Theory,technology and application of grouted bolting in soft rock roadways of deep coal mines

The grouted bolt,combining rock bolting with grouting techniques,provides an effective solution for controlling the surrounding rock in deep soft rock and fractured roadways.It has been extensively applied in numerous deep mining areas characterized by soft rock roadways,where it has demonstrated remarkable control results.This article systematically explores the evolution of grouted bolting,covering its theoretical foundations,design methods,materials,construction processes,monitoring measures,and methods for assessing its effectiveness.The overview encompassed several key elements,delving into anchoring theory and grouting reinforcement theory.The new principle of high pretensioned high-pressure splitting grouted bolting collaborative active control is introduced.A fresh method for dynamic information design is also highlighted.The discussion touches on both conventional grouting rock bolts and cable bolts,as well as innovative grouted rock bolts and cables characterized by their high pretension,strength,and sealing hole pressure.An examination of the merits and demerits of standard inorganic and organic grouting materials versus the new inorganic–organic composite materials,including their specific application conditions,was conducted.Additionally,the article presents various methods and instruments to assess the support effect of grouting rock bolts,cable bolts,and grouting reinforcement.Furthermore,it provides a foundation for understanding the factors influencing decisions on grouted bolting timing,the sequence of grouting,the pressure applied,the volume of grout used,and the strategic arrangement of grouted rock bolts and cable bolts.The application of the high pretensioned high-pressure splitting grouted bolting collaborative control technology in a typical kilometer-deep soft rock mine in China—the soft coal seam and soft rock roadway in the Kouzidong coal mine,Huainan coal mining area,was introduced.Finally,the existing problems in grouted bolting control technology for deep soft rock roadways are analyzed,and the future development trend of grouted bolting control technology is anticipated.

松软薄煤层条带消突下斜定向钻孔成孔护孔技术研究与应用

针对松软薄煤层煤巷条带消突长距离下斜钻孔,存在成孔难、易钻遇煤层顶底板、积水堵塞瓦斯抽采通道的难题,提出了氮气排渣下斜定向钻进成孔与护孔技术,采用高压氮气排渣、大功率气动螺杆钻具定向、“波浪式”轨迹控制和三层管护孔排水技术,在河南省平煤股份一矿开展现场试验,完成8个孔深超300 m下斜定向长钻孔,煤层钻遇率90%以上,全孔段下三层护排水管,平均下入深度302 m,支管平均抽采纯量1.66 m^(3)/min,平均瓦斯浓度17.5%。试验结果表明:该技术可有效解决松软薄煤层下斜钻孔长距离定向成孔、全孔段筛管护孔和排水的技术难题,提高了钻孔成孔深度和煤层钻遇率,实现了下斜孔全孔段护孔和排水,保障了瓦斯抽采效果,为松软薄煤层煤巷条带长距离消突提供技术保障,在类似地层条件具有广泛的应用推广价值。

相邻空区影响下三软巷道变形破坏规律与煤柱留设宽度研究

为了探究相邻空区影响下三软煤层巷道掘进时不同煤柱宽度下巷道围岩变形破坏规律,采用理论计算、数值模拟、物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,分析存在临空区后不同区段煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏范围以及位移分布特征。结果表明:临空区是造成巷道掘进后非对称破坏的主要原因,使煤柱主应力方向与垂向夹角增大,巷道两帮应力呈煤柱侧大于实体煤侧的非对称分布特征;三软巷道破坏形式以剪切破坏为主,破坏主体为两帮,随着煤柱宽度增大,主应力方向与垂向夹角减小,巷道围岩破坏程度降低,临空区对巷道不同位置的影响程度不同,巷道中部围岩破坏程度大于端头处且煤柱侧破坏程度大于实体煤侧;煤柱宽度增大对巷道围岩应力以及煤柱破坏的改善程度有限,现场结果显示当煤柱宽度为20 m时巷道正常维护满足需求。

“三软”厚煤层回采巷道掘锚一体机工艺优化及应用

“三软”厚煤层回采巷道围岩整体强度低,且岩层结构组合普遍变化较大,造成掘进工作面悬露顶板稳定性差异明显,部分顶板稳定性较差区域无法直接采用掘锚一体机及配套施工工艺,造成掘进工作面频繁停工,整体掘进效率下降。针对此类问题,以沙吉海煤矿“三软”厚煤层回采巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等综合研究方法,阐明了掘进工作面悬露顶板漏冒、掘锚一体机陷入底板或跑偏、煤壁片帮是制约掘锚一体机在“三软”厚煤层回采巷道中应用的关键制约因素;考虑悬露顶板厚度、扰动影响系数、顶板各岩层强度及各岩层完整性等参量的影响,建立和推导了掘进工作面悬露顶板极限跨距计算公式;形成了以掘进工作面悬露顶板极限跨距计算为主导的巷道围岩稳定性分级方法,将“三软”厚煤层回采巷道围岩划分为极稳定、稳定、中等稳定、不稳定、极不稳定5个级别;提出了不同稳定性级别围岩条件下掘锚一体机装备及施工工艺分类优化方案,并从截割滚筒位态调整、底板接地处理、巷帮作业平台增设等方面给出了困难作业环境下掘锚一体机应用对策。研究成果在沙吉海煤矿B1003W05工作面巷道进行了工程应用,其分类优化方案可有效保障掘锚一体机在“三软”厚煤层中的正常运行,相比邻近巷道采用悬臂式掘进机综掘工艺,掘进速度提升了1.0~1.8倍。

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊8煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明:两帮及顶底板最大收敛量分别为93、112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。

松软厚煤层超高巷道围岩失稳因素分析与控制技术

安阳主焦煤矿2301综放工作面回风巷沿煤层顶板布置,但在回采过程中,存在上端头三角煤损失和巷道底板煤层无法回收问题。为此,提出了回风巷超前底煤回收工艺,但面临着超前超高回采巷道围岩控制问题。支承压力高、煤体软弱、巷道超高和超前架反复支撑等因素导致超高巷道变形严重;结合回收底煤工艺和巷道变形破坏特征,提出了主被动联合支护、强化巷帮支护的控制策略和强力锚网索+超前超高液压支架联合支护方法。采用离散元数值模拟方法,分析了不同支承压力下巷道围岩塑性区、位移和应力场分布特征,验证了支护方案的合理性。现场工业性试验表明,补打锚杆、强化超前支架护帮等措施,能够有效控制巷道片帮现象。采用超高巷道围岩控制方法可多回收煤炭资源2.44万t,直接经济效益2.19亿元,具有较强的技术经济前景。

厚煤层软岩定向预裂切顶自成巷技术

为解决厚煤层软岩巷道沿空留巷巷道变形量大,不能满足施工要求的问题,通过对工作面地质条件分析,采用类比法,确定预裂爆破采用双向聚能管,装药结构采用4-2-2-1-0方式,钻孔设计倾角15°,孔间距1 m,孔深9 m。通过矿压监测,在采用顶板定向预裂切顶等技术后,16011工作面周期来压平均压力减小1 490 kN,降低25.9%,沿空留巷段巷道成型较好,变形量较小,能够满足巷道施工要求。

层理劣化影响下破碎顶板巷道变形机理及控制研究

为解决层理劣化的破碎顶板下巷道支护难题,以辛置煤矿东四运输延伸巷为工程背景,研究了该巷道层理劣化的顶板变形破坏规律,提出了相应的支护对策,并进行了现场应用。采用FLAC3D中的interface单元,建立了含层理的巷道顶板模型,分析了层理影响下破碎顶板变形破坏特征,对比了不同支护方案的巷道围岩变形规律。对层理劣化的顶板,高预应力锚杆能充分提高顶板自承载能力,进而降低锚杆支护密度,既能控制巷道围岩变形,亦能提高掘进速度。最终,将提出的支护对策应用于现场,监测数据表明:该支护对策能保证巷道围岩稳定,且有利于提高巷道掘进速度,对类似的层理劣化的破碎顶板下巷道支护提供了参考。

动压影响区松软留顶煤巷道支护技术研究

厚煤层开采工作面回采巷道断面普遍较大,随着矿井采掘深度和开采范围的不断增大,回采巷道围岩控制难度增加,这就需要做好动压巷道围岩变形控制。本文以某煤矿11307回顺为研究对象,分析动压影响下松软留顶煤巷道围岩变形特征及影响因素,并提出具体支护方案。总体来说,采用锚杆索、注浆、钢筋托梁及金属网组合支护顶板,采用锚杆索、金属网组合支护巷帮。工程应用后,11307回顺巷道位移变形量较小,可满足使用需要。

破碎软煤大变形回采巷道稳定性分析及支护技术研究

鸿兴煤业由于巷道煤层软弱、裂隙发育、围岩破裂变形不致密、支护参数不合理等问题,给矿井的安全开采带来了巨大的挑战。结合理论,分析了主动支护和被动支护对巷道稳定性的影响,提出了新的支护方案,并进行了现场试验。试验过程中,在29107巷道中实施了“螺栓、W钢带”+“锚索、锚索梁”+“工字钢棚”的主动式被动耦合支护方案,并对巷道两壁和顶板、底板位移收敛变形进行了实时监测,结果表明,该方案有效地控制了巷道围岩变形,保证了巷道的稳定性。

大倾角三软煤巷动态耦合支护技术研究及应用

大倾角三软煤巷掘进主要采用金属支架单一的刚性被动支护形式,支护效果较差,易发生变形。为了解决上述问题,研究一种大倾角三软煤巷动态耦合支护系统,在主支护结构中加入多个锚注时间指示装置,通过对三软煤巷进行地质力学评估,获取三软煤巷的多个原始地质力学参数,生成初始支护参数,现场设置支护系统并进行实时监测。根据动态地质力学参数和动态支护参数生成反馈信息,及时优化三软煤巷的动态地质力学参数和支护系统的动态支护参数,根据优化支护参数对支护系统中尚未设置好的部分进行修正。通过大倾角三软煤巷动态耦合支护方法及系统,得到最佳支护时间,以达到更好的支护效果。

保安煤矿褶曲构造影响区三软煤层巷道变形特征及支护优化

保安煤矿运输巷在褶曲构造影响区掘进时,随着围岩破碎程度增加,受构造应力发育等影响,出现原有架棚支护无法有效控制围岩变形的问题。在综合地应力测定、认识围岩破碎分布范围及原支护围岩变形特征基础上,提出采用留断面+锚杆(索)+围岩注浆+钢架棚方式进行支护。通过适当增大巷道断面,允许围岩出现一定变形,以便释放部分围岩应力;通过注浆改善围岩承载能力及稳定性,提升锚杆(索)与围岩耦合效果;采用架棚+单体支柱+金属网,给巷道表面围岩施加较大作用力,并与锚杆(索)、围岩共同配合,控制围岩变形。经工程应用,运输巷围岩变形问题得以较好解决,为构造影响区三软煤层巷道围岩支护提供借鉴。

大倾角三软煤层回采巷道围岩变形破坏特性研究

采用相似模拟方法进行不同应力条件下大倾角煤层回采巷道的围岩破坏特性研究,结果表明,随着顶压系数k的增加,顶底板逐渐出现离层、剪切、滑移直至冒落,0≤k≤2时,锚网索支护起到了良好的锚固作用。k>2.5时,锚网索支护逐渐失效,巷道两帮中部及顶板中部破坏明显;随着顶压系数的增加,顶底范围的巷道分维数增速较快,增量显著,两帮范围的分维数D在增量和增速方面比顶底较低,说明顶底受顶压的影响大于两帮。顶板锚杆锚索轴力大于两帮,左侧顶部、帮部应力大于右侧;顶压系数0≤k≤2时,测点位移量较小,断面收缩率较低,锚网索支护效果较好,顶底板的变形量大于两帮,左侧(留三角煤处)变形量大于右侧,顶板及两帮中部变形量最大。

滑动构造区三软强变形煤层巷道变形破坏规律研究

郑州煤电告成煤矿二1煤21051下付巷属于典型的“三软”煤层,巷道围岩松散破碎,巷道变形严重。为确保施工安全,研究了其变形和围岩松动圈变化规律。巷道围岩两帮及顶底移近量平均达到600~950 mm,顶底最大,两帮次之,表现为四周变形,属于大变形软岩巷道;巷道围岩松动圈范围一般为顶板4.3 m、两帮3.0 m、底板1.26 m,属于大松动圈。巷道围岩可以采用锚杆锚索施工。

深部软岩巷道支护对策研究

深部软岩围岩稳定性控制问题日益突出。以东周窑煤业为研究区,通过现场勘察获得了巷道变形破坏特征;通过数值模拟分析了巷道变形、围岩倾斜与软弱层位置之间的关系,得出了软岩巷道的变形破坏特征影响因素;基于数值模拟结果,提出了深部软岩巷道支护新型设计方案。结果表明,新型支护方案控制效果良好,对类似工程具有指导意义。

煤矿深井软弱围岩巷道锚架注支护施工技术研究

针对巷道在围岩应力作用下会产生较大的移近量,提出煤矿深井软弱围岩巷道锚架注支护施工技术,分别从锚杆设置、金属网铺设、钢支架架设以及注浆施工等方面进行设计,明确了具体的施工材料、方式及操作要点,并利用实例验证技术的先进性,结果显示,煤矿深井巷道两帮移近量和巷道顶底板移近量始终稳定在较低水平,应用效果较好。

寺河二号井松软煤层巷道控制技术优化与应用

针对寺河二号井松软煤层巷道变形量大、维护困难、巷修任务重的问题,对巷道煤帮强度与泥岩成分进行分析,优化巷道支护参数,采用全长锚固与W钢带加强帮部支护强度,同时滞后掘进头进行浅孔注浆加固。优化巷道支护方案实施后,经现场矿压监测可知:巷道形得到有效控制,顶底板移近量最大值133.6 mm,两帮移近量最大值71.8 mm,满足现场回采要求。

深埋三软巷道围岩变形力学测试与支护设计材料优选

针对深埋三软巷道支护围岩稳定性控制的问题,以五举煤矿13207工作面两顺槽为背景进行研究。首先,依据现场地质条件调查与现场监测结果分析了巷道围岩岩性;其次,通过对巷道围岩进行取样并进行力学试验研究分析了巷道围岩力学性质,分析结果显示巷道顶板与两帮岩性较强,底板岩性较差,导致开采过程中易发生底鼓现象;第三通过力学试验研究,对巷道围岩支护进行设计,设计主要采用三种材料,分别为微膨胀高强注浆材料,前锚后注式高预紧力锚杆与全长粘固锚索,并在巷道内进行合理布设,支护效果良好,巷道未发生较大变形,但后期应加强对巷道支护效果的观测,以避免存在隐患。

山西东风煤矿平顶U型巷道支护应用分析

平顶U型巷道支护方案是针对软煤层(直壁)半圆拱巷道的优化支护技术。基于摩尔-库伦准则,可以确定半圆拱巷道与平顶U型巷道围岩的围岩塑性比例关系,即两种不同巷道围岩边缘位移分布规律相似,塑性面积占比近似相等。利用数值模拟方法,分析半圆拱巷道和平顶U型巷道中U型钢支架在围岩相互作用下的承载特性,认定U型钢支架可以满足上述两种巷道围岩支护的要求。通过在东风煤矿3204工作面回采巷道的应用以及对围岩位移的现场测量,验证了理论分析和数值模拟的准确性。

三软厚煤层锚杆索联合支护技术实践

三软煤层的围岩强度较低,巷道围岩变形较大,易导致安全隐患。为解决三软厚煤层的巷道失稳难题,以魏家地煤矿东1100回风顺槽为研究对象,采用理论分析法对巷道支护参数进行计算分析,并结合数值模拟及现场实测结果对三软煤层巷道围岩变形及控制展开研究,提出了针对性的锚杆索联合支护的设计方案。研究结果表明,三软厚煤层巷道不稳定围岩范围较大,锚杆支护范围无法有效控制围岩结构,需采用锚杆索联合支护方案。数值模拟及现场应用结果显示,锚杆索联合支护方案控制巷道围岩变形效果明显,围岩变形及巷道稳定性能够满足安全生产的要求。