超前支承压力影响下破碎顶板变形机制与控制

为保证超前支承压力影响下破碎围岩的稳定性与支护系统的可靠性,以葫芦素煤矿21104工作面地质条件为研究背景,综合采用理论计算、数值模拟、现场实测等方法,建立了超前段顶板变形弹性地基梁力学模型,确定了顶板弯曲变形影响因素,提出了破碎围岩超前注浆锚索加固技术。结果表明:顶板弹模仅影响巷道上方顶板挠度,帮部弹模控制顶板整体弯曲变形;超前支承压力及集中系数随工作面推进呈现先快速增大后缓慢增大的趋势,最终趋于平稳;注浆锚索超前支护试验工作面存在35 m高应力区,锚索富裕系数较高、围岩变变形程度较低(<210 mm)、顶板完整性较强,验证了该技术手段的可行性及有效性。

倾斜厚煤层异形巷道围岩变形特征及非对称支护技术研究

本文针对倾斜厚煤层中异形巷道围岩变形量大和矿压显现明显的问题,提出了以高帮补强锚索和低帮大直径钻孔卸压为基础的“高补低卸”异形巷道非对称支护技术,并以乌兰木伦煤矿工作面为技术背景,通过对工作面运巷和风巷的异形巷道进行区域划分,分析了不同区域内异形巷道应力场和位移场演化特征,确立了“高补低卸”异形断面非对称支护技术关键参数。研究结果表明:倾斜厚煤层运巷回采区异形巷道应力场分布最为复杂,高帮附近顶板支承应力大于低帮附近顶板支承应力,且呈现出非对称应力状态。异形巷道高帮变形主要是因为支承应力导致高帮煤柱强度弱化引起煤体滑移,而低帮和底板变形主要是支承应力较大和围岩应力集中系数高造成的。巷道高帮及顶板补强长锚索能够有效加固煤岩体。低帮和底板的大直径卸压钻孔能够将围岩集中应力向远场转移。现场应用表明倾斜厚煤层“高补低卸”异形断面非对称支护技术大大减小了围岩变形量和顶板离层量,对巷道进行了有效控制,应用效果显著。

高应力断层构造区巷道冲击破坏特征研究

断层构造区静动载应力耦合作用加剧了井下断层区围岩冲击危险性,断层构造区巷道围岩应力分布规律及冲击动载响应特征存在显著特殊性。目前对于断层构造区的冲击研究主要集中于工作面采场附近,但对于断层构造区巷道冲击破坏鲜有研究。以陕西某矿深埋高应力断层构造区巷道为工程背景,分析了断层构造区巷道围岩变形破坏力学特征:①断层面存在明显应力阻隔效应,正断层附近存在上盘应力集中区和下盘应力降低区2个特殊应力区。巷道由于断层面影响,巷帮静载集中应力呈现非对称分布特征,远离断层面侧应力集中程度大于靠近断层面侧,该侧巷道围岩冲击破坏危险程度增大。②断层面对于应力波传递产生明显阻隔作用,正断层上盘动载响应大于下盘动载响应,由于巷道两帮应力非对称分布特征,右帮动载响应明显大于左帮。基于上述特征,提出了断层构造区巷道围岩“卸(大直径钻孔卸压)−支(梯次加固成层式吸能防冲支护)”协同防冲控制技术,工程试验结果表明:①巷道围岩采取“卸−支”协同防冲处理措施后,巷道两帮应力集中区往围岩深部转移3~5 m,应力峰值降低18.5%~20.3%,巷道帮部围岩应力集中程度显著降低。②采用“卸−支”协同防冲处理措施前,巷道顶底板及两帮变形量分别为856,334,325,567 mm,巷道围岩变形破坏严重,采用“卸−支”协同防冲处理措施后,巷道围岩变形量降低35.69%~62.03%,巷道围岩稳定性增强。③钻孔煤粉量显著低于临界粉煤量,巷道围岩动力显现降低。

松软煤层大巷群卸-注-锚协同防控围岩变形技术研究

为防控松软煤层大巷群在非对称应力作用下发生流变变形,以赵庄煤业三盘区大巷群受采动影响产生持续性变形为研究背景,提出了卸-注-锚协同防控围岩变形新技术。通过开展数值模拟和宽煤柱护巷顶板结构分析,阐明了大巷群应力状态与采空区顶板的关联性,揭示了爆破裂隙带在阻隔应力传递的作用机制,明确了回采巷道顶板爆破预裂和盘区大巷多层位预裂的理论依据,构建了深-浅孔联合卸压工艺和以锚固-注浆为核心的内外圈协同加固技术,根据理论推演和现场试验确定了爆破预裂参数和注浆参数。工程实践表明:爆破工艺实现了坚硬顶板的充分预裂,锚固-注浆工艺提升了巷道围岩的整体性,3312工作面回采后大巷群顶底板和两帮移近量较小,达到了卸-注-锚协同防控围岩变形的目的。

破碎围岩预掘回撤巷道加固技术研究

为实现破碎围岩预掘回撤巷道变形有效控制,以21303工作面回撤通道为研究对象,在分析工作面末采期间回撤通道锚网索支护条件下围岩变形特征基础上,提出采用注浆方式加固回撤通道破碎围岩,确保回撤通道断面满足后续使用需要。依据21303工作面回撤通道现场情况,给出注浆加固方案并分析注浆加固效果。工程应用后,21303工作面回撤通道顶板、巷帮及底板最大位移量分别为65、131、50 mm,围岩变形量在允许范围内,可满足工作面综采设备回撤需要。

综采工作面超前应力分布及支护技术研究

为了解决青磁窑煤矿8806工作面巷道围岩变形量大的问题,采用FLAC^(3D)软件模拟了工作面超前支承压力的分布情况,当工作面推进165~170 m,且距巷道5~15 m时,巷道受超前支承压力影响大,围岩较为破碎。因此,根据工作面超前支承压力的规律,提出了在巷道左帮、顶板、右帮分别布置5、7、5根锚杆,顶板布置2根锚索,并进行注浆加固。现场实践表明,优化后的支护方案能够保证工作面的安全回采。

强矿压永久巷道支护失效分析与多层次耦合控制对策

针对永久巷道围岩变形量大、矿压显现强烈、锚杆(索)失效严重等问题,以代池坝煤矿+320 m西大巷为工程背景,分析了巷道支护失效机制,提出了以锚注技术为主的巷道围岩多层次耦合控制对策。研究表明:强矿压作用下,传统螺纹钢锚杆因锚固的滑移失效、锚杆尾部螺纹处断裂失效及支护体护表失效而造成的锚空失效,从而导致锚固失效。针对以上失效形式,提出了围岩注浆加固、使用废旧钢丝绳将锚杆组合、卸压槽卸压等手段,形成了多层次锚喷注浆联合加固技术。工程应用效果表明,多层次锚喷注浆联合加固技术对强矿压巷道围岩具有较好的控制效果。

强动压影响下复用巷道围岩加固支护实践

寺河矿6301综采工作面复用巷道受强动压影响,造成围岩松软破碎并大变形失稳破坏;通过现场钻孔窥视发现,巷帮围岩6 m内裂隙发育,锚杆大量失效。为解决复用巷道围岩失稳、支护失效问题,决定采用预注浆加固与锚索补强联合支护方式对巷道围岩进行加固。试验表明,注浆+锚索补强支护能够有效控制复用巷道大变形失稳,巷道加固完成60 d后围岩变形趋于稳定,巷道两帮最大移近量250 mm,顶底板最大移近量140 mm,能满足工作面回采需求。

庞庞塔煤矿110501综放工作面“110工法”技术研究及实践

针对霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿留煤柱开采导致采掘接替紧张、煤炭资源回收率低的问题,以110501综采工作面为研究对象,提出采用切顶卸压无煤柱自成巷“110工法”进行开采,设计了恒阻大变形锚索补强支护和顶板预裂切缝孔布置方案。现场应用结果表明:所采用的技术方案有效控制了110501胶带顺槽围岩变形,使110501综采工作面多回收煤柱资源约5.8万t,创造经济效益约3480万元。

切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术实践

为缓解晋邦德煤矿采掘接替紧张的问题,消除区段煤柱应力集中,提高煤炭采出率,保持巷道的稳定性,以10404回风巷为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场测试等方法,对综放工作面沿空巷道的顶板结构特征、顶板切顶参数、围岩控制技术与配套设备、沿空巷道的矿压显现规律等进行深入研究,形成一套适合综放工作面的切顶留巷技术。通过矿压监测结果分析可知,在滞后工作面80 m距离时,由于采空区一侧的顶板随回采的进行逐渐被切落、充填和挤压,巷道的围岩变形逐渐变得稳定,证明取得了良好的留巷效果,保证下一工作面综放开采的顺利开展。

破碎围岩动压巷道锚索支护与注浆加固技术研究

为了解决深部破碎围岩动压巷道治理难题,运用UDEC数值计算软件,揭示了破碎围岩动压巷道的变形破坏机制,提出了相应的控制对策;结合现场实际,最终提出了基于锚索与注浆的支护加固方案,并进行了现场应用及效果监测。数值计算及监测结果表明:巷道围岩的变形破坏是渐进发展的,局部关键部位的破坏将导致围岩其他部位失稳,帮部的控制对巷道整体的稳定性起到了关键性作用,应为支护加固的重点;加固方案实施后,在工作面回采期间,支护体系受力状态良好,锚索受力处于较佳水平,巷道围岩变形明显减小,最大顶板下沉量和两帮收敛量分别为75 mm和309 mm,相比加固前分别减少了53.1%和68.5%,最大底鼓量为268 mm,减少了66.5%。基于锚索与注浆的支护加固技术可以保证巷道的长期稳定,保障企业安全生产。

深部软岩巷道围岩稳定控制技术研究及应用

在对某深部矿井典型极软岩巷道矿压显现规律及特点长期现场观测结果分析和室内岩石成分及力学参数测试的基础上,分析并揭示了该矿井典型巷道围岩变形失稳机理。结合现场松动圈测试结果,针对该深部矿井典型极软岩巷道提出了初期采用主动柔性支护对破碎围岩力学性能"固"、中期预留变形量对高应力"卸"、后期采用全断面高强度和高刚度支护对其流变变形强"抗"的刚柔耦合动态加固技术。通过在该矿区集中胶带巷进行工业性试验,验证了该加固技术对深部极软岩巷道大变形具有很好的控制作用。

围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的影响研究

采用注浆模拟试验及理论分析研究了围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的影响。试验采用在注浆模型架内分区充填不同孔隙比土体的方法模拟被注围岩显著的向异性及非均质性;采用多个注浆管依次注浆的方法模拟实际注浆工程中的不同注浆施工阶段。通过开挖揭露浆脉(浆泡)特征研究围岩性质对于浆液扩散形式的影响;通过分析注浆过程中注浆压力数据研究围岩性质对于注浆压力的影响;通过对注浆前后围岩试样进行室内试验测试,获取注浆对于围岩孔隙比及压缩系数的影响规律。研究结果证实:注浆压力变化规律及浆液扩散模式与围岩性质密切相关,通过分析注浆压力变化规律与浆液扩散模式可判定围岩性质,从而为注浆施工过程中的注浆参数动态调整提供依据。相关研究结论在永莲隧道帷幕注浆工程中进行了现场试验,进一步验证了其正确性。

基于爆破卸压的深部构造应力富水软岩巷道底鼓控制技术研究

底鼓是深部高应力软岩巷道常见的底板破坏形式,也是影响矿井安全高效生产的制约因素,更是目前千米深井亟待解决的关键问题。为解决深部高应力软岩巷道底鼓制约煤矿安全高效开采的现场问题,以平煤某矿-950水平回风大巷为工程背景,采用井下试验、物化分析、室内试验相结合的方法,从岩石强度和应力特征视角分析了围岩结构、矿物成分、水理作用、支护强度、原岩应力对巷道底鼓的影响机制,发现了高构造应力和水理作用是影响巷道严重底鼓的主要因素,揭示了该巷道的挤压流动性底鼓和遇水膨胀性底鼓机理。根据深部高应力软岩巷道底鼓机理分析,提出了基于底板爆破卸压的注浆加固底鼓联合控制技术,利用松动爆破技术阻断底板高应力传播路径,改善巷道围岩应力环境,释放底板压力;同时,利用注浆加固技术强化巷道底板围岩的承载力,提高底板抗变形能力。基于上述研究成果,提出爆破卸压+注浆加固的布置方案与参数,并进行了工业试验和底鼓变形监测。现场工业应用监测结果表明:采用底板松动爆破+注浆加固的联合支护方案后,巷道底板围岩处于稳定状态,底板在300 d内最大位移不超过310 mm,巷道底鼓变形量较无支护状态下减少了36.7%~49.0%,巷道底板未发生明显变形破坏,底鼓控制效果明显。

松软破碎围岩巷道变形机理及非对称控制

以红岭煤矿15141综放工作面回采巷道为研究背景,综合采用现场调研、理论计算、数值模拟和工业性试验等手段,研究了采动应力作用下松软破碎围岩应力分布规律,据此确定了合理的护巷煤柱宽度,并揭示了松软破碎围岩巷道应力演化规律及变形机理;针对性地提出了松软破碎围岩巷道非对称控制技术。现场试验表明:留设窄煤柱护巷并采用高阻力、高预应力、非对称耦合支护与高水速凝材料注浆加固技术相结合,可以有效控制采动应力影响下松软破碎围岩巷道变形,保障巷道在服务期间的围岩稳定。

高压涌水作用破碎围岩巷道综合施工技术

在金属矿山破碎围岩巷道的掘进施工中同时存在高压涌水作用,可导致重大安全事故.采用了综合掘进与支护的技术途径,首先对已施工巷道的注浆加固,改善掘进迎头作业条件,然后在此基础上实施超前探测和超前注浆,形成防渗加固帷幕后实施掘进施工,并在掘进过程中及时采用型钢支架和喷网作初次支护,尽量减轻对围岩的挠动,再在此基础上进行高性能锚固和注浆二次支护与加固,既提高了支护结构的承载能力,又改善了巷道破碎围岩的整体性和抗渗能力,较好地解决了巷道掘进施工安全和长期稳定的问题.

复杂条件下小煤柱动压巷道变形控制研究

针对小煤柱动压巷道围岩的力学环境和支护特点,在分析巷道上覆岩层结构和巷道围岩结构稳定性的基础上,建立沿空巷道围岩稳定性分析模型,通过相似试验、数值计算和工业性试验,研究了复杂条件下小煤柱动压巷道的围岩变形规律。结果表明,对小煤柱分阶段注浆加固,可增强煤柱的承载能力,从而达到减小巷道变形、增强巷道围岩稳定性的目的。工业性试验效果显著,巷道围岩变形得到明显控制。

多次强动压巷道围岩“三区”强化支护机理及控制技术研究

针对贵州湾田煤矿多次动压作用巷道围岩变形破坏严重的问题,提出了巷道围岩"三区"强化支护控制技术,通过数值模拟、理论分析和现场试验研究分析了围岩"三区"强化支护效果。研究结果表明:通过内外注浆方法在巷道围岩内形成围岩锚固区、围岩强化区和应力释放区,并将注浆区域分为内注浆区和外注浆区,使其之间形成动压缓冲区;注浆能够有效的胶结破碎围岩体,锚杆锚索所处的塑性破坏区得到了有效重新加固,形成具有高强度的承载拱;井下现场监测数据表明巷道顶板下沉量和底鼓量不足巷道高度的5%,两帮变形量仅为巷道宽度的0.7%,有效地控制了巷道围岩的变形破坏。

引流渗透控制注浆技术及涌水治理应用研究

为解决煤矿浅层松散破碎高压涌水围岩的注浆堵水技术难题,提出了引流渗透控制注浆技术,通过试验分别对C-GT浆液性能,注浆压力对围岩的破坏性,注浆管内浆液的流通性,涌水与治理区域的连通性和引流孔关闭后的影响等进行研究。结果表明：在深部引流条件下,采用下列参数封堵浅层松散破碎围岩内高压涌水是安全有效的,常温下选用P.O42.5R水泥,水泥浆液密度1.50 g/cm^3（水灰比1∶1）左右,GT浆液密度为1.20-1.50 g/cm^3,体积比控制在1∶1-3∶1,在井下高温环境中要适量添加缓凝剂;C-GT浆液初凝时间应比示踪剂连通时间长5 s左右,注浆压力控制在2.5MPa以下。当溢流孔总面积与注浆管内径面积相近时浆液流通性最好,应为注浆时控制的最高速率。

动压作用大巷破碎围岩分区域差异性修复技术研究

为解决动压作用大巷破碎围岩稳定性维护困难的难题,以黑龙煤业2号煤层运输大巷延伸段为工程背景,综合采用现场实测、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,分析了试验巷道围岩变形破坏特征,研究了单次采动支承应力演化以及重复采动应力叠加效应,总结得到了动压作用大巷围岩大变形的主要影响因素及影响规律,揭示了动压作用大巷围岩变形失稳路径:试验巷道受采动影响后处于高应力环境下,巷道邻近断层发生活化,加上巷道揭露泥岩强度低,原支护结构体不足以控制其碎胀变形,诱发巷道产生大变形。同时,由于终采线设计不合理,巷道在工作面超前应力叠加影响下发生局部冒顶,严重影响了矿井安全生产。为此,提出了动压作用大巷围岩稳定控制路径:充分利用强度较大、岩层较厚的细粒砂岩岩层(顶板)自身承载能力,优化支护参数和控制停采线位置,促使锚杆(索)与围岩形成统一承载结构,改善巷道应力环境,保持围岩稳定,最终提出了动压作用大巷分区域差异性修复技术,形成了以“改善应力环境+高强高预应力支护+底角支护+滞后注浆”为核心的围岩控制技术体系,并成功应用于现场工业性试验。矿压监测结果表明,该技术的应用取得了良好的围岩控制效果,保证了矿井安全高效生产,可为类似条件的巷道支护、修复提供借鉴。