深部煤巷掘锚一体化支护优化及安全保障技术

为提高掘锚护一体机组在深部复杂条件的适用性,以丁集矿1242(3)试验巷道为研究背景,提出取消锚杆、锚索组合构件思路以解决钻机对孔困难难题,进一步提升掘支效率,并提出了掘锚机组条件下的巷道围岩“护表刚化-锚固强化-应力优化”一体化协同控制技术措施。巷道顶板采用钢筋网护表内衬10#菱形金属网,走向线性锚索束安全保障支护技术,煤柱帮采用关键部位补强、注浆加固等方案,并进行了数值模拟验证。现场应用结果表明,巷道平均圆班进尺由原来的6排增加至8排,显著提升了巷道掘支效率,减人增效效果显著,实现了丁集煤矿掘锚一体机组条件下的深井煤巷掘支优化及安全有效支护。

高强度等级中空锚索与线性锚索束协同支护技术

中空注浆锚索由于其特殊的中空结构,导致极限承载能力较常用实心锚索降低了30%以上,难以满足深部复杂应力环境巷道的支护要求。研究开发了2060MPa高强度等级中空注浆锚索,经实验室和现场实测,其极限承载能力达到了660kN以上,并指出了其拉力分散型的力学本质。为避免巷道顶板岩层水平移动导致的锚索剪切破坏,提出了高强度等级中空注浆锚索与线性锚索束协同支护技术,阐释了两种支护结构协同支护作用机制。选择顾桥矿1127(1)运输巷巷修工程为背景,开展了高强度等级中空注浆锚索与线性锚索束协同支护技术的现场试验,应用结果表明,该技术能够有效控制深部高地压巷道的围岩大变形,是一种行之有效的巷道加固方式。

小孔径预应力锚索内锚力增强技术研究

为解决目前深井高应力及复杂环境下巷道存在的小孔径预应力锚索内锚强度低、锚固可靠性差的问题,采用现场调研、实验室仿真试验方法,分析总结了常规预应力锚索可能的失效原因,指出锚索索体光滑是导致锚索内锚可靠性较低的重要原因之一,基于上述研究提出了一种内锚力增强技术即叶片式锚索锚固结构。实验室仿真试验及现场工程应用结果表明:叶片式锚索能够有效避免钢绞线穿过锚固剂而发生的假性锚固;能够将树脂锚固剂聚酯薄膜包装袋充分搅碎,并将固化剂与胶泥充分混合均匀,对提高锚索内锚强度、锚固可靠性及控制高应力、深部复杂巷道围岩变形效果显著。

实心锚杆注浆加固技术在巷道支护中的应用

介绍了淮河能源集团与安徽省煤炭科学研究院联合研制的可注浆实心锚杆专利产品,同时介绍了该专利产品的注浆施工工艺,并在淮河能源集团煤业公司顾北矿试验巷道中得到了成功应用,最后通过综合检验手段对注浆效果进行了评价。实际应用结果表明,所研制的实心锚杆注浆加固成套技术是解决破碎岩体等复杂环境下支护问题的一种行之有效的方案。

基于FLAC^3D横观各向同性模型的煤矿井田初始地应力场反演方法

大多数初始地应力场的反演均将对象岩体简化为各向同性弹性体,但是对于具有层状构造、倾角多变、力学性质方向差异较大的含煤地层,这样简化就会导致反演结果误差很大,同时这种多层交互岩体在计算建模、参数取值等过程中也存在难度。为了提高具有复杂地质条件的煤系地层初始地应力场反演精度,提出了基于FLAC^3D横观各向同性弹性模型和各向同性弹性模型相结合的地应力反演方法。同时为解决多层交互、倾角多变等煤系地层的计算建模、参数选取等问题,根据岩层交互规律、岩性特征,通过对复杂地层进行地质概化,建立与实际岩层基本一致的计算模型,进行数值试验,得到了用于数值计算的多层岩体等效力学参数。根据数值试验结果,建立了局部区域的横观各向同性弹性模型和各向同性弹性模型相结合的计算模型,利用偏最小二乘回归方法拟合地应力场并将地应力场精确加载至计算模型并实现力的平衡,最终完成初始地应力场的加载。结果表明,采用建立数值模型来计算各层岩体的等效力学参数的方法优化了建模过程,提高了数值计算效率。对比两种方法反演结果,采用横观各向同性模型进行计算更能体现具有层状构造的煤系地层力学性质的方向差异性,能有效提高局部区域的地应力拟合精度,其地应力反演结果更符合实测值。

深部煤矿井巷工程大型物理模拟试验系统研制

介绍了一种圆柱形卧式深部井巷工程大型物理模拟试验系统。该试验系统由围岩压力施加与保持装置、液压加载与控制系统、试验数据采集系统3大部分构成。装置外径1 860 mm,长6 200 mm,采用60只径向油缸和4只轴向油缸伺服加载,最大加载能力10 MPa。采用有限元软件对装置强度进行了校核,结果显示系统整体结构安全。利用试验系统成功开展了深井煤矿巷道锚杆支护试验研究,巷道围岩位移及应力与现场实测一致,验证了该试验装置各项功能和指标,为深部煤矿巷道支护提供了一种先进的物理模拟试验手段。

综采工作面断层构造带超前治理成套技术及应用

淮南矿区煤层地质条件复杂,断层构造发育,70%以上回采工作面不同程度的受到断层影响。断层的存在打乱了岩层连续整体赋存状态,在高地应力和超前支承压力强载荷共同作用下,大尺度顶板岩体抽冒、煤壁片帮等现象频发,严重影响矿井正常生产。在新型碳纤维无机复合注浆材料研发基础上,针对工作面断层组、大落差单组上翻断层等不同地质条件提出了巷道内平行钻孔递进式注浆和钻场内集中布孔注浆工艺,并进行了工业化试验。试验结果表明,工作面断层破碎带超前预注浆治理成套技术能够实现断层破碎带区域破碎顶板的提前加固,降低甚至消除了断层构造带对工作面的回采影响。

深部巷道线性锚索束与立体注浆综合加固技术

通过分析锚索破断形式及原因,指出锚索在自由段的软剪切和孔口段的硬剪切是锚索破断失效的主要形式。在此基础上提出了线性锚索束与轮次立体注浆围岩重构综合加固技术。应用简支梁理论计算了线性锚索束外锚组合梁的承载性能。结果表明,该组合梁承载能力较常用14号槽钢提高12倍以上,有利于避免外锚构件屈服变形导致的锚索硬剪切破坏,同时对线性锚索束支护作用机理进行了阐释。利用长、短高强中空注浆锚杆、线性锚索束预留的中空注浆锚索实现了巷道浅部及深部围岩轮次立体注浆,进而重构破碎围岩。工程应用结果表明,线性锚索束与轮次立体注浆围岩重构综合加固技术能够有效控制深部大变形巷道围岩变形,是一种科学有效的支护形式。