An experimental study of a yielding support for roadways constructed in deep broken soft rock under high stress

A rationally designed support for deep roadways excavated in broken soft rock under high stress was investigated. The deformation and failure characteristics and the mechanism of ''yielding support'' was studied for anchor bolts and cables. The rail roadway of the 2-501 working face in the Liyazhuang Mine of the Huozhou coal area located in Shanxi province was used for field trials. The geological conditions used there were used during the design phase. The new ''highly resistant, yielding'' support system has a core of high strength, yielding bolts and anchor cables. The field tests show that this support system adapts well to the deformation and pressure in the deep broken soft rock. The support system effectively controls damage to the roadway and ensures the long term stability of the wall rock and safe production in the coal mine. This provides a remarkable economic and social benefit and has broad prospects for fur- ther application.

THE THEORY OF SUPPORTING BROKEN ZONE IN SURROUNDING ROCK

The first topic discussed in this paper is to evaluate the present supporting theories,among which the typical two are collapse arch and elasto-plastic theories. The former is rather limited in practical application,and the latter is built up on some assumptions which is inconsis-tent with the reality,for it is of no need to support a roadway of which the surrounding rock is in elasto-plastic state. The second topic is to prove the objective existence of the broken zone in surrounding rock(BZSR) by a series of laboratory experiments and field measurements. The paper indicates that the object to be supported mainly is the bulking or expanding force resulted from the development of BZSR. This is remarkably different from the existing points of view which have been generally recognized nowadays. So far ,this theory has been tested in supporting more than ten thousand meters roadways located in various strata and has proved itself to have a great technoeconomical benefit.

酸溶开孔筛管支撑完井工艺研究及应用

为应对顺北断控油气藏支撑完井管柱无法穿越破碎带难题,研发了以高抗扭油管、酸溶开孔筛管和高抗扭液压丢手为关键技术的“酸溶开孔筛管”支撑完井工艺。设计的高抗扭油管和丢手器,满足下入期间旋转、钻磨对管柱抗扭能力的要求;设计的酸溶开孔筛管,初始状态管体完全密封,完井液可循环至底端钻头,满足钻磨时冲洗钻头的要求,而注酸溶解可溶塞后管体变成带孔的筛管,又可满足储层改造和生产时大排量通道要求。通过开展一系列承压、耐盐、耐碱和酸溶等试验验证了工艺的可靠性。现场应用表明,酸溶开孔筛管支撑完井工艺有效解决了破碎带难以穿越的问题,已在现场应用6井次,支撑管柱到位率100%。该工艺简单可靠、便于现场操作,且与传统工艺相比,单井提高时效53.6%,节约费用90.0%。该成果可为其他类似井选择完井工艺提供参考。

滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。

十堰某体育馆106m跨内凹弦支穹顶结构设计关键问题研究

十堰某体育馆主体结构采用框架-剪力墙结构体系,上部106m大跨内凹形屋盖采用弦支穹顶结构体系。为了满足建筑简洁性及结构合理性需求,对屋盖进行了四角锥网架、弦支穹顶及网架-弦支穹顶组合的不同结构形式对比,最终选用结构轻巧、经济性好的弦支穹顶结构体系。结合弦支穹顶结构自身的受力特点以及其对下部结构的不利影响,对弦支穹顶结构上下弦布置、扭转刚度、支座约束条件、撑杆高度等进行了优化。对弦支穹顶断索情况下的响应、不同工况下的支座位移以及拉索低应力状态下的刚度退化进行了验算。结果表明,优化后的屋盖结构满足结构安全、适用性的要求,同时也有较高的冗余度。

顶板支护条件下的切顶工程优化研究及应用

以金厂河ZnV3矿体阶段空场嗣后充填采场顶部切顶条柱稳定性为研究对象,通过分析采场在不同阶段应力状态的分布规律,结合顶板破碎围岩锚固支护的现状,为提升条柱的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行研究分析。研究结果表明:切顶联络道两侧交替布置4 m宽凿岩硐室、3 m宽条柱的优化方案,能有效分担应力集中作用对条柱的影响,极大提高了条柱的稳定性;优化方案改变了顶板支护区域,进一步提高了空区后顶板的稳定性。根据研究成果开展了工业试验,验证了优化方案的可行性,对安全生产具有重要意义,可在矿山进行应用。切顶工程的优化,在提高条柱稳定性的情况下,进一步提高了顶板的稳定性,可为类似矿山提供借鉴。

韩城矿区破碎围岩巷道注浆锚索加固机理研究

以陕西韩城桑树坪矿3315运输巷道为研究背景,通过对注浆锚索破碎围岩巷道加固作用的研究,揭示了注浆锚索的加固机理,提出了软弱煤层巷道支护设计的原则,并进一步优化支护方案,通过采用高强度锚索对围岩进行加固,提升围岩的整体稳定性,达到有效防止围岩变形和损伤的效果。根据监测结果得出,加固后巷道顶板下沉量由原支护方式的帮部收敛量平均为32.7 mm,顶板的平均下沉量为28.6 mm,围岩的平均变形量仅为原支护方案的15.6%,顶板变形稳定后,巷道顶板离层量较小,围岩稳定后平均深基点位移仅为原支护方案的55%。说明优化后的支护方案能够很好控制巷道的围岩变形,有效控制了锚固区范围内围岩的离层,减小了顶板弯曲沉降,增强了顶板的稳定性,该方案可有效控制围岩变形。研究为软弱煤层巷道的支护设计提供了重要的理论依据和工程经验,并为软弱煤层巷道支护提供借鉴和指导。

矿井破碎巷道围岩变形机理分析及支护技术研究

针对矿井破碎巷道在施工中易受围岩破碎、顶底板压力大等因素的影响,存在巷道围岩易变形,难支护安全生产隐患大的问题,以山西某矿10-208破碎巷道工程概况为例,结合巷道围岩变形机理,设计了具体的巷道围岩控制方案,并进行了应用测试,测试结果表明,通过给巷道进行注浆加固与采用锚杆索进行联合支护后,该巷道围岩变形得到了有效控制,该回采巷道过破碎段过程中顶底板最大累计变形量为49.5mm,巷道两帮最大累计变形量为64.6mm,取得了较好的围岩控制效果,可为类似工况下的矿井破碎巷道围岩的控制提供参考。

浅埋厚煤层软岩巷道支护参数设计及应用

目前煤矿常采用锚杆(索)对巷道两帮及顶板进行主动支护,但受巷道所处力学环境、地质条件等多种因素影响,针对软岩巷道锚杆支护参数设计及理论选择较为困难,使巷道支护环境较差。本文结合理论与现场工程地质条件,针对五举煤矿13207工作面软岩巷道中存在的顶板破碎严重问题,对两巷道支护参数进行设计及应用。参数选择为顶板及帮部均采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆,规格分别为φ22 mm×2 800 mm、φ22 mm×2 400 mm,顶板及帮部分别采用φ21.8 mm×7 300 mm的1×19股高强度锚索与φ21.6 mm×5 300 mm的1×7股高强度锚索,锚杆预紧扭矩不小于300 N·m,锚索张拉力不小于200 k N。现场应用结果表明,巷道围岩变形得到有效控制,整体支护效果良好,为附近相似条件矿井提供借鉴。

高海拔破碎围岩排水巷道锚索支护参数优化

合理的支护形式与支护参数是确保巷道围岩稳定的关键。巨龙铜矿排水巷道Ⅳ级围岩区域采用锚杆+金属网+喷浆进行联合支护效果较差。针对巨龙铜矿Ⅳ级围岩区域支护存在的问题,在现有支护基础上增加锚索和钢拱架支护,同时增加喷浆厚度。设计了不同锚索支护参数,利用有限元数值模拟软件进行了锚索支护参数优化。结果表明:巷道围岩顶板处存在明显应力集中现象。随着锚索支护参数增加,巷道顶板处最大应力值增加。随着锚索间排距增大,巷道顶板最大位移增加,锚杆间距由1.2 m增加至2.0 m,巷道顶板位移分别为4 mm、4.38 mm、4.82 mm。锚索最优支护参数为1.6 m×2.4 m。研究结果为类似巷道锚索支护参数选取提供了理论参考。

破碎顶板巷道围岩支护技术研究

山西某矿11302运输联巷受顶板岩体承载能力差、破碎等因素影响,围岩控制难度较高.结合现场条件对围岩变形控制中面临问题进行分析、提出控制策略,具体采用超前注浆方式提高顶板破碎岩体稳定性、承载能力,后通过锚网索方式控制围岩变形;对顶板注浆参数及锚杆索布置参数等进行详细设计.现场应用后,锚杆索锚固端稳定,监测锚杆、锚索锚固力分别在100 kN、150 kN以上;11302运输联巷围岩变形大问题得以较好控制,顶底板、巷帮变形量分别控制在59 mm、68 mm以内.

某矿巷道支护工序优化

为解决某矿围岩破碎、巷道锚网支护设施损坏严重、返修频率高等问题,应用爆破振动和围岩与支护相互作用机理分析了支护失效的原因,提出了“掘到哪儿,支到哪儿,喷到哪儿”的喷锚网优化支护工序。即新掘进的巷道及时清理浮石以后,首先采用素喷一层厚度50~100 mm的混凝土,然后进行钢网和锚杆支护,最后再喷一层厚度50~100 mm的混凝土。经过可行性分析和现场工业试验,证明可在不改变原支护工艺和支护材料的基础上,通过调整和优化施工顺序,可以提高支护效果,维护巷道围岩稳定,比现行支护工序节约86142.71元,研究成果可供同类矿山参考借鉴。

掘进工作面过顶板破碎区支护分析

在煤矿巷道掘进过程中,一些地质构造区域的顶板比较破碎,对掘进安全性产生了巨大的影响。结合A矿405工作面实际地质情况,探讨了其巷道掘进过顶板破碎区采取的支护方案。首先,针对顶板破碎区,制定了详细的岩性探测方案;然后,根据实际情况,进行了永久支护和临时支护设计;最后,分析了顶板破碎区支护的施工管理。可以为特殊地质条件下的巷道支护提供一定的技术参考。

破碎围岩巷道锚注支护参数优化及应用

针对新河矿业730采区南部轨胶联络巷围岩松散破碎、变形严重情况,利用Comsol Multiphysics有限元分析软件探讨了不同注浆参数对浆液扩散的影响;并在此基础上,研究不同注浆锚索布置形式对注浆效果的影响。结果表明:浆液扩散半径会随着注浆压力增大、注浆时间延长而逐渐增大,每增大1 MPa注浆压力浆液扩散半径平均增长率为30.95%,每延长1 min注浆时间,浆液扩散半径平均增长率为25.67%;注浆锚索的布置形式决定了注浆加固圈的范围,当采用“六边形”布置方式时,其注浆加固圈范围相对较大,且顶板两侧不会出现漏浆的情况。基于数值模拟结果,确定了新河矿业南部轨胶联络巷锚注支护的注浆压力为4 MPa、注浆时间为8 min,注浆锚索布置方案为“六边形”式。工程应用表明:优化后的注浆参数有效地控制了巷道围岩的变形与破坏,取得了良好的工程效果,同时也为此类巷道的注浆加固提供了有效依据。

破碎软弱围岩巷道耦合支护技术研究

受开采扰动破碎围岩巷道容易发生变形破坏,是矿山深部开采面临的重要支护难题。以昆阳磷矿二矿破碎、极破碎地段巷道破坏为研究背景,采用有限元分析方法分析巷道开挖后围岩位移、应力分布特征、塑性区范围。研究发现巷道开挖后两帮出现拉伸破坏,拱肩部位产生大量的剪切塑性区,顶板区域发生贯通的变形破坏机理。因此,提出采用钢拱架、锁脚锚杆、钢筋网、连接筋、喷混凝土耦合支护形式防止巷道坍塌。通过现场应用表明:采用此耦合支护技术可有效控制破碎软弱巷道围岩的变形,支护效果良好。研究结果为类似工程地质条件下的巷道支护提供了借鉴。

综采工作面过陷落柱支护技术

基于盛泰煤矿15203工作面过X4陷落柱期间,回采煤柱垮落严重,导致工作面推进速度慢,陷落柱区支架阻力大、支架出现陷底现象,盛泰煤矿通过技术研究,对陷落柱区顶板及围岩采取"铺设柔性纤维网+顶梁架棚搭顶+水力膨胀锚杆"联合支护技术,通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后有效控制了陷落柱区顶板破碎现象,取得了显著应用成效.

破碎围岩巷道变形失稳特征及控制技术

针对破碎围岩巷道变形量大、围岩整体性差和支护困难等问题,以昌兴煤矿1460运输石门为试验地点,通过数值模拟与现场考察,研究原支护技术下巷道围岩变形失稳特征及机制,拟采用联合支护技术并对比分析围岩变形特征。研究表明:由于围岩强度低、支护方式单一、受开采动压影响和围岩中含软弱夹层,造成围岩松散破碎,稳定性差,顶板最大破坏深度达到4.80 m;提出了“锚网喷+U型棚拱形支架+注浆”联合支护技术,采用预应力锚索、高刚度U型钢棚、浅孔注浆及深孔锚注等支护方式强化围岩特性,形成多层复合加固拱承载结构,实现支护结构与围岩的相互耦合作用;数值模拟分析得出,修复后围岩塑性屈服区最大深度由5.56 m减小到1.07 m,降低了80.76%,围岩塑性区大幅度减小,围岩应力总体趋于均匀分布;现场试验表明,修复后顶底板位移量仅113 mm,两帮位移量78 mm,说明该联合支护技术方案可有效控制围岩变形失稳,维持巷道整体稳定。

巷道破碎顶板的支护问题及改进研究

煤矿在开采过程中容易受到井下复杂地质环境的影响,对巷道的掘进支护造成一定的威胁。其中,陷落柱会导致煤层顶板破碎下沉、底板鼓起和两帮收缩,原顶板支护作业无法有效进行支护,为煤矿带来了安全隐患。以青磁窑煤矿为研究对象,分析了破碎顶板的支护问题,并探讨了支护方案的改进优化措施,提出了“永久支护+桁架锚杆支护+π型钢棚支护”的支护方案,经过实践应用后,明确了该优化方案的应用价值,有利于提高破碎顶板的支护效果。

大跨度破碎岩体顶板预应力锚固支护机理及效果研究

大跨度破碎岩体顶板采用预应力锚固支护,能最大程度地维持顶板围岩稳定,因此研究预应力锚固对大跨度破碎岩体顶板的支护机理及支护效果,对于保障破碎岩体下大跨度地下工程、露天大断面隧道工程的长期稳定性具有重要意义。对锚固后锚固体强度变化进行力学解析,剖析大跨度破碎岩体顶板预应力锚固支护机理,以云南金厂河多金属矿Ⅳ级破碎岩体大跨度顶板支护难题为工程背景,针对其支护方式建立数值模型进行分析,对FLAC3D软件中结构单元Cable的布置,设计新的三段式布置法,将预应力锚杆(索)在FLAC3D软件层面分为预紧段、自由段、锚固段分别赋予指定参数进行数值计算,建立3组不同支护方式的数值模拟方案对预应力锚固支护效果进行验证。结果表明:预应力锚固后,支护区域顶板受拉应力基本小于破碎岩体顶板抗拉强度,塑性区体积对比普通无预应力支护方案,下降比率达到61.95%,顶板Z方向垂直沉降量降低比率高达83.90%,预应力锚固范围内围岩得到了有效控制。

破碎复合型顶板巷道支护参数优化与围岩控制方法

针对工作面复合型顶板巷道破碎围岩的变形问题,采取理论分析、数值模拟以及现场监测的综合方法,在优化现有巷道支护参数的基础上,提出了一种“高强度螺纹钢锚杆+预应力锚索+恒阻大变形锚索+钢筋梯子梁”的综合支护方法。数值模拟结果表明,该方法可以在巷道支护区域形成一定范围的卸压区,显著减少围岩的变形量,以确保巷道的稳定性。工程实践表明,基于该方法设计的余吾煤业N1103胶带顺槽支护方案,巷道顶底板最大移近量78 mm,两帮最大移近量限102 mm,有效地控制了巷道围岩变形。该方法为工作面在类似条件下实现安全和高效的回采提供了可能,也为类似条件下的矿山巷道围岩控制提供了有价值的参考和指导。