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。

高应力软岩巷道变形与破坏机制及返修控制技术

针对高应力软岩巷道的大量变形与破坏问题,以江西曲江煤矿-850 m水平运输大巷为例,研究了变形机理和返修控制技术。首先,对该大巷的变形及破坏情况选取7个具有代表性的地段进行现场调查,发现变形与破坏形式主要包括两帮内挤、侧墙张裂、U型钢棚架弯曲或折断、底板鼓起和顶板垮落等;进行了X衍射实验和围岩内部变形结构的现场窥视,表明该巷道围岩含泥质矿物较多,松动圈较大(4 m左右)。然后,采用巴顿分类Q值、地质力学RMR值和松动圈估计值等将-850 m水平运输大巷的各调查段巷道稳定性归为Ⅴ,Ⅳ和Ⅲ类,相应地将这3类巷道称为垮冒巷道、特殊巷道和标准巷道,并给出了初步支护方案。最后,借助于工程类比、围岩分类、截面面积校核和提出的锚固段长度经验公式等方法得到了返修巷道锚索(锚杆)的长度、间排距、强度、直径和锚固段长度等主要参数。由此,-850 m水平运输大巷试验段巷道选取了"锚杆、金属网、喷浆、锚索、注浆和底板锚索"的综合支护方式。应用表明:经过147 d,巷道两帮收敛量最大值仅为66 mm,顶底板移近量最大值仅为119 mm,监测后期的收敛速率均小于1 mm/d,处于稳定状态。

深部倾斜巷道变形机理的数值模拟

文章综合考虑影响深部巷道围岩变形的各种因素,并以淮北临涣矿为工程背景,通过现场观测、调研、取样和煤岩力学参数的实验室测定,建立了临涣煤矿的深部巷道计算模型;采用大型有限元软件ANSYS,分析软岩影响下的巷道变形特点;论述了适合软岩巷道围岩变形控制的耦合支护理论,并结合该理论和软岩巷道应力破坏特点,对临涣煤矿软岩处进行了支护优化设计,并对支护设计的结果进行了数值模拟仿真分析,得出对后续现场支护工业实验具有指导意义的结论。

夜长坪矿软岩巷道围岩变形机理及控制

基于巷道围岩的物理、力学性质的实验室测试以及现场围岩变形的监测结果,探讨了软破围岩条件下巷道变形破坏机理和特征。通过室内试验和井下巷道试验研究了围岩的膨胀变形规律、钢纤维混凝土和高强度锚杆的力学特性。以围压恢复加固理论为指导,采用物理模拟和数值分析对支护参数进行优化,提出了带有顶、底拱的全封闭强化支护的主动和被动联合支护控制技术。工业试验结果表明,软破围岩条件下的巷道工程采用该类联合支护技术能够有效地控制巷道地压,提高了巷道抗变形能力,延长了安全稳定期。

高侧压软岩巷道破坏机理及控制技术研究

为揭示高侧压软岩巷道底鼓和侧鼓的机理,以陕西某铜矿为工程背景,从岩体性质、地应力分布、巷道形状和支护条件等方面进行了理论分析和FLAC3D数值分析。结果表明:巷道底鼓和侧鼓的根本原因是围岩软弱破碎和水平地压大,顶板矢跨比为0.33、底板矢跨比为0.2、侧帮矢跨比为0.09时对控制巷道变形最为有利;与直墙平底三心拱相比,马蹄形巷道顶板下沉量下降为6.8%,底鼓量下降为20.7%,侧鼓量下降为10.7%;与不耦合支护相比,耦合支护使巷道底鼓量降低34.1%,侧鼓量降低41.4%;与底板不支护相比,底板支护底鼓量降低20.4%,侧鼓量降低15.5%。在优化巷道形状的基础上,采用"喷锚网+全断面钢架+架后袋装充填圈"的联合支护方式,顶底板移近量为14.5mm,两帮移近量为32mm,能够保证巷道稳定。

“三软”厚煤层顺槽支护技术研究

以某矿2306厚煤层工作面回风顺槽为依托,对三软煤层巷道变形力学机制及巷道锚固支护机理进行理论分析,确定了一次锚杆+金属网+钢筋梯梁和二次锚索关键部位补强的支护方案,采用理论计算与有限元模拟的方法确定了锚固支护参数,完成了400 m长试验巷道的支护研究。结果表明:支护方案合理可行,锚网联合支护是解决三软厚煤层巷道支护问题的有效手段。

袁店一井煤矿深部软岩巷道变形机理及支护研究

针对深部软岩巷道围岩变形量大,支护困难的问题,以袁店一井煤矿103采区轨道巷为工程背景,采用实验室试验、力学理论分析、FLAC数值模拟计算分析及现场实测分析等综合研究方法,对围岩变形破坏机理及其控制深入研究,并提出最优支护方案。

保国铁矿软岩巷道支护方式的数值模拟研究

保国铁矿地下矿山软岩巷道围岩地质条件复杂,下盘围岩破碎,抗压强度低,遇水极易破碎、膨胀产生变形破坏,严重影响了矿山的开采和运输。为减缓该矿铁蛋山矿区地下开采过程中的巷道围岩变形破坏程度,提高地下工程的稳定性,保持矿山安全高效生产,对+35 m水平分段巷道进行变形监测,并采用FLAC3D软件进行数值计算,分析了保国铁矿软岩巷道在不同支护方案下,无底柱分段崩落法沿脉运输巷道围岩的位移与塑性区等情况。结果表明:在重点破坏区域采用多支护手段联合支护方案,可显著提高该矿软岩巷道围岩强度和承载能力,有效遏制动压软岩巷道破坏趋势。

联合支护技术控制软岩巷道稳定性研究

针对软岩巷道围岩总变形量大、来压快、变形持续时间长的特点,对晋东某矿软岩巷道围岩变形机理进行了深入的理论分析,提出了以锚网索喷、U型钢支架、滞后注浆加固为主体的锚架注联合支护系统方案。该方案实施后,在巷道围岩监测期内,巷道围岩总体变形量不大,巷道变形量以及变形速率均已趋于稳定,实现了对软岩巷道的有效控制。

伊犁矿“三软”围岩巷道支护技术的研究与应用

通过实验室岩石力学参数测试和现场原岩地应力测试研究了新疆伊犁一矿3煤巷道围岩特性,确定岩性为"三软"围岩。通过现场矿压观测的方法研究了巷道围岩的变形特征,分析了"三软"围岩巷道的松软性与不稳定特点。结合"三软"巷道围岩特性和矿压观测分析结果提出了棚索联合支护方案,并进行了现场应用效果检验,确定了棚索联合支护适合典型"三软"围岩巷道支护技术研究方案。

深井软岩巷道破坏机理及支护技术研究

基于对矿井巷道围岩变形破坏情况的现场调查,分析了巷道围岩变形破坏特点,研究了巷道围岩的破坏机理,提出了深井热力耦合巷道的控制对策,针对矿井深井热力耦合巷道支护存在的问题,采用以内注浆锚杆为核心的锚注联合支护体系,用过矿压监测验证了锚注联合支护方案的合理性和支护效果,并优化了支护方案,得出了适应于该矿的支护方案。监测结果表明,该矿深井热力耦合软岩巷道支护技术以锚网喷索+锚注联合支护是合理的。

软岩大变形破坏巷道修复治理研究

以郁山煤矿-220 m水平北翼运输大巷为研究对象,借助于D/Max-3B型X射线衍射仪对围岩的物理成分进行检测。通过分析巷道工程地质条件,阐述了巷道围岩变形破坏的机理,提出了混凝土反拱+锚索锚注+马蹄形全封闭金属支架联合支护的施工方案,并进行了工业性试验。井下试验表明,该联合支护形式有效地控制了北翼运输大巷的整体变形和破坏,使其能够满足正常生产需要,并获得了较好的技术经济效益。

高应力“三软”煤层回采巷道围岩破坏机制及控制研究

为明确高应力"三软"煤层回采巷道围岩破坏模式和支护失效机制,以船景煤矿典型"三软"不稳定煤层1171综采工作面回采巷道为工程背景,通过室内及现场实验、现场观察监测和理论分析相结合的方法对巷道围岩变形破坏进行综合分析研究。结果表明:巷道围岩破坏模式为高应力条件下的软岩流变大变形破坏模式;支护失效机制为高应力条件下软弱围岩在流变作用下松动破坏扩展剧烈,致使锚网索联合支护结构失效,进而导致围岩-支护承载结构丧失承载力;对于高应力"三软"煤层回采巷道,锚网索联合支护具有明显的局限性。最后提出以新型全长黏结锚固、全封闭护面、顶板多拱有序承载和围岩协同加固技术为核心的优化支护方案并在现场实验应用,结果显示优化支护段巷道围岩变形得到有效控制。

软岩巷道交岔点钢管混凝土组合支架支护技术研究

为解决膨胀性软岩巷道交岔点支护难题,以清水营煤矿主斜井与2;给煤机检修联络巷交岔点为工程背景,在针对性分析交岔点地质特征和变形原因的基础上,提出基于矩形钢管混凝土组合支架的返修支护设计。通过数值模拟分析支架承载力,发现组合支架直梁段抗弯承载力不足,以钢管混凝土直梁抗弯性能试验分析结构优化依据,试验表明:在直梁受拉区焊接抗弯圆钢可以有效提高钢管混凝土直梁的抗弯承载力。采用φ50 mm的抗弯圆钢对矩形组合支架进行结构优化,模拟表明优化后的组合支架整体承载力提高了36%。在工程实践中,基于矩形钢管混凝土组合支架的支护方案应用3年来无明显变形,膨胀性软岩巷道交岔点长期保持稳定,对类似条件下的交岔点支护具有重要指导意义。

大断面软岩巷道支护失效机理及优化设计

针对当前店坪煤矿-900 m水平大断面软岩轨道大巷采用传统锚网索喷联合支护不能奏效的问题,分析了该巷道支护失效的机理,并对巷道支护方案进行了优化设计。通过数值模拟和现场应用表明:采用"锚杆+锚索+金属网+喷浆+注浆"联合支护方案可以有效控制巷道的大变形和垮冒,经过180 d的监测,巷道顶底板移近量最大值为193 mm,两帮移近量最大值为118 mm,监测后期巷道变形趋于稳定。