深部煤系软岩大巷全断面锚注修复技术研究

为解决深部煤系软岩大巷变形剧烈、持续时间长且支护困难的问题,以王洼煤矿8煤层南深部集中运输大巷为工程背景,采用现场勘查、矿物组分分析、围岩应力测试、数值模拟分析等方式,揭示了造成深部煤系软岩大巷产生强烈变形的主要原因,得出加强深部煤系软岩大巷支护的控制思路,并在此基础上根据煤系软岩的劣化程度和支护失效特征,提出了基于全断面高强锚索支护+喷浆+全断面注浆锚索锚注支护+钢棚支护的主被动联合补强修复支护方案,并建立了修复支护的“三个阶段、四个步骤”工艺体系。研究结果表明:8煤层南深部集中运输大巷围岩成分复杂、质地软弱、遇水易膨胀崩解,且处于高地应力环境,应力集中系数达到1.46,总体表现出变形速率快、持续时间长、变形量大的特点;原支护设计存在支护强度不足、未针对软岩特性采取有效措施的缺陷,导致顶板、巷帮部分锚杆锚索破断失效;进行全断面锚注修复支护后,形成高强度、范围大、连续性强的预应力场,预应力场有效影响深度增大至原支护的1.5倍。现场试验监测显示:补强修复支护后,大巷巷帮及顶底板变形趋于稳定,表明全断面锚注修复支护工艺对深部煤系软岩大巷的稳定性控制效果显著。

深部回采巷道变形破坏机理及围岩控制技术研究

为解决赵庄煤矿深部回采巷道变形破坏严重和维护困难的问题,对13113巷道的变形特征及破坏机理进行了分析,其变形破坏原因具体包括工作面地应力增大、多重强动压影响、锚杆(索)支护整体性较差等。现场采用了“深浅孔注浆+锚索补强耦合”的支护技术,矿压监测数据表明,补强加固后的13113巷两帮最大移近量为65 mm,顶板最大下沉量为38 mm,底板最大移近量为18 mm,巷道围岩变形量与加固之前相比大幅减小,充分表明该支护技术可以有效控制巷道围岩的变形。

深部软岩巷道变形破坏原因及支护技术研究

为了解决深部破碎软岩巷道围岩大变形、难支护的问题,以山西宁武德盛煤业有限公司502采区轨道大巷为工程背景,通过现场勘测和试验研究分析了巷道围岩变形破坏机理,得出围岩强度低、易软化是围岩大变形的内在原因,而高地应力则是大变形的外在诱因。据此提出了“锚杆+锚索+钢筋网+喷射混凝土+注浆”联合支护技术方案,并通过数值计算验证了该方案的可靠性。现场监测结果表明,采用该联合支护技术方案后,巷道顶板最大下沉量为73.1 mm,两帮最大移近量为153.9 mm,最大底鼓量为88.7 mm,围岩变形量均在规定允许值以内,且监测结果与数值计算结果相吻合,有效控制了深部破碎软岩巷道围岩的变形破坏。

深部高应力软岩巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为探究深部软岩巷道支护技术问题,以霍州煤电临汾宏大公司隆博矿五采区轨道大巷为工程背景,通过现场勘测、X射线衍射、电镜扫描及数值模拟,研究分析了深部软岩巷道的失稳机理,得出地应力高、煤岩体强度低及支护方式不合理是导致巷道围岩变形破坏的主要影响因素。据此提出了“锚杆索+金属网+喷射混凝土+钢管混凝土支架”联合支护方案。工业实践表明,采用联合支护方案后,巷道顶底板移近量和两帮收敛量最大值分别为142、123 mm,相比原支护方案,分别减少了约67%、79%,围岩变形控制效果明显。研究结果可为深部软岩巷道的围岩稳定性控制提供参考。

深部岩巷钻孔卸压支护技术研究与应用

东庞矿11采区轨道巷位于2号煤层底板,巷道变形严重,经历多次整修,维护成本高。为控制巷道变形,开展了深部岩巷支护技术的研究。现场调研表明,11采区轨道巷变形大,锚杆索等支护体损坏严重。对巷道砂岩进行力学参数测试,其单轴抗压强度为23.7 MPa。围岩强度低、2号煤工作面的回采以及支护参数不合理等是造成巷道变形大的主要原因。分析表明,在煤岩体中施工钻孔后,可促进应力集中向深部转移,同时为巷道变形提供一定的缓冲,有利于巷道的稳定。由此,确定采用强力锚杆索+卸压钻孔+二次注浆的联合控制方案。矿压观测表明,采用该方案返修后,11采区轨道大巷剧烈变形时间短,变形值小,可为类似条件下巷道支护提供参考。

深部高应力破碎围岩巷道支护技术研究及应用

三交河矿为解决-975 m水平巷道围岩变形量大、稳定性差、支护难度大等问题,采用岩层钻孔窥测仪及实验室力学实验,对巷道顶板岩层岩性、结构及裂隙分布情况进行研究,提出在原有锚喷支护的基础上,二次支护采用高阻力全封闭多边形工钢支架对巷道进行支护。通过建立数值计算模型,对巷道使用新型工钢支架前后围岩塑性区大小分别进行模拟对比,确定该新型支架支护方式的合理性。同时进行现场工业性试验,结果表明,采用该新型支架支护后,巷道变形量基本控制在50 mm左右,在工程应用中取得了较好的技术经济效果,对同类巷道的支护设计具有一定的借鉴意义。

深井软岩掘巷桁架锚索梁支护技术研究

针对煤矿深井软岩巷道支护难题,提出了“桁架锚索梁”支护方式,运用FLAC2D模拟软件对深井软岩掘巷桁架锚索梁支护方式技术进行研究,结合该支护方式下井下巷道周边煤岩体位移量实测结果,得出桁架锚索梁支护方式可将巷道周边煤岩体浅部的高应力引入深部区域,从而有效控制巷道周边煤岩体变形,保障矿井安全高效生产。

深部高应力软岩巷道围岩变形机理及控制技术研究

为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题,以山西新景矿煤业有限责任公司15219工作面运输巷道为工程背景,通过现场勘察和试验分析了深部软岩巷道的变形破坏机理,据此提出了“普通锚杆索+注浆锚杆索+喷射混凝土”联合支护技术方案,通过数值计算验证了联合支护技术方案的可行性。现场试验结果表明:采用联合支护方案后,巷道顶板最大下沉量为37 mm,巷道两帮围岩最大移近量为68 mm,围岩变形破坏得到有效控制。

穿越采空区巷道施工层位选择及支护参数优化

为弥补基建矿井的前期投资,部分煤矿对井筒近距离煤炭资源进行回采,从而导致矿井生产采区需要穿越近处已采煤层采空区。新采区大巷布置需穿越采空区,巷道围岩变形控制难度增大,新采区大巷布置层位及支护参数亟待深入研究。运用理论分析的方法对淮南某矿穿西一采区11-2煤及13-1煤采空区巷道布置层位进行研究,得出最佳距离为距上覆13-1采空区底板12~15m层位,并进行巷道围岩支护参数优化数值模拟研究,获得支护方案二为最优方案。通过现场应用及矿压支护监测反馈效果良好,研究成果为类似深部地层穿采空区巷道施工提供技术参考。

基于蝶形破坏理论的深部巷道围岩控制技术研究

现阶段巷道围岩控制仍是煤炭资源深部开采的重大难题之一,而围岩塑性的形成与发展是导致巷道大变形和破坏的主要原因。通过数值模拟研究了巷道塑性区形成与发展规律以及对巷道稳定性的影响,结合理论分析和室内试验研究了锚杆支护的作用机理并阐述了支护与围岩变形的内在关系,基于蝶形破坏理论探讨了深部巷道围岩的控制原理,提出深部巷道围岩控制技术并在工程中予以应用。结果显示:(1)锚杆支护能够有效减少围岩变形,但是无法控制巷道不发生变形,即在现有的支护水平下巷道存在着部分无法控制的围岩变形,即“给定变形”,且“给定变形”随巷道埋深的增加不断增大。(2)锚杆支护对于巷道围岩剪胀、滑移等非连续性变形的控制效果明显,而对于完整岩体的连续性变形的影响十分有限。因此,锚杆支护主要是通过控制巷道塑性区内岩体的非连续性变形进而控制巷道的总变形。(3)巷道总变形主要包括“给定变形”和“支护残余变形”2个部分。巷道围岩控制的主要途径就是减少“支护残余变形”。(4)锚杆支护的作用机理要求锚杆的锚固基础必须始终位于完整岩体中,因此巷道开挖后的塑性区形态以及塑性区在服务期内的发展规律对于锚杆支护方式的设计至关重要。巷道塑性区形态及其力学响应的差异性决定了巷道支护方式必须差异化设计。

采动下深部高应力巷道围岩变形特征分析及支护技术研究

深部高应力巷道由于受到周围采空区、煤柱以及回采工作面的影响,往往处于极复杂的应力状态,呈现出各种变形破坏特征。以曲江煤矿-850 m西大巷为研究对象,通过现场调研、锚杆锚索受力监测、围岩变形监测等分析回采期间巷道的变形破坏形态,将采动下深部高应力巷道围岩变形破坏分为后方持续高压变形区和前方扰动动压变形区;依据采动下不同区的破坏形态,提出在后方持续高压变形区实施“三锚”联合支护技术,前方扰动动压变形区实施抗让结合的支护理念。通过对修复段的观察分析表明所确定的分区联合支护方案是合理、有效的能确保采动下深部高应力巷道长期稳定。

软岩巷道中锚杆参数对围岩稳定性的影响分析

为解决软岩巷道围岩控制难题,结合许疃矿32310底抽巷工程资料,采用ABAQUS软件开展不同锚杆参数下巷道围岩变形模拟,综合考虑锚杆长度与间距、围岩变形规律和成本控制以确定优化支护方案。结果表明:巷道开挖后,两帮位移变形较大,围岩两侧及衬砌连接处出现竖向应力集中;随着锚杆长度的增加,围岩变形量仅增加了0.52%,应力及塑性区分布无明显演化趋势;随着锚杆间距的增大,两帮移近量和衬砌连接处应力峰值分别增加了102.07%和34.02%;最终确定优化支护方案中锚杆长度为2000 mm,间排距为400 mm×400 mm。该优化支护方案对软岩巷道变形控制与原支护方案相比效果较好,两帮移近量与衬砌连接处围岩应力分别减少37.56%和16.13%。

深部软岩巷道变形破坏机理及支护技术

为解决深部软岩巷道大变形的问题,以母杜柴登煤矿3~(-1)煤西翼运输大巷为工程实例,基于弹性力学理论,将直墙半圆拱形断面巷道简化为圆形断面,得出了巷道在不同原岩应力、支护阻力条件下塑性区半径和位移的解析解,进而提出了“锚网喷+网壳”的联合支护方案,通过数值模拟和现场工业试验对该联合支护方案的可行性进行了验证。结果表明,锚网喷索初期支护技后,由于巷道变形能的大量释放,导致初期变形量较大,网壳支架+喷射混凝土永久支护后,巷道顶板、两帮、底板变形量分别增加了50、130、30 mm,围岩变形得到有效控制,保证了深部软岩巷道的长期稳定。

深埋软岩巷道围岩变形控制一体化支护技术

针对深埋软岩巷道围岩变形问题,提出深埋软岩巷道围岩变形控制一体化支护技术。首先分析了“让压—支护”围岩控制机理,进一步采用二次支护技术,通过注浆及联合支护完成一体化支护。在此基础上,利用FLAC数值模拟软件构建地质模型,获得深埋软岩巷道围岩垂直应力分布和水平应力分布,分析应用支护技术后对围岩变形位移量的控制。研究表明,利用一体化支护技术,可以有效地将深埋软岩巷道围岩变形控制在一定范围。

深部区域掘进巷道围岩变形特征分析及支护技术研究

深部区域开采时受原支护参数不合理、地应力高等因素影响,围岩变形量较大。基于此,以21503运输巷为研究对象,结合现场地质条件并参考工程类比法,对巷道支护方案进行设计并进行工程应用。应用表明,巷道顶板、底板及两帮变形量分别控制在40 mm、220 mm、262 mm以内,取得较好围岩控制效果。

高应力回采巷道变形特征及数值模拟

以陕西彬长文家坡矿4106运输巷为工程研究背景,结合室内岩石力学实验、FLAC3D数值模拟、工程试验等多种研究方法,基于围岩工程力学理论,研究了支护参数优化后确定间排距下的巷道围岩应力、应变以及巷道位移量情况,并分析了支护及锚固效果。结果表明,应力增高区均发生在巷道肩窝和底脚,应力降低区则出现在巷道顶底板及两帮;竖直方向巷道最大位移量为6.46 mm,水平方向为3.62 mm,分别出现在巷道正中央和中下部;顶底板闭合量和两帮收敛量均较小,均在可控范围之内,优化后支护参数能有效控制巷道围岩变形。但是,通过工程效果检验得知,支护参数存在过度支护现象,应该对巷道予以合理性支护处理,充分发挥锚杆(索)主动支护作用。

深部高应力破碎软岩巷道支护技术研究及其应用

针对深部高应力破碎软岩巷道围岩变形量大、变形剧烈、底臌严重、流变性强、支护难等特点,基于巷道围岩松动圈地质雷达探测、收敛变形监测等地质力学测试技术,揭示深部高应力破碎软岩巷道变形破坏特征;采用数值模拟技术手段,从围岩强度特性、流变特性、巷道断面形状、软岩巷道群开挖相互影响、支护设计这5个方面分析深部高应力破碎软岩巷道变形破坏机理。针对安徽省淮南市朱集西矿深部开拓巷道特征与工程地质条件,提出"锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注"分步联合支护技术方案;基于大型三维模型试验系统,验证分步联合支护技术方案的可行性;采用FLAC 3D研究分析不同支护方案的支护效果,模拟验证分步联合支护方案的合理性。研究结果表明:分步联合支护技术方案有效地控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。

玲珑金矿松散围岩主巷变形破坏机制及支护对策

为解决玲珑金矿处于冒落松散围岩内的运输主巷重新支护问题,分析该主巷的围岩变形特征,提出合理有效的支护对策。采用岩体地质力学分类法对巷道穿越的围岩进行分级。分析巷道的破坏特征及其破坏原因。提出针对冒落松散围岩巷道的联合支护对策,其特点是:设计采用一种插入两帮岩体内的超前支护支承装置,为超前插杆提供稳固的支承点;采用U型可缩性钢拱架配合两帮外八字形钢管的整体支护结构,以减少两帮松散岩体向巷道内的挤压作用。对重新支护后的巷道进行83天的围岩表面变形监测。结果表明,巷道顶底板累积移近量不超过40 mm,两帮累积移近量不超过25 mm,且日变形速率降至0.15 mm/d,巷道围岩的变形得到有效控制。

深部软岩锚注支护巷道围岩变形机理研究

深部软岩巷道围岩变形控制问题一直是煤矿研究的重点和难点。论文以平顶山八矿丁四采区轨道下山巷道为工程背景,采用现场工业性试验和数值模拟计算,对锚喷和锚注支护两种支护条件下,巷道围岩变形破坏机理进行了研究。研究结果表明:(1)与锚喷支护相比,锚注支护巷道浅部围岩的高应力区向深部围岩转移,巷道浅部围岩处于应力降低区,改善了巷道围岩应力环境;(2)锚注支护巷道围岩的位移量均小于锚喷支护对应位置围岩的位移量,所以锚注支护对巷道顶板和两帮起到有效的控制作用。提出并实施了巷道围岩二次注浆技术措施,研究了注浆工艺和注浆参数。实施后巷道围岩变形得到了有效控制。

不同支护结构对深部巷道围岩变形的时效分析

为合理选择深部软岩巷道的支护形式和支护时机,采用有限差分软件FLAC3D,考虑围岩强度的时效性,分别研究了锚杆锚索主动支护结构、U型钢和壳体被动支护结构及反拱加底板锚杆支护结构对深部软岩巷道围岩变形的控制作用。结果表明:因围岩强度的时效性,岩体之间作用减弱,锚杆、锚索等柔性支护结构调动岩体发挥承载作用的能力降低,围岩变形明显;巷道前期剧烈变形后,因锚杆锚索具有一定围岩自身承载能力,施加刚性支护可有效控制巷道变形;底拱和底板锚杆有利于改善底板围岩受力环境以及控制巷道围岩变形整体协调性;注浆是改善围岩变形时效性的有效手段。提出初期以高预应力、高强度锚杆等进行支抗与卸压,后期以刚性支护及注浆进行加固的巷道支护对策。