厚煤层柔模混凝土墙沿空巷道支护技术研究

柔模混凝土墙沿空留巷技术作为无煤柱开采的一种,现已被应用于我国神东矿区多个煤矿。为解决在留巷复用过程中沿空巷道围岩结构稳定性差、变形剧烈、支护难度大的难题,以大柳塔煤矿52605柔模混凝土墙沿空留巷工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,研究了柔模混凝土墙沿空巷道的围岩变形特征,建立柔模混凝土墙沿空巷道围岩结构力学模型,得到从巷道掘进阶段至巷道复用阶段沿空巷道全生命使用周期的应力演化规律,并根据巷道不同的使用阶段提出了对应的支护方案。研究结果表明:上覆岩层作用力直接作用在直接顶与混凝土墙岩层接触位置,有利于侧向支承压力传递,巷道围岩变形较大;二次采动超前支承压力导致留巷段前方顶板发生塑性破坏,塑性破坏与底板塑性区联通,将加剧煤壁侧的破坏;现场工程实践表明对沿空巷道进行合理分时分区支护,可改善应力环境,有效控制围岩变形。

顶强帮弱半煤岩巷道围岩变形特性及控制对策

针对“顶强帮弱”半煤岩巷道巷帮围岩塑性破坏范围大、锚杆支护强度不足等围岩控制难题,以某矿8#煤层回采巷道为工程背景,在围岩力学性能测试、钻孔可视化观测及声波法实测巷帮不同高度松动圈的基础上,对该类巷道围岩的力学及宏观变形特征进行了研究,得出巷帮煤层既是影响巷道整体稳定的“短板”,又是支护的“关键”。建立数值模型分析了“顶强帮弱”半煤岩巷道围岩受采动影响的变形特征、应力分布规律及承载特性,提出了强化帮部薄弱部位的围岩控制对策,并进行了工业性试验。结果表明:对“顶强帮弱”半煤岩巷道帮部煤层采用“锚杆+斜拉穿层锚索+强护表构件”的支护对策可使其处于三向压缩受力状态,约束其向巷道内挤出变形,发挥封闭及主动促稳作用。

超厚硬岩层地下连续墙旋铣入岩技术研究

以深圳市福田区沙头街道金地工业区城市更新单元一期项目01地块基坑支护与土石方工程项目为研究背景,根据工程实际情况,对地下连续墙超厚硬岩层的入岩施工技术进行了深入研究实践。依靠对现有机械设备的组合使用,通过改进施工工艺,完善施工技术,摸索出一种利用旋挖钻机先行引孔、再用双轮铣槽机铣岩成槽的入岩施工技术,极大保证和提升了地下连续墙施工进度和施工质量,降低了施工成本,为国内同类型的深基坑工程地下连续墙超厚硬岩层的入岩施工技术发展提供相关参考。

煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究

TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究。基于可可盖煤矿斜井穿越地层和工程条件,制定了适应地层条件的TBM掘进参数调整方案,提出了刀盘转速、撑靴压力、刀盘扭矩、推进速度等掘进参数的控制方法,最大限度发挥了TBM高效掘进的性能;提出了斜井穿越破碎地层时,钢拱架、超前注浆、锚网支护等综合围岩加固方法;优化了辅助作业设备的配置方案及掘进作业流程,形成了注浆加固、围岩强支护、设备随掘协同的破碎地层安全施工技术,保障了可可盖煤矿斜井破碎地层敞开式TBM的安全与快速掘进。

基于沿空留巷技术的工作面过陷落柱工程实践

矿井采掘工作揭露陷落柱等地质构造时,往往会带来较多潜在隐患,可能导通含水层、造成瓦斯超限和形成支护难题等。针对6102工作面揭露大型陷落柱影响区的技术难题,矿方根据陷落柱产状及潜在的隐患情况,结合矿井较成熟的沿空留巷理论及经验,成功实施了基于沿空留巷技术的过陷落柱工程实践,在损失一定保护煤柱的代价下,确保了工作面安全快速跳过陷落柱影响区域,沿空留巷技术优势得到验证。

高海拔穿破碎带大断面排水巷支护设计与数值模拟

目的:巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷道原采用锚杆+锚索+钢拱架联合支护的方式进行支护,但支护效果较差,急需解决该问题。方法:为解决该实际问题,针对围岩破碎区域提出了管片+壁后注浆的支护方式。管片采用C50混凝土浇筑,内置HPB300和HPB400E型号钢筋。每段巷道由6段管片进行拼接支护,每段管片留设注浆孔。利用数值模拟分析了穿破碎围岩大断面巷道支护效果。结果:结果表明,管片+注浆支护后巷道围岩变形均为毫米级变形,管片+注浆支护结构内最大应力为30.46 MPa。管片+壁后注浆的支护方式在巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷得到了成功应用,支护效果较好。意义:研究结果为类似巷道施工提供了理论参考。

大柳塔煤矿沿空留巷柔模砼墙合理宽度研究及应用

针对浅埋煤层沿空留巷柔模砼墙留设宽度问题,以大柳塔煤矿52605工作面为工程背景,运用相似模拟试验、数值模拟和理论分析方法,研究大采高沿空留巷柔模砼墙合理宽度,构建柔模砼墙沿空留巷力学模型。研究结果表明:随着砼墙尺寸增加,在采场顶板回转下沉过程中柔模砼墙非对称变形现象更加明显;工作面回采阶段实体煤帮侧出现的应力集中与柔模砼墙尺寸无明显相关性;砼墙宽度为1.2m时,能够满足巷道支护强度,围岩变形较小,且巷肩处不会出现应力集中;在现场实测中,采用1.2 m宽的砼墙,顶底板最大变形量不超过287mm,砼墙最大变形量不超过120mm,回采巷道围岩位移量呈先增加后稳定的趋势。研究结论为较大采高工作面沿空留巷巷旁支护体宽度的确定提供理论参考。

矿井深部巷道切顶卸压围岩变形控制技术研究

为了研究深部沿空巷道围岩变形原理及控制技术,文章以潞安集团司马煤矿1206工作面回风巷道为工程背景,针对工作面矿压显现剧烈,原支护方案无法有效控制围岩变形的情况,基于基本顶梁结构假设和来压步距理论进行沿空巷道变形原理分析,提出爆破切顶卸压围岩变形控制技术。结果表明:当沿空巷道爆破切顶后,基本顶断裂长度有效降低,并通过巷道围岩变形监测,确定巷道顶板、底板、煤柱帮和煤壁帮最大变形量分别为124 mm、80 mm、173 mm和113 mm,较原支护方案条件下围岩变形控制能力分别提高了80.7%、84.8%、80.2%和80.5%,说明爆破切顶方式对巷道围岩变形有明显的控制作用。

迎采巷道围岩变形机理及控制技术研究

以马堡煤矿迎采巷道围岩控制为背景,采用理论分析及数值模拟方法对采掘全过程巷道变形机理进行分析,将巷道分为了3个阶段,即:沿实体煤掘进阶段、迎采动相互影响阶段和沿空掘巷阶段。确定了各阶段的影响范围,提出了动态分段支护设计方案,取得了良好的效果。

基于支架-围岩耦合关系的煤壁弱化技术研究与应用

为解决1203工作面坚硬煤层采煤机破煤难题,对当前采煤机的割煤现状进行分析,发现存在截齿磨损及遗失严重、采煤机机身振动强烈、割煤速度慢、效率低等问题,并对采场支架-围岩耦合关系展开研究。在工业性试验阶段,针对来压期间和正常回采期间实施不同的围岩控制模式;截齿损耗及采煤机故障率显著下降,技术经济效益显著。

官地矿12607综采面沿空留巷柔模墙支护技术研究

针对西山矿区官地矿在沿空留巷时,存在开采深度较大、顶板破碎,留巷后顶板形变量大,且煤帮被挤压凸出、底鼓严重的难题,以官地矿12607综采工作面为工程背景,开展了切顶卸压柔模墙支护技术研究。在超前工作面沿空留巷区域借助双向聚能爆破技术对顶板开展预裂爆破,减少顶板应力;伴随工作面持续开采,在距工作面后方煤壁一定区域,构筑混凝土柔模墙支护巷旁,达到有效支撑顶板的目的。现场实践结果发现:处于钻孔内不同深度处存在2条发育较明显的裂缝,说明预裂爆破具有良好的切顶卸压效果;顶板深部和浅部的最大离层量分别为19 mm和7 mm,巷道顶板支护效果良好;两帮移近量和顶底板移近量分别为486 mm和429 mm,巷道围岩变形处于可控区间内,发挥良好的留巷效果。

余吾煤业N1105工作面沿空留巷支护应用研究

为解决余吾煤业N1105工作面胶带顺槽沿空留巷围岩变形严重的问题,特提出在此巷道进行沿空留巷加强支护,超前在巷道原有支护的基础上铺设两层菱形金属网和一层钢筋网片、补打锚索补强支护,运用柔模混凝土墙体在巷道回采侧进行永久加强支护,对巷道超前30 m、滞后200 m范围内进行临时加强支护。实践表明,沿空留巷支护能有效解决围岩变形严重问题,尤其是对顶板下沉有很好的支护效果,全巷道顶板基本无明显变化,个别地段顶板稍有下沉。矿压监测显示,留巷顶板最大下沉量为235 mm,底鼓最大值为1080 mm,帮鼓最大值为432 mm,除底鼓变化量较大以外,顶板下沉和帮鼓得到有效控制。

固帮切顶成巷方法与验证

针对切顶成巷煤帮破碎使巷道大变形的问题,以新驿煤矿1706工作面为背景,开展了不同地应力、巷道宽度和巷道高度作用下数值试验研究,对比分析了常规支护切顶和固帮切顶的围岩变形控制效果。结果表明:常规支护切顶围岩变形大,固帮切顶能有效控制围岩变形,提高锚索安全裕度,尤其对于大埋深和大断面巷道效果更显著。同时,在1706巷道进行了现场对比试验,结果表明,固帮切顶能有效控制围岩变形,提高锚索安全裕度,减小围岩稳定距离。

二元基坑新型吊脚墙(桩)技术工程实践

为给围护结构提供足够的末端嵌固,传统吊脚墙(桩)底部设置岩肩及预应力锁脚锚索。针对一种新型的无岩肩吊脚墙(桩)支护结构开展研究,依托实际工程,分别介绍了无岩肩吊脚桩、无岩肩长短吊脚桩、无岩肩吊脚墙的设计方案,并采用三维数值模型研究了3种支护形式的开挖变形特征,并与现场监测数据进行了比对,结果表明:该无岩肩无预应力锁脚锚索的新型吊脚墙(桩)支护形式,通过内支撑与吊脚结构,可保证支护段稳定;可视基岩的岩石强度、完整性灵活选择中风化、微风化岩层作为吊脚结构持力层,结合注浆、锚喷支护等措施并控制岩壁开挖质量,可保证岩壁段稳定;下部岩壁段开挖对上部支护结构的内力、变形及地面沉降影响甚微,均可忽略不计;数值模拟和现场实践均表明,3种支护方法均能保证基坑与岩壁段稳定。

初期支护对软岩隧道围岩稳定性和位移影响分析

软弱岩体隧道开挖后,围岩变形具有异常显著的流变性。基于Poyting-Thomoson模型,对隧道围岩位移进行了粘弹性解析分析,根据所得出的解析解,结合渝(重庆)沙(长沙)高速公路石龙隧道位移监控量测实践,对初期支护后隧道围岩变形特征量进行了分析对比,结果表明,理论曲线能较好地反映围岩实际位移变化特征。最后通过将支护前后围岩受力状态与单轴和三轴应力状态岩石蠕变进行类比,得知初期支护在一定程度上减小了围岩的最终变形量,可以有效地抑制隧道围岩的变形速率。其结果为确定合理的二次支护时机提供了理论依据,对同类隧道的施工支护具有很好的指导意义和较高的参考价值。

破碎围岩巷道锚杆支护优化研究

破碎围岩巷道支护重点是保证围岩的整体稳定性,然而现有巷道锚杆支护设计多依据工程类比法,不能适应破碎围岩巷道的支护参数确定。通过对金川Ⅲ矿1 554水平运输巷道进行超声波探测,确定了围岩松动范围,并以此确定锚杆支护参数。数值模拟研究发现,围岩松动范围能够指导锚杆支护参数的确定;依据松动圈测试结果减小锚杆长度、增加支护密度能够取得很好的支护效果,保证了围岩的整体稳定性,同时减少材料消耗、节约支护成本。

松散围岩强化支护技术研究及其可靠性分析

松散围岩支护结构及其稳定性问题是国内外岩石力学难点之一,其稳定性影响因素的随机性强,造成稳定性评价及分析不精确,工程应用上容易出现塌方事故。因此,松散围岩巷道支护结构的正确选取及合理的理论论证非常必要。结合某矿实验巷道采用的强化支护形式,用压缩拱及主次承载区作用理念来论证松散体中锚杆支护结构的作用,并根据物理和力学参数的不确定性,建立可靠度分析方程,分析强化支护实验巷道的破坏概率。现场观测表明强化支护技术有效地控制了松散围岩的变形,进一步验证了理论计算的可靠性。

地下工程围岩破坏机理与防护

基于国内众多的对围岩稳定性的研究,简要概括介绍了地下工程围岩的分类、围岩的性质和围岩的破坏机理,以及所采取的防治支护措施。

黑山铁矿露天采场边坡稳定性研究与治理实践

黑山露天采场西边坡由于断层节理发育,造成大面积滑坡,给采场安全生产造成极大威胁。采取现场编录和工程钻等手段,详细摸清了西边坡岩体断层节理情况。通过对边坡进行稳定性分析研究,制定出具体治理方案。采用地表截洪沟阻水、770 m水平预留宽台阶并在宽台阶外缘砌筑干砌石挡墙、对宽台阶实施喷锚支护加固等措施,消除了770 m水平以上边坡对下部各台阶生产作业的威胁,保证了露天采场深部的安全生产。

破碎软岩中长锚索支护参数设计及其应用

云南某铜矿地质条件复杂,矿体和围岩均较破碎且含泥量高,需对其进行大量加固支护。综合分析后,考虑采用长锚索加固技术,对4#矿体进行围岩预支护、分层整体锚固及顶板长锚索加固。根据矿岩性质及采场结构,进行了锚索支护参数设计。试验结果表明,长锚索加固技术对于厚大破碎矿体适用性强,能有效防止围岩冒落、顶板垮塌及维护巷道完整性。矿石回收率比现用采矿方法提高近20%,矿石贫化率降低8%,经济效益显著。