摘要:深部大变形巷道的锚杆支护问题是目前煤炭开采领域科学研究的热点之一.简要总结了传统的锚杆支护理论和近年来国内外学者专家提出的深部巷道支护新理论和新技术,介绍了本团队在深部巷道锚杆支护研究方面取得的阶段性成果.认为深部巷道围岩存在不可控的“给定变形”;锚杆预应力及支护阻力无法控制深部巷道塑性区的发展,预应力对抑制破碎区围岩的离层、剪胀等非连续变形作用较大;锚杆施加高预应力可在围岩中产生较大压应力带,充分发挥锚杆主动支护作用与群锚功能,可有效降低塑性区向深处扩展速率;锚杆从支护到失效,其锚固力随围岩变形一般要经历稳定、减小、残余锚固力3个阶段;深部大变形巷道锚杆支护应满足2个条件,所受载荷不超过极限强度、锚固基础不受塑性区影响;采用基于高阻让压设计理念的可接长锚杆能较好的适应深部巷道锚杆支护要求.

摘要:科学、合理的表征塑性区几何形态特征是定量分析评价围岩稳定性的重要基础.基于非对称圆巷塑性区边界解析式,探讨了塑性区随双向压力比的形态演化律及分布特征.在此基础上,应用几何形态学理论,建立了由第I类与第II类指标共同组成的圆巷塑性区形态特征指标体系.深入分析了各形态指标的内涵、差异及其与围岩稳定性的关系.结果表明,塑性区随双向压力比演变为蝶形、长叶蝶形后,各方位的塑性扩展深度均匀性显著减小,塑性区面积的增速远大于极限塑性扩展半径,且塑性区尺寸的变化更敏感,因此,在(超)高偏应力环境下,巷道愈发容易失稳破坏.均匀系数及形状不规则系数均可刻画塑性区形状均匀性、规则性特征,但采用形状不规则系数进行表征更能反映形态的变化差异.最后通过算例分析验证了各指标的科学性及合理性,为巷道围岩稳定性定量评价及围岩分级奠定了指标基础.

摘要:为控制沿空留巷围岩变形,分析不同阶段巷道围岩结构和应力分布,研究围岩变形机理,结果表明:影响沿空留巷围岩变形的主要因素是巷道顶板的三铰接梁结构.结合影响巷道顶板下沉和巷帮挤出的具体因素,研究下沉量和挤出量的计算方法,并以下沉量和挤出量为依据,确定沿空留巷围岩变形的控制策略.通过研究巷旁支护对控制围岩变形效果的影响,提出根据顶板下沉量判断顶板触矸情况,确定巷旁支护工艺.利用数值模拟软件,计算某矿沿空留巷时巷道围岩与巷旁充填体的应力分布情况,验证该矿沿空留巷围岩变形的控制效果和巷旁支护的合理性.

摘要:结合东部某矿7606工作面实际条件,对矸石与粉煤灰充填开采投料系统进行了设计,对充填开采液压支架及夯实设备进行了研制,对充填开采输送机进行了改造;通过对充填体压力和地表岩层移动进行现场观测,得出充填体最大压力为5.5 MPa,距离7606充填工作面东侧约37 m处的矿用铁路沿线最大下沉值为16 mm.采用设计矸石与粉煤灰充填开采工艺技术,有效降低了地表移动变形对建筑物的影响,延长了矿井服务年限,对解决同类地质条件下建筑物下开采有着参考价值.

摘要:针对深部高应力巷道围岩变形特征,采用现场调查、室内试验与数值模拟等研究方法.首先,依据现场调研结果,分析了高应力软弱围岩表面揭露特征、内部裂隙发育情况与岩石微观结构,获得了一些有价值的结论,深部巷道围岩整体的力学强度均较低;其次,进行了岩石力学试验和强度参数预测分析,认为深部巷道中的岩石强度具有一定的差异性,而且各岩体力学参数的空间分布与岩体密度存在很大差异性;再次,根据深部巷道围岩的力学强度、地应力释放方式与巷道围岩变形之间的关系,认为在深部巷道中不同应力释放方式将会引起不同的围岩变形特征.最后,探讨了不同支护方式对高应力巷道围岩变形的控制作用机理,提出了提高围岩体自身承载能力,实现“柔”“刚”耦合、“内”“外”共同承载的综合控制支护理念.

摘要:为了研究围岩塑性区形态发展对巷道浅部围岩支护的影响,采用理论分析、数值模拟及现场试验,研究巷道塑性区形态的变化规律,分析巷道支护失效的原因,得出采动影响下的巷道修护建议.研究表明:(1)不同形态的巷道,在相同侧压系数条件下,产生的塑性区形态趋于一致;(2)在侧压系数(λ=0.1~1.0)的范围内,巷道围岩塑性区形态随着λ的减小而逐渐呈现“蝴蝶”形状;(3)在采动影响下,巷道开挖形成的“蝶”形塑性区始终与主应力方向呈相对一致性.针对木孔煤矿+700瓦斯抽放巷在采动影响下,原有塑性区发生了扩展性旋转,导致巷道的上帮部的锚杆锚固端由弹性区转至塑性区内,锚杆出现整体拉出失效,而锚索则是受力过大致其拉断失效.设计“巷道周边加固+部分加长锚杆(索)”作为巷道修帮支护方式,在修帮支护后的6个月巷道变形较小,达到了修帮支护目的.

摘要:以榆家梁矿地质条件为基础,针对43304工作面辅助运输平巷为工程背景,运用理论分析,同时结合FLAC3D数值模拟,系统地计算分析回采巷道的支护参数,提出合理的支护方案,经现场工业验证并监测研究表明:采用所提出支护方案支护后,巷道围岩能够承受开采的扰动,巷道表面变形较小,保障了工作面安全高效开采.

摘要:为揭示岩石峰后松弛特性,采用MTS815电液伺服试验机,对红砂岩进行了三轴压缩下峰后松弛试验,分析了峰后松弛曲线特征,研究了损伤程度、位移加载速率对峰后松弛的影响规律,探讨了围压、初始应力水平对峰后松弛特性的影响机理.试验结果表明:制约红砂岩峰后松弛试验成功进行的因素包括岩样的损伤程度、位移加载速率等;增大位移加载速率能在一定程度上延长红砂岩岩样峰后松弛失稳时间,减小损伤程度能使峰后松弛以衰减松弛为主,很快趋于稳定;红砂岩峰后松弛曲线主要由瞬时松弛段和减速松弛段组成;应力松弛量与围压、损伤程度以及初始应力有关,与围压呈负相关,与损伤程度、初始应力呈正相关.研究结果对于岩石峰后流变特性研究及破裂围岩控制具有一定的意义.

摘要:以小保当煤矿2-2煤层300 m埋深5 m大采高综采面地质条件为背景,采用理论分析和相似模拟相结合的方法,对厚土层厚基岩工作面上覆岩层结构、来压步距和支架工作阻力等进行研究.结果表明: 2-2煤上覆岩层存在“双关键层”结构,亚关键层和主关键层共同作用导致工作面的大小周期来压现象,大、小周期来压步距分别为23,12 m.动载系数131,工作面来压较为剧烈.来压过程中支架工作阻力平均为12 643 kN,最大工作阻力为13 633 kN.工作面煤壁支承压力峰值为14.73 MPa,峰值位于采场煤壁前方5.5~20 m,支承压力增幅剧烈的区域为煤壁前方50 m范围内.小保当矿2-2煤厚土层厚基岩大采高综采面矿压规律与榆神府矿区近浅埋煤层矿压特点相似,为小保当煤矿2-2煤安全开采提供依据.

摘要:为研究深部巷道变形与塑性区的特征关系,通过理论分析,数值模拟及现场实测等手段,分析了深部巷道围岩塑性区形态与巷道周边位移的规律.研究表明:设定的塑性区敏感系数K值反映了塑性区最大尺寸的变化与塑性区形态特性:K值小于2时是稳态塑性区,塑性区主要为圆形,椭圆形和圆角矩形;K值大于2小于5时为亚稳态塑性区,塑性区为蝶形,但蝶叶没有出现较大扩展;K大于5时是恶化塑性区,塑性区蝶叶出现恶性扩展;巷道表面位移与塑性区形态及最大尺寸具有相关性,当塑性区为蝶形时,巷道表面变形较大,并且变形最大处出现在塑性区尺寸最大方位.现场实例监测和分析验证了理论及数值模拟结果.

摘要:工作面长度的加大在提高开采效率和资源采出率的同时,必将引起上覆岩层破坏及运移规律的改变,需要对超长工作面矿压显现规律进行研究以指导现场实践.以哈拉沟煤矿12上101工作面为背景,采用现场实测方法,对普通工作面与超长工作面下的初次来压、周期来压特征进行了测定分析,结果表明:老顶初次来压期间,超长工作面对应老顶垮落步距、来压期间支架循环末阻力及动载系数均大于普通工作面;周期来压期间,较普通工作面相比,工作面长度的增加使得来压步距将逐渐变小,当顶板来压时会支架循环末阻力、动载系数等一系列参数将逐渐增大,因此对于超长工作面周期来压时,压力强度相对比其它工作面显现明显.该研究为后续类似工作面的开采提供了一定程度的指导.

摘要:针对高河矿原先采用的采掘支护方式应对高瓦斯厚煤层的地质条件所显露出的吨煤成本高、采掘安全问题突出、接替紧张、伴随高瓦斯涌出的上隅角瓦斯超限等一系列弊端,研究立项工作面柔模支护沿空留巷技术;通过合理的沿空留巷支护的设计得出支护参数及施工工艺,基于此进行工业试验并加强对该技术运用后相应的数据监测,根据监测显示高河矿工作面柔模混凝土沿空留巷技术可靠,支护效果良好,管理到位,实施顺利,并取得可观的效益.