冒顶。

深部采动巷道应力演化及控制

以深部采动巷道应力演化及控制为对象开展探究。结合工程实际,在运用数值模拟手段分析巷道应力演化和变形规律的基础上,对如何实现深部采动巷道的有效支护开展设计研究,并对所设计方案应用效果进行了实践分析,希望能够为其他矿井相似工程提供借鉴和参考。

采场上覆采动巷道变形特性分析

文章对平顶山戌组采场上覆丁组采准巷道伴随着戊组采场回采而产生的变形破坏进行了观测和统计分析，指出采场上覆采动巷道的变形特性，并提出了一些对其支护与加固有益的意见。