Deformation failure mechanism and application of the backfill along the goaf-side retained roadway

In order to determine the rational width of backfill in the goaf-side retained roadway, the deformation failure mechanism of surrounding rock in retained roadway is studied in the use of theoretical analysis, numerical simulation, etc., when the width of backfill is different. The results show that: with the increase of backfill width, the roof deformation above the backfill decreases; the outside of backfill obviously suffers from greater stress compared to the inner side of backfill; the damage firstly appears in the intersection of top backfill and roof; the plastic failure area is mainly distributed in the roof and floor of inside the roadway; 2 m wide backfill in the goaf-side retained roadway can meet the requirements of roadway deformation. Based on the original combination support of "anchor-mesh-belt-lock" in the haulage-track roadway, the study also considers the reinforced support of "anchor-mesh-belt" above the backfill, and 50 m ahead of working face, and 200 m behind the working face. This kind of support achieves a good result. The roadway deformation of field measurement shows that it can satisfy the need of the next working face.

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。

基于支护阻力对巷道围岩塑性区深度作用的柔性锚索支护技术研究

为明确支护阻力对巷道围岩塑性区深度的影响,采用卡斯特纳公式和FLAC3D软件分析了支护阻力与巷道围岩塑性区深度之间的关系,分析结果表明:现有技术水平条件下提供的支护阻力不能显著减少巷道围岩塑性区深度,难以有效避免巷道围岩发生塑性破坏,即使支护阻力高达2.50 MPa,巷道顶板围岩塑性区深度也未显著减少。因此,提出采用具有足够承载能力、锚固深度和延伸率的支护材料进行柔性支护,将塑性区内的破坏岩石锚固到塑性区外的稳定岩层是维护巷道围岩稳定的一种有效途径。在信湖煤矿五中车场回风道采用大变形柔性锚索进行补强支护,取得了较好的控制效果,减少了巷道断面的收缩量,保障了巷道的长期使用。

大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。

大工作阻力风巷超前液压支架上连杆结构优化

针对大工作阻力风巷超前支架上连杆与顶梁铰接处损坏的问题,以ZQL2×22500/22/40D型风巷超前液压支架上连杆结构为切入点,分析上连杆损坏的内在原因,经过力学分析及安全系数计算,确定了上连杆结构的优化措施。经过生产实践检验,优化后的上连杆结构使用更可靠,显著提高了上连杆的可靠性和使用寿命。

深部开采动压巷道切顶护巷技术研究

针对采区轨道大巷在邻近的51301工作面采动影响下出现围岩变形量大、支护难度高等问题,结合现场情况提出综合采用切顶卸压+恒阻锚索补强方式控制采区轨道大巷围岩变形。具体在采区轨道大巷邻近的51301运输巷内布置切顶卸压钻孔,通过深孔爆破方式切断采面顶板与采区轨道大巷顶板间应力传递路径;恒阻锚索对采区轨道大巷顶板、两帮进行补强加固,并与原有支护体系相互配合,实现动压影响巷道围岩变形有效控制。现场应用后,轨道大巷围岩变形量大问题得以较好解决,巷道断面收敛量较小,表明现场采用的围岩支护技术取得较好应用成果。

综采工作面过空巷充填开采技术应用

以长平煤矿4321工作面地质条件为背景,分析了采用充填技术过横川开采技术的优点,设计了4321工作面过空巷的开采技术方案,并对充填材料、充填设备以及技术工艺进行了设计。矿压监测结果表明,随着工作面与横川的距离减小,液压支架工作阻力逐步增大,但未超过额定值。工作面回采期间未出现片帮冒顶现象,保证了工作面的正常回采。

典型留巷顶板条件下巷旁充填体支护阻力分析

将工程实践中接触到的留巷顶板分为厚层直接顶、薄层直接顶和无直接顶3种类型,利用叠加连续层板模型,考虑巷帮煤体承载作用和导致顶板垮落诱因,得出了3种顶板条件下的巷旁支护阻力计算公式。研究表明,巷帮煤体、充填区域顶板承载性能的提高有助于降低巷旁充填体支护阻力。随直接顶厚度的减小,充填体支护阻力反而增大。基本顶层位不同,顶板垮落诱因不同。厚层直接顶时,顶板垮落为自重引起;薄层直接顶时,顶板垮落为基本顶上位岩层作用所致。

软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究

支架的高阻和可缩是确保软岩巷道稳定性的关键。受力条件恶化严重抑制着软岩巷道支架支撑能力的发挥。实施支架壁后充填使支架及早承载和均匀受力，可大幅度提高支架的工作阻力，有效地控制巷道围岩的强烈变形。

倾斜煤层沿空留巷力学模型分析

倾斜煤层走向长壁开采沿空留巷,可以采用区段上行式留风巷方案或区段下行式留机巷方案。为了研究二者顶板活动的差异,利用叠加连续层板模型和顶板载荷条带分割法,考虑煤层倾角的影响,得出了相应条件下的巷旁支护阻力计算公式。对比分析表明,巷旁支护所需支护阻力留机巷时比留风巷时大;采用风巷留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而减小;采用机巷沿空留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而增大,但当α大于采空区冒落矸石自然安息角时,考虑矸石堆积支撑作用,有利于降低巷旁支护阻力。研究结果为倾斜煤层沿空留巷时区段开采顺序的选择提供一定参考依据。

壁后充填对提高巷道支护阻力的研究

支护阻力和可缩量是巷道支架的主要参数，高阻和可缩是确保软岩巷道稳定性的关键．支架的实际工作阻力经常远低于理论承载能力，主要原因往往是支架与围岩之间存在空穴、支架受力条件恶化等严重抑制着巷道支架支承能力的发挥．实施支架壁后充填，使围岩－充填体－支架结构三者形成共同的力学承载体系，可大幅度提高支架的工作阻力，有效地控制围岩的强烈变形，这是改进软岩巷道支护的重大措施．

巨厚煤层三软回采巷道恒阻让压互补支护研究

针对沈阳清水煤矿第三系巨厚大地压软围岩煤层回采巷道开掘后支护失效严重、围岩大变形及4次返修无法稳定的现象,分析围岩塑性流变、非对称变形破坏、支护体与围岩大变形不协调等变形力学机制。提出采用恒阻大变形锚杆初次支护,在恒阻力作用下保护锚固体的承载力,通过恒阻锚杆的延伸多次释放变形能,将集中应力转移到深部,调动深部围岩承载能力,形成稳定的塑性承载圈;然后针对回采巷道变形特点采用顶板加强、两帮让压、底角加固的二次互补加强支护,形成适应三软巷道变形特征的围岩–支护协同承载体,将围岩变形速率控制在合理范围。基于该方法下提出的锚索+恒阻大变形锚杆+钢带+底角锚注联合支护设计,在该矿南二采区205工作面运输顺槽中使用后,顶板下沉降低75%,两帮收缩减小60%,底臌减小42%,巷道支护状况得到明显改善。实践证明,恒阻让压互补支护系统可有效控制三软巷道围岩稳定。

支护阻力对软岩巷道围岩的控制作用

在现场测试的基础上，阐述了软岩巷道的围岩变形量与支护阻力的定量关系，阐明受力恶化是遏制支护阻力的基本原因，得到了实施支架壁后充填可使支架均匀承载、大幅度提高支护阻力、从而有效地控制软岩巷道围岩变形的显著效果。

深部软岩巷道支护控制对策研究

针对林南仓矿-650 m轨道石门巷道围岩破碎软弱、长期流变、底鼓、顶板下沉和两帮内挤严重的问题,为提高巷道围岩支护强度,保障巷道的正常生产需求,设计采用反拱底梁+壁后充填+注浆支护方式对巷道进行支护加固。通过FLAC^(3D)对支护设计进行了模拟,并对模拟结果进行了深入的分析,设计在轨道石门进行了工程实践,经过后期的表面收敛观测表明:反拱底梁+壁后充填+注浆加固的支护技术对两帮严重内挤、顶、底收敛量大等巷道失稳问题具有显著的效果,对维持巷道整体稳定性具有很大的作用。

沿空留巷护巷带参数的设计方法

在分析沿空留巷顶板破断垮落特征的基础上，论述了沿空留巷护巷带参数的设计思想和设计方法，结合高水速凝材料巷旁充填沿空留巷技术的实例，阐述了这种设计方法在沿空留巷技术中的实际应用情况．实例证明，用这种方法设计沿空留巷护巷带参数所获得的技术效果和经济效益显著。

大变形巷道锚杆和框式支架工作阻力的研究

在现场和实验室测试的基础上，阐述支护阻力对提高围岩自承能力及控制围岩变形的重要作用，大变形巷道中锚杆和框式支架的实际支护阻力远低于理论值，围岩损伤变形过程中锚杆锚固力丧失及框式支架受载恶化是遏制支护阻力的基本原因．得出锚杆采用预应力全长锚固、加强护表构件及锚注工艺，可控制锚固力丧失，框式支架实施泵送壁后充填，使支架及早均匀承载，可大幅度提高支护阻力，从而有效地控制软岩动压巷道的强烈变形．

整体壁后充填对提高拱形金属支架支护阻力的作用

拱形金属支架的承载能力与其受载条件有很大关系，改善支架的受力将有利于承载能力的充分发挥，实施支架壁后充填是改善拱形支架受载状况的有效方法。本文分析了支架壁后充填及其质量对支架承载能力的影响，并通过实验室试验研究得出拱形金属支架实施壁后充填后，充填层与支架的联合承载特征，从而进一步说明了支架壁后充填的作用。

卧龙湖煤矿沿空留巷巷旁充填技术应用

结合卧龙湖煤矿8102工作面煤层开采的具体工程条件,运用理论计算、数值分析和工程实践相结合的研究方法,分析了8102工作面沿空留巷顶板覆岩运移规律、围岩位移变化及应力分布特征。理论与数值模拟结果表明:8102工作面巷旁充填体在顶板活动过渡期和后期受其影响较大,支护阻力应大于13.5MN;当充填体宽度为3m、强度为5.3MPa时,技术和经济效益最佳。工程应用结果表明,留巷顶板下沉量最大148mm,两帮移近量最大160mm,围岩变形较小,该充填技术在8102工作面风巷沿空留巷得到成功应用。

深部开采巷道滞后突水防治技术

针对深部矿井巷道受承压水威胁在巷道服务期间易产生滞后突水问题.采用理论分析方法,研究了巷道滞后突水防治技术.分析结果表明:随着时间的延续,巷道围岩有效隔水层在矿压及水压长期作用下,围岩破坏范围逐渐扩大,裂隙进一步扩展,有效隔水层受到破坏,裂隙与高承压水连通,形成突水通道;分析了突水时间效应及防突水措施机理,提出了通过优化支护参数达到增强防突潜能的目的.基于悬吊理论和Ansys软件,对巷道支护参数及安装载荷进行了优化.结果表明:断层破碎带附近巷道顶底板最大位移量为132 mm,两帮移近量最大为123 mm,顶板离层量为8～15 mm,巷道围岩得到了有效控制,在服务期间,没有发生淋水等现象.该成果对预防巷道滞后突水有一定指导意义.

倾斜煤层综放工作面沿空留巷围岩稳定性模拟研究

以倾斜煤层综放工作面为研究对象,运用数值模拟的方法,对不同煤层倾角、不同煤层厚度、不同巷旁支护体宽度及不同巷内支护阻力时,沿空留巷围岩应力和位移随工作面推进的动态分布和变化规律及围岩的塑性破坏进行了模拟研究,以揭示不同工况条件对巷道围岩稳定性的影响规律。结果表明:随煤层倾角的增大,两帮垂直应力和顶板垂直位移逐渐减小,底板垂直位移逐渐增大,巷道两帮水平位移量先增大后减小,留巷围岩的塑性破坏程度加剧,尤其是巷道两帮及底板塑性区范围增大;在工作面推进相同距离时,煤层厚度越大,两帮垂直应力及顶板和右帮位移量越小,底板和左侧煤帮位移量越大;随巷旁支护体宽度的增大,左帮的垂直应力逐渐增大,右帮垂直应力先增大后减小,顶板垂直位移和两帮水平位移逐渐减小,底板垂直位移逐渐增大;随着巷内支护阻力的增大,两帮的垂直应力均先增大后减小,巷道变形量先减小后增大,巷道底板和右帮位移量随支护阻力的变化并不明显。