High prestress truss cable support principle and its application in large cross section coal roadway

With the enlarge of cross section of roadway, the radius of plastic area and broken area increase, and the tensile stress and shear stress distributing in roof coal-rock layers relevantly increase, which induce support effect not obvious for ordinary bolt（cable）. While bounding point and support structure of the truss cable is in vertex angle of roadway, and supplies coal-rock layers in bounding area with the horizontal and vertical pressure, so it settles the support problems in large cross section coal roadway. From the point of view of mechanics, gave emphasis on the invalid mechanics of ordinary bolt （cable） in large cross section coal roadway and supported mechanics of prestress truss cable. The author successfully used this technique in Wuyang Mine, and had the huge economic efficiency and the social benefit.

新景矿大断面岩巷综掘技术研究与应用

为提高掘进速度,保证巷道稳定,在新景矿15号煤采区集中辅助运输巷开展了大断面岩巷综合机械化掘进技术的研究。在分析当前施工工艺以及支护中存在问题的基础上,提出了以EBZ320D掘进机和CMM2-25型锚杆钻机为主要设备的综合机械化岩巷掘进作业线。理论分析了锚杆索围岩强度强化理论,结合现场实际情况,设计了以不同长度锚索为主的支护方式。现场应用表明,应用新的综合机械化掘进技术后,巷道变形量小,掘进速度快,施工成本低,经济社会效益显著,应用效果良好。

乌兰木伦煤矿大断面硐室围岩变形破坏规律及控制

针对煤矿井下巷道大断面硐室的围岩变形破坏问题,以乌兰木伦煤矿井下分选及充填大断面硐室为研究对象,采用相似模拟实验方法,进行单调递增加载和恒定荷载加载单轴压缩实验,对大断面硐室围岩变形破坏规律进行了研究。结果表明:①2种加载方式在压密阶段、弹性变形阶段及微破裂稳定发展阶段破坏演化和变形位移趋势相似。②采用单调递增加载方式的试样裂纹较少但裂纹缝隙较大,试样沿着主裂纹突然发生破断,期间有大量碎屑飞出,试样变形位置主要集中在围岩边界,破坏时释放能量较多,但峰后释放能量持续时间较短。③采用恒定荷载加载方式的试样应力保持不变,应变缓慢增加,期间产生大量微小裂纹,试样变形位置主要围绕在硐室周围,破坏时释放能量较少,但峰后释放能量持续时间较长。依据大断面硐室围岩变形破坏规律,提出了锚杆索支护方案:硐室顶部打长锚索,将顶板和上方坚硬岩石连成整体;在硐室煤岩交界处打倾斜锚杆,将煤岩交界面与周围岩体紧密连接。数值模拟结果表明,支护后围岩应力、位移、塑性区均明显减小,围岩稳定性大幅提高,支护效果良好。

大断面半煤岩巷道变形破坏机理研究及控制技术

针对大断面半煤岩巷道围岩变形控制难题,以小保当煤矿一号井大断面半煤岩巷道为研究背景,测试了巷道围岩岩层分布、围岩地应力分布及裂隙发育,分析了巷道围岩的变形破坏演化特征。通过实验室试验以及数值模拟分析了半煤岩组合体力学性能及其变形破坏形态,揭示了强度较低的煤体最先在煤岩交界面发生破裂、滑移,变形不断向深部延伸,随着煤岩体完整性及强度的持续弱化,造成巷帮由下而上的非均匀渐进性失稳破坏,揭示了提高大断面半煤岩巷道围岩稳定性的关键在于控制煤岩交界面非协调变形。基于此提出了采用高预应力锚杆支护与薄弱区域加强支护的变形控制思路,制定了小保当一号井大断面巷道半煤岩巷道围岩变形控制方案,并开展了井下工业试验,取得了较好的应用效果,在监测期内巷道顶板的位移量为28 mm,两帮的位移量为80 mm,底板的位移量为43 mm,随后围岩变形趋于稳定,巷帮煤岩交界处的变形控制效果显著,表明采用该方案可有效控制大断面半煤岩巷围岩变形。

厚煤层大断面沿空巷道变形破坏机理及控制技术

针对沿空巷道受多次采动叠加影响极易发生变形失稳破坏的难题,以某矿1505W工作面厚煤层综放开采工作面为研究背景,综合采用理论分析、现场实测、数值模拟等多种研究方法探讨分析了沿空巷道围岩失稳破坏机制,并提出了围岩“浅部、深部、表层”控制方案。现场试验结果表明,提出的控制方案能够使巷道浅、深部围岩形成统一的整体,有效抑制了沿空巷道围岩变形,提高了巷道的稳定性。

高瓦斯大断面煤巷智能快掘条件下围岩控制研究

针对高河煤矿高瓦斯大断面煤巷智能快掘条件下的围岩控制问题,根据悬吊理论、普氏理论对E2312进风顺槽锚杆、锚索支护参数进行理论计算,初步确定了部分参数,采用数值模拟方法对智能快掘巷道围岩控制效果进行模拟分析,揭示锚杆、锚索协同锚固效应及其双层锚固平衡拱结构形成机理,并确定快掘条件下的最终支护参数。通过对不同支护参数和掘进速度分别制定了多组数值模拟方案,对比分析巷道围岩锚固效应、塑性区发育范围以及顶板下沉量和两帮移近量变化曲线,结合现场工程应用综合分析得出,在一定范围内提高掘进速度的同时,结合对支护参数的优化,更加有利于巷道的围岩稳定控制。

特大断面山岭隧道出洞口段开挖技术对比分析:以燕山地区汗沟2号隧道为例

为研究不同出洞开挖施工方法对特大断面山岭隧道洞口段围岩变形影响,以燕山地区汗沟2号隧道为依托工程,利用ABAQUS有限元软件建立数值模型,分析了双线隧道洞口段先行右洞采用超前小导洞开挖出洞和后行左洞采用三台阶七步开挖进洞情况下的围岩水平收敛、拱顶沉降、底部上拱、地表沉降、塑性区分布以及衬砌支护应力等影响。结果表明:小导洞开挖过程中围岩变形较小;由洞内向洞外与洞外向洞内扩挖右洞小导洞的围岩变形规律基本一致,前者对于山岭隧道洞口段施工具有优越性;左右洞贯通后,右隧最大水平收敛、拱顶沉降、底部上拱、地表沉降和衬砌最大主应力分别为1.35 mm、3.91 mm、2.88 mm、3.39 mm和0.11 MPa,左隧分别为1.52 mm、5.57 mm、2.67 mm、5.34 mm和0.35 MPa,超前小导洞开挖工法更有利于控制围岩变形,而三台阶进洞开挖下围岩塑性应变以及地表沉降较大。研究结果可为同类工程提供一定理论依据和指导,实现特大断面山岭隧道安全、高效出洞作业。

南阳煤业大断面巷道支护方案设计及应用

针对南阳煤业3#煤层厚度大、回采巷道断面大、支护困难等问题,采用理论分析、数值模拟的方法,确定了合理的巷道支护方案,并在3302轨道巷进行现场试验。对3302轨道巷巷道围岩变形量、顶板离层量及锚杆受力进行实时监测。现场监测数据显示,巷道围岩变形量不大,顶板无离层、失稳风险,锚杆受力状态良好,可有效约束巷道围岩变形。

高家庄煤矿大断面硬岩巷道智能化掘进系统研究与应用

针对高家庄煤矿东翼轨道大巷大断面硬岩掘进工作面智能化水平较低、生产效益差、存在安全隐患等问题,提出了高家庄煤矿大断面硬岩掘进工作面智能化高效生产模式,形成了大断面硬岩掘进工作面系统,建立了以快速掘进智能综合控制一体化平台为中心,自移机尾、带式输送机和除尘系统为基础,以掘锚一体机为主体,将人工智能、自动化装备与大断面硬岩快速掘进生产活动相融合,实现了大断面硬岩掘进工作面智能化掘进。智能化工作面掘进实现单班工作人员较传统工艺减少了50%,破岩速度提高了2倍,日掘进尺由1.6m提高到4.8m,故障率下降8%,智能化掘进最大限度提高了巷道掘进效率及人工效率。

大断面软弱围岩隧道施工方法研究

为了解决大断面软弱围岩隧道的施工技术难题,以G30连霍高速公路某隧道工程实例为依托,通过现场隧道拱顶下沉、周边收敛及支护结构受力的监控量测情况,开展大断面软弱围岩隧道合理施工方法的研究。结果表明:微台阶环形开挖预留核心土法能够保证隧道施工安全、质量、进度要求,满足项目建设需要。

王庄煤矿构造应力扰动下大断面巷道围岩控制技术研究

针对王庄煤矿9105工作面受构造应力影响导致的大断面巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了大断面巷道变形特征及其围岩控制技术。分析表明,巷道断面尺寸效应在4.5 m×4.5 m以上时表现更加突出,不利于巷道稳定;随着侧压系数的增加,巷道顶底板及两帮移近量均呈现增加趋势,侧压系数越大,巷道变形增加越剧烈;9105工作面巷道由于宽度较大,导致巷道顶板及两帮变形严重。据此设计了大断面巷道采用“高强度螺纹钢锚杆+预应力锚索+金属网+工字钢棚”联合支护技术。通过工程实践,顶底板移近量降低48.1%,两帮移近量降低55.4%,实现了构造巷道的有效控制。

大断面巷道围岩变形机理及控制技术应用研究

为解决采空区下大断面巷道围岩稳定性差的问题,同德矿以5316工作面为工程背景,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,对地质复杂条件下大断面巷道承载结构的应力环境变化、巷道变形破坏表现、顶板锚索破断深层次原因、巷道围岩控制技术展开研究。运用FLAC 3D对工作面开采后的破坏规律进行模拟,对支护参数进行优化,最终确定支护方案。通过现场变形监测,巷道围岩变形量得到了有效控制,在支护效果和成本控制方面新支护方案都较为理想。

特厚煤层大断面软岩巷道底鼓治理措施与效果

以斜沟矿特厚煤层大断面软岩巷道反复强底鼓工程实际为背景,综合运用理论计算与现场监测方法,结合巷道底板岩层特性,判断巷道底鼓类型,引用巷道极限平衡理论,计算得出巷道极限平衡区最大深度为11.05 m,设计“双应力壳-梁”控制巷道底鼓措施。现场应用的监测结果表明,采用新的控制措施后,巷道底鼓量最大为17.49 cm,巷道底板围岩控制措施取得较好效果。

隧道软岩大跨段施工方案优化研究

特大断面软岩隧道施工易引发围岩失稳塌方,为降低施工风险,一般采取短进尺、弱爆破、多步开挖并加强支护的方式,但设计多偏于保守,不经济且延误工期。文中以渝湘高铁张家山隧道为背景,从工程投资和施工工期方面,综合分析了原25 m级大跨段双侧壁导坑法施工方案及其支护体系的优缺点,并结合工程类比,对原方案进行了优化设计,优化后的月进度为原方案的2倍,可节约工期9.3个月,该研究成果可为类似工程提供参考。

金属矿小断面硬岩巷道爆破掘进装药结构优化研究

金属矿山小断面硬岩巷道爆破掘进中常面临炸药能量利用率低、单循环进尺低、块度大等问题。以蚕庄金矿-780 m四分层大巷为背景,采用爆破损伤、应力和振速变化作为评价指标,对无封堵、封堵+空气间隔装药、封堵+水介质孔口间隔装药、封堵+水介质两端间隔装药等4种装药结构进行了模拟分析,选取最优的装药结构参数用于现场试验。研究结果表明:添加封堵有效防止了爆破能量的流失,提高了能量利用率。孔口加封水袋延长了封堵时间,保持了孔内较高的爆轰压力和较长的作用时间,从而更有效地破碎岩石。孔底放置水袋代替部分炸药,既保持了爆破效果,又防止了超挖现象。综合各方面考虑,封堵+水介质两端间隔装药结构表现最优。现场试验结果显示,优化后的装药结构使炮孔利用率平均达到95%,比优化前提高了15%。

煤矿井下大埋深采区轨道巷支护技术研究与应用

深入探讨了大断面巷道支护技术在煤矿中的应用,分析了掘进区域的地质构造、煤层结构及巷道位置对支护方案的影响,并通过研究具体案例,明确了巷道尺寸、形状设计、地压和冲击地压等因素对选择支护方案的重要性。在实际应用中,针对研究区域的砾岩层和冲击地压危险区域,采用了高预应力强力锚杆锚索组合支护方式,并辅以喷射混凝土的联合支护方式,而且通过地质勘探和调整巷道尺寸,使得支护结构可以更好地适应煤层和地层的复杂变化,结果表明,该支护方案可以有效提高巷道的稳定性和安全性。

弱胶结软岩巷道底鼓控制关键技术研究

针对老公营子煤矿6号煤层西翼工作面运输巷道底鼓,影响煤矿井下运输和安全生产的问题。首先对巷道底板的岩性及结构进行取样和测试,发现其中含有亲水性较高的粘土矿物。其次,从巷道底板的力学机理出发,建立了巷道底板力学模型。通过增加底板锚固层厚度,可以有效控制底板变形,保证巷道围岩的稳定性。通过FLAC3D数值模拟分析现有巷道支护方案下的巷道变形,与现场实测变形结果相吻合,表明现有支护方案和参数不合理。对巷道支护方案进行合理优化,提出了“生石灰底铺层+预应力锚索+混凝土弧形梁+金属网+C20高强混凝土充填”的反底拱结构支护优化方案,并于井下试验段进行工业验证。结果表明,优化后的巷道支护方案对控制顶底板及两帮变形的效果显著,有效保证了矿井的安全高效生产。

浅埋深大断面半煤岩巷快速掘进支护技术

研究浅埋深大断面半煤岩巷快速掘进支护技术对薄及中厚煤层的安全高效回采具有重要意义。以布尔台矿12203主运顺槽掘进工作面为研究对象,采用理论分析、工程类比和现场应用等方法,对巷道支护方式和支护设计原则进行了分析,提出了巷道围岩支护设计方案。针对巷道围岩变形(顶板下沉和两帮收敛)情况,验证了支护设计方案的有效性和可行性,提高了矿井的安全高效生产,同时也为其他煤矿的浅埋深大断面半煤岩巷的支护提供了技术方案。

大断面巷道变形破坏特征及支护设计应用

针对煤矿快速掘进下大断面巷道支护难题,以黄陵矿业一号煤矿1010回风平巷为研究对象,采用数值模拟和理论分析等研究手段,探究大断面巷道围岩变形破坏特征,给出了巷道支护方案并进行了稳定性验证。结果表明:大断面巷道未支护条件下,围岩发生大变形区域较大,肩角、底角处剪切应力集中,塑性破坏范围较大。根据极限平衡理论结合数值模拟结果,采用左旋螺纹钢锚杆+金属网+金属梁+锚索支护方式,支护后巷道锚杆、锚索有效防治了岩层变形破坏,控制了顶板下沉,限制了两帮变形,制止了底鼓发生,为矿井安全高效开采提供了保障。

超大断面浅埋软弱围岩市政隧道施工分析

随着市政道路工程逐渐完善,隧道断面不断增大,常面临超大断面浅埋软弱围岩的施工工况,对隧道施工提出更高的要求。本文经过对常见施工方法的分析,结合某工程项目对隧道施工方法进行详细阐述,通过建立双侧壁导坑法模型以及交叉中隔壁法模型,对两种工法进行比对,关注围岩位移的监测,控制支护变形以及地面沉降等问题,选择最佳施工工法。