深井松软围岩煤巷采动增跨效应及防控技术

针对深井松软煤巷围岩变形严重、巷道支护困难等问题,以城郊煤矿LW21106工作面沿空巷道为工程背景,建立了采动巷道增跨模型,揭示了采动增跨效应演化机理。通过构建巷道顶板横纵弯曲梁模型,指出顶板横向受力、巷道等效跨度、煤岩强度是巷道围岩损伤破坏的主控因素,提出了采动增跨效应防控对策并进行工业性试验。研究结果表明:受采动影响,巷道经历“初始围岩稳定—围岩裂隙发育扩展—围岩剪切破坏加剧—等效跨度增加”过程;巷道顶板最大正应力与应力集中系数、顶板等效跨度、巷道断面尺寸及埋深成正相关关系;巷道顶板在高应力环境下易发生拉剪破坏,增加顶板锚索数量以及锚索预紧力有利于增强顶板初期完整性。基于巷道变形破坏主控因素,提出“围岩加固–卸压–强化支护”协同防控策略;针对现场条件,采用煤柱侧向切顶+注浆加固并对破碎区域补充锚索强化支护的防控技术。现场监测结果表明,煤柱帮最大移近量为18.89cm,顶板下沉量为25.86cm,两帮移近量为29.65 cm,有效控制了煤巷围岩变形,为深井松软围岩巷道变形控制提供了参考。

采动应力作用巷道交岔点稳定性分析及支护优化

深部软岩巷道交岔点稳定性控制是地下开采的难题,采区内巷道交岔点受采动应力作用更易发生变形破坏。针对该问题,依托805工作面下伏西二回风巷道交岔点工程背景进行研究,建立考虑工作面采动集中应力影响的巷道交岔点垂直应力计算式,采用数值计算方法分析不同采动应力集中系数、不同交岔角度下交岔点围岩应力及塑性区分布规律。得知随着采动应力集中系数增大,交岔点岩柱应力集中现象加剧、围岩塑性区发育范围增大、交岔点变形破坏加剧。基于上述分析,提出以全长预应力锚杆+锚索+围岩注浆的综合化主动支护方法。结合矿压监测,优化后支护效果良好。研究结果为类似采动应力影响下的巷道交岔点围岩稳定性控制提供技术参考。

深井高应力软岩巷道底鼓力学机理及控制技术研究

为解决林西矿深井高应力软岩巷道底鼓问题,论文通过理论分析和现场实测相结合方法,研究分析出了深井高应力软岩巷道底鼓力学机理及控制技术,得出了如下结论:(1)推导出了巷道两侧底板极限破坏深度、极限破坏宽度以及沿滑移面有效滑动力的计算公式;(2)判断出了林西矿1791-2工作面回风巷底板破坏为挤压流动性底鼓,全断面破坏鼓起形式;(3)分析出了巷道底鼓机理、底鼓原因以及控制途径;(4)提出了“顶、帮、底同治”控制巷道底鼓技术,顶帮采用高强预应力锚杆网+锚索支护,底板采用预应力锚索锚注加固+混凝土铺底技术;(5)现场工业试验表明巷道底鼓得到了有效遏止,能够满足正常使用要求。

深井软岩注浆加固支护技术应用研究

本文以深井生产工作为例展开分析,结合设计情况分析巷道变形破坏原因,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,研究巷道围岩应力分布与变形破坏特征等,提出了采用注浆加固支护技术控制巷道围岩变形破坏的相关方法,并对巷道加固后的稳定性进行了监测。通过研究表明得出,采用注浆加固支护技术能有效控制巷道变形破坏,保证了巷道的稳定性和安全性。

深埋软岩矿井的破坏特性与成因

针对深埋软岩矿井的破坏特性与成因进行了详细研究。分析了深埋软岩矿井的特点和研究意义,探讨了矿井破坏的形态、范围和影响因素。通过对地质结构、煤矿开采工艺及工程地质条件等因素的分析,深入探讨了矿井破坏成因。最后,提出了一系列防治措施与建议,以期为深埋软岩矿井的安全开采提供理论依据。

煤矿深井软弱围岩巷道锚架注支护施工技术研究

针对巷道在围岩应力作用下会产生较大的移近量,提出煤矿深井软弱围岩巷道锚架注支护施工技术,分别从锚杆设置、金属网铺设、钢支架架设以及注浆施工等方面进行设计,明确了具体的施工材料、方式及操作要点,并利用实例验证技术的先进性,结果显示,煤矿深井巷道两帮移近量和巷道顶底板移近量始终稳定在较低水平,应用效果较好。

煤矿深井软岩回采巷道支护技术研究

以某煤矿的深井软岩回采巷道为研究案例,采用正交试验法介绍一种巷道支护方案。基于正交试验法获取最佳深井软岩回采巷道支护技术方案后,通过数值仿真模拟,从巷道掘进期、巷道回采期两个角度检验不同时期巷道垂直应力分布、位移分布以及塑性区分布。通过数值仿真模拟初步验证支护技术方案可行性后,将支护技术方案应用于工程实践,进一步确认此支护技术方案应用可行性。

富水破碎软岩巷道破坏机理及支护技术研究

随着浅部矿产资源的枯竭,矿井逐渐向深部发展,面对深部富水破碎软岩巷道支护时,巷道底鼓变形尤为突出。为确保顺利通过富水破碎软岩区域,针对某矿-570 m水平巷道支护难题,分析围岩破坏力学特征,建立底鼓力学模型,综合分析富水破碎软岩巷道围岩破碎机理,提出了反底拱与砌碹联合支护技术。现场检测结果表明,采用反底拱与砌碹联合支护技术,有效降低了淋水量,减少了积水渗入底板,改善了底板围岩条件,有效降低了巷道底鼓量,最大底鼓量不大于50 mm,确保了该巷道围岩稳定与支护安全。

Ground stability of underground gateroad with 1 km burial depth： A case study from Xingdong coal mine, China

本文采用数值模拟、案例分析、现场试验相结合的综合研究方法分析千米埋深煤矿巷道围岩稳定性。首先,在试验巷道进行了地应力监测与煤岩体力学性能测试;然后,通过FLAC^(3D)数值模拟软件分析了试验巷道围岩位移场、应力场、塑性区与锚杆受力特征。研究结果表明,软岩特性与高地应力是深部巷道失稳的主要因素,高应力引起的剪切滑移破坏是深部巷道围岩的主要破坏模式;不合理的支护方式,特别是锚杆索长度短且预紧力低、缺少高强二次支护、底板无支护等亦是巷道失稳的原因。基于上述研究,提出了集长锚杆索、可缩性环形支架、注浆加固于一体的联合加固措施,并通过现场监测验证了支护方案的合理性。本文研究成果为深入理解千米深井巷道破坏机制提供了借鉴。

深井软岩高应力巷道过超大落差断层破碎带围岩控制技术

针对超大断层带围岩破碎软弱、自承载力低、应力场复杂和动力扰动等不良地质条件,提出了围岩改性+局部强化+主被动联合支护为主体的断层治理新技术,即超前注浆掩护,小循环注浆加固,反底拱局部底板强化等联合支护技术。通过数值模拟对不同支护方案进行比选,获得巷道最优支护参数。数值模拟验结果表明:随着支护强度的提高,锚杆索受力趋于均匀,承压拱范围逐步变大,承载能力增强,喷浆层最大剪力呈减小趋势,最大弯矩先减小后增大;围岩塑性区范围逐渐减小,塑性区分布位置由两帮、底板逐渐演变为两帮,面积减少了约75%。工业性试验结果表明,巷道围岩28 d后趋于稳定,最大顶板下沉量约15 mm,底鼓量约25 mm,帮部移近量约35 mm,围岩稳定性控制较好。

深井软岩无机有机复合注浆加固材料研发与应用

千米深井软岩大巷围岩大变形、裂隙闭合和渗透性差等问题突出,要求注浆材料可注性好、凝结速度快、早期强度高,黏结性能强。为此,设计采用“组分优化+超细化+纳米增强+有机改性”协同制备无机注浆材料新方法,研发出硫铝酸钙、石膏、石灰三元胶凝体系最佳质量比为50∶40∶10的无机注浆材料。超细化后结石体4 h抗压强度提高163.0%,初步实现早强快凝;开发了具有纳米晶核诱导结晶和锂离子促溶协同作用的纳米锂铝类水滑石增强材料,使超细注浆材料2 h强度提高183.7%;合成了煤岩界面具有定向耦合效应的有机调节剂,通过与浆液和煤界面的键合作用形成桥梁,显著提高了浆液结石体与煤岩界面黏结。协同制备的无机有机复合注浆加固材料粒径小(D95<10μm),凝结快(<8 min),早期强度高(2 h强度11.5 MPa),黏结性能强(砂岩黏结强度3.12 MPa)。研究开发出了具有“高早强、高可注、高黏结”性能的深井软岩无机有机复合注浆加固材料。现场应用试验采用高压注浆方式,浆液可注入煤样大裂隙和微裂隙,连通孤立裂隙实现高压劈裂,松散煤体得到压实。煤壁表面裂隙漏浆和锚杆孔漏浆可以实现自封闭。微观观测表明高压注浆下浆液可以增加裂隙开度,注入更加微细的裂隙。最后,提出未来注浆材料的发展方向。

深部开采软岩巷道围岩变形控制技术研究

深部开采软岩巷道在地应力、采动压力等多因素作用下变形量较大。以三采区3130轨道巷围岩控制为例,针对巷道变形量大、服役时间长等特点,提出综合使用主动、被动支护措施控制围岩,通过锚网索喷+注浆+钢棚方式控制巷道围岩变形,根据现场条件,设计锚网索、注浆技术方案。应用后巷道顶底板、巷帮变形量分别控制在102 mm、39 mm,实现了深部软岩巷道围岩有效控制。

煤矿深部开采软岩巷道支护技术优化分析

以山西铺龙湾煤业有限公司5206运输巷为工程实例,该巷受采深、软岩、采动、渗水等不利影响,导致原支护稳定性差,拟改进采用锚网索+U型钢棚+注浆联合支护方式;现场监测表明,优化后巷道最大顶底板及两帮位移分别下降了71.9%、33.3%、76.7%,最大主应力增加了16.7%,巷道断面平均收敛率为6.4%;巷道稳定性得到明显提升,保证了矿井的安全生产。

深部高应力软岩巷道耦合支护效应研究及应用

针对深部高应力软岩巷道围岩应力大,围岩变形严重的问题,以铂龙矿80101工作面为工程背景,基于深部软岩巷道变形破坏机理和耦合支护技术,设计了深部软岩巷道卸压支护技术。实践效果良好,有效控制巷道围岩变形,顶板变形量减少205 mm,保证工作的安全开采。

深部开采软岩巷道支护技术研究

为解决11302底抽巷在深部软岩条件下围岩变形量大、支护困难问题,在对巷道现采用的围岩支护措施存在问题及围岩变形特征分析基础上,提出采用以全锚索、全断面注浆、全断面喷浆为核心的围岩支护措施。根据11302底抽巷现场条件,对围岩支护方案进行设计;在11302底抽巷现场采用后,巷道顶板、底板及巷帮收敛量分别控制在110 mm、200 mm、190 mm以内,表明采用的支护方案可满足深部软岩巷道围岩支护需求,可为巷道内钻孔施工、掘进、运输等提供安全环境。

深部开采软岩硐室联合加固技术研究

硐室稳定性对地下煤炭资源安全高效开采非常重要。针对深部高应力开采条件软岩硐室的围岩变形与破坏问题,采用理论分析、现场原位实测与效果验证等方法,阐述了硐室联合布置的原则和特点,监测了深部软岩硐室围岩节理裂隙发育情况,分析了深部软岩硐室围岩变形特征,并提出了深部软岩硐室锚注联合加固支护技术,在现场工程实践中,验证了硐室锚注联合加固的效果,进一步起到指导工程实践的作用。

深部开采软岩巷道围岩失稳控制技术研究

3500运输上山巷在高地应力、地质构造发育、围岩松软及原有支护参数不合理等因素影响下,导致围岩变形量较大,无法满足后续使用需要。根据3500运输上山巷围岩变形特征及现场条件,提出采用“拱部长锚索+锚杆+钢架棚+灌浆”方式支护围岩,并对支护参数进行设计。经现场应用后,巷道顶板、底板及巷帮变形量分别控制在51 mm、36 mm、42 mm,围岩变形整体较小,表明采用的支护措施取得较好围岩控制效果,同时可满足3500运输上山巷长时间使用需要。

深部开采回采巷道全断面支护技术研究

以山西某矿3150运输巷为研究对象,针对巷道围岩松软、承载能力差以及受地应力影响显著等问题,提出将全断面支护技术应用到巷道围岩支护中。对全断面支护参数进行详细设计,并进行工程应用。现场应用后,3150运输巷围岩变形量过大问题得以有效解决,现场监测发现顶底板、巷帮最大变形量分别控制在170 mm、135 mm以内,支护体系与围岩可起到较好的耦合效果。采用的全断面支护技术,可实现深部开采巷道围岩变形有效控制,并为其他矿井类似情况巷道围岩支护工作开展提供经验借鉴。

千米深井软岩大巷围岩锚架充协同控制原理、技术及应用

针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题,以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景,根据井下实测数据与支护状况,分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不同类型集中载荷作用下的垂直反力、水平推力及弯矩,揭示了充填体对提高U型钢支架发挥其承载能力的作用机制;采用数值模拟分析对比了锚网喷、锚网喷+钢管混凝土及锚架充3种支护方式控制围岩变形与破坏的效果,阐明了千米深井软岩大巷锚架充协同控制原理。在引进与自主研发的基础上,形成了包括支护材料与构件、充填材料与系统、自动架棚机、单轨吊巷道锚杆支护平台的锚架充协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿软岩大巷锚架充协同控制方案与参数,并进行了井下试验与推广应用。结果表明,锚架充协同控制技术能够有效控制千米深井软岩大巷围岩大变形,特别是强流变,保持巷道长期稳定。与原支护相比,巷道变形量降低90%以上,同时节约了巷道维护成本,为千米深井软岩大巷围岩控制提供了一条有效的途径。最后,对锚架充协同控制技术下一步研究工作进行了展望。

加固底板对深部软岩巷道两帮稳定性影响的数值分析

通过数值计算,研究了底板支护和注浆加固底板后深部软岩巷道两帮围岩的稳定性.计算结果表明,加固软弱底板后巷道两帮围岩变形量减小,尤其是巷道两帮下部围岩变形量减小幅度较大,两帮围岩塑性区范围和软化区范围缩小,两帮围岩主应力升高区范围缩小,主应力峰值区域更加靠近巷道周边.从而得出:加固软弱底板有利于提高深部软岩巷道两帮围岩稳定性.