强采动煤层大巷群变形破坏特征与锚注修复加固技术研究

煤层大巷群易受强烈采动影响,造成围岩剧烈变形破坏与支护结构严重失效,如何有效控制强采动煤层大巷群围岩稳定性对于保障矿井正常安全生产具有重要意义。本文以万家庄煤业一采区煤层大巷群为工程背景,分析了强采动大巷群变形破坏特征及影响因素,提出了大巷群“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案,开展了强采动大巷群修复现场工业性试验,并进行了修复过程中注浆量与注浆效果、锚杆锚索受力、围岩变形等监测分析。研究结果表明:强采动煤层大巷群在两翼工作面强采动应力叠加作用下呈现全断面变形破坏模式,相比于普通锚杆(索)支护,采用“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案后,大巷围岩最大垂直位移减小了80.5%,最大水平位移减小了76.3%,有效控制了围岩变形,现场实际应用效果良好。研究成果为强采动煤层大巷群围岩稳定性控制提供了一定的理论依据与工程参考。

锚注一体化技术在芦河矿永久煤巷支护中的应用

芦河矿副斜井通风联络巷布置在3号煤层中,为减少巷道维修,采用锚注一体化支护技术。为合理确定支护参数,采用声发射法在3号煤层开展了松动圈破坏深度的研究。结果表明,巷道顶板的最大松动圈深度为2.4 m,两帮的最大深度为2.3 m,由此确定锚杆长度为2.4 m。在分析锚注支护机理的基础上,确定了具体的支护方案和注浆工艺。现场应用表明,采用锚注一体化支护技术,联络巷变形平稳、持续时间短、变形量小,可为托顶煤破碎煤巷支护提供借鉴与参考。

注浆锚杆完整性检测方法研究

采用理论分析和实验室测试的方法对锚固锚杆和自由锚杆中的导波传播规律进行了研究,并在频率为20 kHz～3 MHz范围内对锚固锚杆和自由锚杆波的传播速度进行了测试,发现锚固锚杆内不同频率的导波传播速度对锚固介质具有不同的敏感性。低频率段(20～200 kHz)的导波传播速度对锚杆锚固质量较为敏感,自由锚杆和锚固锚杆中导波的传播速度相差较大,适合于检测锚杆的锚固质量。高频率段(1～3 MHz)的导波传播速度对锚杆锚固质量不敏感,导波的传播速度基本不变,适合于锚杆完整性检测。探索了利用高频段多频率导波检测锚固锚杆长度的方法。实验室检测结果显示,本检测方法具有很高的精度。

隧道围岩全长黏结式锚杆界面力学模型研究

分析围岩弹塑性介质中全长黏结式锚杆的锚固界面层应力分布和变化特征,对研究隧道工程初期支护系统的力学效应具有重要意义。根据全长锚杆微段的受力平衡以及锚固界面层剪应力的传递机制建立了关于锚杆轴向位移的微分方程,通过求解锚杆轴向位移的微分方程可得到锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷和锚固界面剪应力的分布函数。然后将锚杆界面剪应力对围岩的支护反力转化为圆形隧道轴对称径向体积力,进而求解有锚喷支护作用下圆形隧道围岩塑性区半径。在此解析模型基础上,可对隧道围岩-支护系统进行详细的分析和评判。算例分析表明,初期支护时机的选择对锚固效应和围岩稳定性有较大影响;适当增加全长黏结式锚杆的锚固层厚度能明显降低锚杆端部剪应力的应力集中度,能有效改善锚杆的锚固效果。

松软破碎煤体钻封注一体化锚固实验研究

赵家寨矿“三软”厚煤层回采巷道为锚网支护全煤巷道,掘进过程中时常遇到松软破碎围岩段,该围岩条件下普遍存在锚固孔成孔质量差、塌孔现象严重及锚固力低下等瓶颈问题。为有效解决其支护难题,改善局部破坏严重段的巷道支护效果,研发了一种钻封注一体化注浆锚杆。采用理论分析、实验室实验及现场试验相结合的研究方式,对钻封注一体化注浆锚杆锚固机理、注浆效果及锚固性能进行了分析,研究结果显示:钻封注一体化注浆锚杆,具有较好的注浆封孔效果,可减少松软破碎煤巷注浆加固流程,加快施工进度;该注浆锚杆在松软和破碎煤体钻进过程中,注浆锚杆振动响应特征表现较大差异,依此实现煤体条件的判别,可为巷道围岩注浆参数设计及差异化注浆提供理论依据;实验室超声波无损检测注浆效果显示,该注浆锚杆能有效实现松软及破碎煤体注浆,且浆液扩散效果良好,说明该注浆锚杆可对该类巷道围岩实现良好的注浆加固作用;注浆锚杆现场拉拔试验结果显示,在松软破碎围岩条件下,相较于普通树脂锚杆,注浆锚杆锚固力提升约36.4%,说明该注浆锚杆能够对围岩起到更好的锚固作用。上述研究结果表明,钻封注一体化注浆锚杆,可明显简化松软破碎煤巷注浆加固流程,同时,可对松软破碎煤巷围岩起到更好的锚固效果,研究成果为提升松软破碎煤巷控制效果。

软岩巷道变形破坏特征及锚注一体化支护技术

平煤十矿-320m第二变电所位于砂质泥岩中,受矿压显现影响,巷道底板、两帮出现大变形,普通支护难以满足要求,采用高强锚注一体化支护技术对巷道进行修复。通过钻孔窥视仪对各深度岩层裂隙发育状况进行了观测,并以此为基础对围岩变形破坏特征进行了分析,得出了巷道变形量大、难以支护的原因;借助数值模拟方法对原支护与高强锚注一体化支护方案进行了对比分析,结果表明,高强锚注支护可在很大程度上控制围岩的变形;实际应用效果表明,采用高强锚注一体化支护后巷道在较短时间内即可达到稳定,围岩变形从根本上得到了控制,该技术对控制软岩巷道变形具有明显的技术应用效果。

钻锚一体化新型注浆锚杆实验研究及应用

针对松散、破碎巷道围岩的支护问题,开发出钻锚一体化新型注浆锚杆,该锚杆具有钻杆、锚杆以及注浆管多重功能,在一次完成钻孔与锚固的基础上,通过中心孔对松散围岩进行注浆加固,简化破碎围岩注浆加固与支护工艺,提高掘进支护施工速度。对新型涨壳式锚杆进行了实验室实验,确定了锚杆选材、结构设计、工艺参数等。力学性能实验表明,杆体的拉断载荷平均值为286kN,约是普通中空注浆锚杆的5倍。在煤矿进行了现场工艺性试验,锚杆钻进与锚固性能可靠,可快速打入巷道围岩中,施加预紧扭矩后,锚杆预紧轴力达到51.5~85.3kN,具有较高的预应力。锚杆安装后,可实现带压注浆,实现全长锚固,为松软、破碎围岩巷道及时提供高强度、高预应力支护,为掘进工作面的快速高效推进创造了条件。

锚注一体化支护在破碎软岩巷道修复中的应用

软岩巷道围岩强度低,破碎范围大,巷修周期短,严重影响矿井正常生产。采用锚网喷一次支护和锚注一体化二次支护相结合技术方案,在扩修后锚网喷支护基础上,对破碎软弱围岩进行注浆改性增强治理,采用的高强度注浆锚杆、锚索既作为支护材料,又作为注浆通道,将浅部注浆与深部注浆强化为一体,提高了围岩的自承能力。通过对锚注一体化支护技术机理的分析,结合对锚注一体化支护施工工艺和注浆技术要求试验对比,总结了锚注一体化支护技术经验和取得的成果。经锚注一体化支护1年后,巷道两帮和顶底板未出现明显变形,围岩深部离层得到了有效控制,其支护效果良好。

中空注浆锚索破坏规律分析及关键技术性能优化

针对中空注浆锚索在高地应力软岩巷道支护过程出现的技术难题,深入探讨了中空注浆锚索的破坏机理,并对注浆锚索的承载性能进行优化,进而实现注浆与支护一体化,防止顶板事故发生。结合朱集煤矿现场调研,主要在锁具附近发生剪切破断及钢绞线与注浆体-锚固体界面发生剪切滑移而导致退锚现象等,注浆锚索破坏率达到83.4%。采用力学计算与FLAC3D数值模拟的方法分析了钢绞线与注浆浆界面的应力状态和破坏机理,得出了注浆锚索的应力公式及应力分布规律,通过模拟实验得到了注浆锚索在不同注浆效果下的应力演化特征、剪切滑移特征和极限位移量的演化特征,并提出了对注浆锚索的减压抗震装置及出浆孔位置优化的关键技术。结果表明,锚索破坏率降低至17.3%,巷道变形量得到有效控制,注浆效果得到显著改善。

锚注技术在深井软岩巷道中的应用

叙述了锚注支护技术在口孜东矿千米深井等候室的应用,对注浆材料、参数及注浆工艺等进行了分析,实践证明该支护技术创造了较好的技术经济和社会效益。

矿井深部软岩巷道锚注一体化支护应用研究

针对平煤一矿-950 m水平下延回风上山埋深大、应力高、围岩强度低、支护难度大等特点,基于锚注一体化支护技术进行锚注参数设计,提出了以25 mm全螺纹高强中空注浆锚杆和29 mm螺纹肋中空注浆锚索为核心的全断面锚注一体化支护方案。工程实践表明,锚注参数设计合理,锚注加固强化了巷道整体性,改善了巷道围岩的承载性能,有效控制了巷道变形,支护效果得到显著提升,巷道稳定性明显提高,且支护成本降低,工艺简单。

极近距离下伏煤层沿空巷道支护技术及应用

针对任楼煤矿Ⅱ7_(3)24S工作面回采巷道顶板距上覆采空区层间距离小于6m,采动影响下常规支护方式不足以保持巷道稳定的问题,采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法研究了沿空风巷围岩失稳机制及控制方法,结合实际的地质条件提出了锚注一体化高强耦合支护技术,即高扭矩力、高预紧力、高强度支护材料、全长锚固注浆、围岩加固注浆(“三高两注”)支护方案。现场巷道围岩移近量、顶板离层和锚索工作阻力实时监测结果显示,巷道变形不严重,巷道围岩矿压显现不明显,锚索的工作状况良好,保证了工作面的安全生产。

古书院矿破碎巷道锚注一体化支护技术研究

针对古书院矿15号煤层1523101巷受古书院矿—凤凰山矿回采动压的影响导致巷道底鼓、两帮变形严重的问题进行研究,通过现场观察、电镜窥视等手段对巷道破坏机理进行分析,发现底板岩层较软,在强烈动压作用下导致其破碎严重;在分析巷道破坏机理、参考原支护方案、及同类型矿井支护方案的基础上,提出采用"高压注浆+高强锚杆、锚索支护"的方案对巷道进行维护;并借助电镜窥视发现浆液能够有效充满裂隙使巷道围岩成为一个整体;并设置测点对掘进、回采期间巷道顶底板、两帮位移进行检测,显示该支护方案能够将回采期间的底鼓量控制在180 mm以内,两帮变形量控制在243 mm以内,有效控制了巷道围岩的变形,满足生产需求。

锚注一体化在加固松散破碎围岩巷道中的应用

分析了巷道注浆加固机理,采用锚注一体化技术对松散破碎围岩巷道进行了有效加固,并检测巷道加固的效果,结果表明:该技术具有较大的优越性,有效避免了此类巷道"修复—应力调整—变形破坏—再修复"的恶性循环现象,取得了良好的支护效果,保持了巷道的长期稳定,满足了矿井正常使用。

大变形煤巷锚注支护一体化技术及应用

为解决云驾岭矿煤巷变形大、围岩破碎、支护困难、返修率高等工程问题,采用地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、现场测试和实验室试验等手段,揭示大变形煤巷围岩失稳破坏机理。基于深、浅部注浆加固,建立双层环状支护带承载体系,提出切圆拱断面、帮部深孔锚索支护、护表加强的锚注支护一体化技术。工程应用表明:浅部注浆封闭巷道周边破碎围岩,与锚杆联合形成内部支护带,提高两帮围岩强度;深部注浆配合加长锚索形成主动支护带,以锚索端部为锚固点,使浅部、深部围岩形成有机整体,增强围岩承载强度;护表加强实现应力均匀分布,提高表面支护刚度并增大有效支护面积。现场监测显示,该技术有效降低围岩变形,保障了巷道围岩稳定。

云驾岭矿大倾角松散煤巷支护技术

基于云驾岭煤矿12801运输巷道地质条件，分析了原巷道支护的不足，提出了弧形巷道锚注一体化加固方案。结果表明：弧形顶板断面克服了非对称集中应力对围岩的破坏，一次锚网支护和二次煤帮注浆加固提高了围岩强度及其自承能力，顶板下沉量控制在0～55 mm，两帮位移量控制在400～660 mm之间，保证了巷道稳定。