煤矿巷道喷涂柔膜技术及适用性

结合锚杆支护中常规金属网、喷射混凝土护表存在的问题,提出喷涂柔膜技术(简称喷膜)。总结了喷膜技术的发展过程和国内外研究现状。开展了喷膜在不同养护期的拉伸性能测试,分析了材料的拉伸应力-应变关系,揭示了喷膜材料承载响应快、变形能力大的力学特性,进而确定了一种适用于煤矿巷道的非反应型聚合物水泥基喷膜材料。通过直接拉拔法,测试了喷膜与红砂岩基体的法向黏结性能,结果显示破坏均发生于基体内部,表明喷膜与基体之间具有良好的黏结强度。开展了喷膜的块体承载能力测试,分析了喷膜承载的不同阶段,获得了被测喷膜的线性承载能力指标,基于所获得的指标对喷膜的块体承载能力进行了评估,认为喷膜理论上具有强大的块体承载能力。基于煤矿巷道工程特点,探讨了喷膜潜在的围岩封闭、金属支护构件封闭、注浆时壁面封闭等密闭作用,在承载及时性、承载能力、变形能力、与围岩表面贴合性、施工性能、结构性作用、密闭性能等方面,对喷膜与网、喷射混凝土开展了详细的对比分析,认为喷膜在大多数指标中表现优异,尤其在施工方面具有明显优势。进一步讨论了喷膜在煤矿巷道锚杆支护中应用的原则,分析了喷膜在锚杆支护中的功能定位和不能适用的3种典型工程条件,为喷膜在煤矿巷道锚杆支护中的应用提供了参考。

急倾斜煤岩互层巷道非对称变形特征及跨界锚注差异化支护技术

为解决急倾斜煤层巷道非对称大变形控制难题,以赵家坝矿急倾斜煤岩互层巷道为工程背景,采用现场观测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了急倾斜煤层巷道非对称变形机制,基于跨界支护原理提出了跨界锚注差异化支护技术。研究表明:急倾斜煤岩层赋存导致巷道围岩应力分布非对称,引起弧形顶侧煤岩剪切滑移变形,而直斜顶侧变形相对较小;以不同锚固长度、不同锚注方式建立两侧差异化跨界支护形式,构建围岩等效厚层锚固承载结构,模拟显示围岩应力得到优化,巷道变形显著降低,弧形顶下沉量降低39.0%,该侧巷帮收敛量降低41.6%;经现场验证,弧形顶最大裂隙深度由3.88 m普遍降至1.50 m以内,降低61.3%,直斜顶裂隙发育深度降低47.6%,围岩控制效果显著提升。

煤巷顶板厚层跨界锚固原理与应用研究

深部采动巷道围岩控制是未来锚杆支护重点攻关方向。以葫芦素煤矿3个时期的煤巷为工程背景,通过钻孔窥视分析顶板渐进破坏特征,指出组合支护协同控制不足和施工效率不高的难题。为此提出单一化厚层支护系统,采用离散元数值模拟研究不同长度锚杆支护下巷道位移和围岩裂隙的演化规律,阐明锚杆长度与围岩损伤之间的关联机制;揭示锚杆端头损伤区随锚杆长度增加发生上移并渐进弱化的厚层跨界锚固原理,研发利用长锚杆在顶板及时构建水平和垂向上均能实现应力连续传递的厚层锚固系统和跨界长锚固技术。研究成果在葫芦素煤矿21205工作面开展工业性试验,新技术显著提高煤巷掘进速度,将顶板裂隙发育深度降低至锚固区浅部0.61 m以内,有效遏制了长期存在的大范围"V"型片帮问题,控制了深部复合顶板煤巷围岩大变形。