巷道特厚泥质顶板失稳因素分析及控制技术

为研究巷道特厚泥质顶板失稳因素及其敏感性,通过现场调研和理论分析,确定6个影响特厚泥质顶板稳定的主控因素;以黄岩汇煤矿15107工作面为工程背景,采用有限差分软件FLAC5.0开展6因素3水平正交试验,运用方差分析方法研究各影响因素的敏感性;提出针对性的控制措施并开展现场应用。研究结果表明:影响特厚泥质顶板变形的各因素敏感性排序为:直接顶强度巷道宽度顶板支护强度直接顶厚度帮部支护强度煤层强度;直接顶强度、顶板支护强度及巷道宽度对巷道顶板变形的影响高度显著;煤层强度和帮部支护强度对巷道帮部变形的影响高度显著;提出的强化顶板承载结构及帮顶协同控制的支护对策,现场应用效果较好。     

特厚泥质顶板巷道锚杆支护关键参数识别与应用

为分析特厚泥质顶板巷道锚杆支护参数的敏感性,以黄岩汇煤矿15107工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算与现场工业试验方法,研究锚杆长度、锚杆间距、锚杆预紧力、锚索长度、锚索间距和锚索预紧力等支护参数对巷道稳定性的影响;并建立巷道顶板力学模型,给出锚索间距的确定方法。研究发现,影响特厚泥质顶板巷道稳定的锚杆支护参数敏感性排序为:锚索间距锚杆预紧力锚索预紧力锚杆长度=锚杆间距锚索长度,锚索间距是影响特厚泥质顶板稳定性的最敏感因素。现场应用结果表明:合理确定锚索间距可以有效控制该类巷道的变形破坏。     

回采巷道锚杆支护效果评判的改进突变级数法

为综合确定多种因素影响下回采巷道的锚杆支护效果,提出评判回采巷道锚杆支护效果的改进突变级数法.首先,多层次分解影响巷道锚杆支护效果的因素,根据离差最大化法改进突变级数法中的指标重要性排序问题;然后,构建基于改进突变级数法的锚杆支护效果评判模型,计算得出巷道锚杆支护效果评判级数;最后,对20个样本进行巷道锚杆支护效果评判...     

深部采场进路开采顶板稳定性分析与支护设计

为降低深部矿体开采中冒顶事故的发生概率,确保井下安全开采,采用Q系统分级法、RMR岩体分类和BQ分级法对矿区岩体进行质量评价,结合块体理论和三维有限元分析进路开挖后顶板的稳定性。研究表明:部分岩体在进路开挖后顶板处出现较大拉应力集中,抗拉稳定性降低,极有可能出现冒顶事故。针对这类不稳定岩体,提出永久巷道采用锚喷支护,临时巷道采用锚杆穿带支护;并运用悬吊理论、组合梁理论、屈服强度理论和安全系数法分析支护条件下进路顶板的稳定性,优化支护结构参数。通过振弦式锚杆应力计收集现场未支护巷道与支护巷道轴向力,得出该支护设计对开挖后岩体变形起到了明显改善作用。     

基于突变理论的公共场所集群事件预警分级

针对公共场所集群事件,利用突变理论对其预警级别进行研究。选择2005—2008年发生的具有比较典型的集群事件为样本;考虑公共建筑饱和度、人群情绪指标、建筑管理指标和安全事故隐患等因素建立指标体系;运用尖点突变和蝴蝶突变模型进行突变级数的分析和评价,得到预警分级突变级数的大致范围;并运用一个公共场所集群事件发生时预警级别判断的实例进行说明。实例表明,利用突变理论模型,可以为公共场所管理者在人群安全监控决策方面提供初步的预警信息。     

软弱层直接顶板巷道玻璃钢锚杆支护效果研究

为探究玻璃钢锚杆在软弱层直接顶板巷道的支护效果,以湖北肖家河磷矿为工程背景,对比管缝锚杆支护,开展两种锚杆支护的巷道收敛监测试验。监测数据表明,玻璃钢锚杆与管缝锚杆支护的软弱层直接顶板巷道的位移变形规律一致。同时,顶板厚度变化对锚杆支护效果具有显著影响。对此,利用数值模拟进一步探讨不同层状顶板厚度下2种锚杆的支护效果。结果表明,在顶板厚度变化条件下,与管缝锚杆相比,玻璃钢锚杆支护对顶板厚度变化的敏感程度相对较低,支护效果优于管缝锚杆。同时,玻璃钢锚杆支护效果受软弱层直接顶板厚度增大而呈现阶段性变化特征。随着顶板厚度增加,顶板沉降量呈现先线性增长后对数型增长的规律,巷道围岩塑性区占比呈现先增大再减小后趋于稳定的规律。通过对不同顶板厚度的玻璃钢锚杆和管缝锚杆轴向拉力值进行比较,揭示了玻璃钢锚杆支护效果更好的原因是玻璃钢锚杆能够在顶板厚度增加的情况下提供更大的轴向拉力。     

巷道围岩再造承载层机理及数值模拟

在分析大变形巷道基本支护系统基础上,依据应力转移与强抗承载的围岩稳定思想,提出了巷道围岩再造承载层机理,建立了巷道围岩再造承载层稳定性力学模型,分析了巷道围岩再造承载层的稳定因素,最后进行了数值模拟。结果表明:巷道基本支护系统的承载能力与作用范围有限,基本支护系统作用下巷道浅部围岩呈“O”形整体收敛,弹塑性界面离层明显;而巷道两帮再造承载层与基本支护系统形成“Ω”形承载结构体,整体承载能力加强,顶板应力由底板深部转移改变为向两帮外伸移动,两帮围岩移动由巷道内收敛改变为向巷道底角外扩散,巷道围岩稳定性提高;巷道围岩再造承载层位置越高、长度越大,围岩越稳定;无支护巷道两帮垂直应力集中区明显,支护后巷道两帮垂直应力集中区得到弱化,浅部围岩形成“Ω”承载拱形体,两帮与顶板位移变化量较小,底鼓量为无支护巷道的84.65%,应进一步做好底鼓控制,围岩整体收敛变形较小,支护效果明显。     

巷道蝶叶塑性区顶板冒落特征与层次支护研究北大核心CSCD

针对巷道蝶叶塑性区顶板破坏深度大、变形剧烈、冒顶事故频发等问题,综合现场调研、理论分析、数值模拟等方法,考虑巷道顶板不同服务阶段的变形破坏特点,研究分析了巷道顶板破坏失稳机理和不同层位顶板的控制要点,提出了以冒顶控制为主的顶板层次控制技术,阐明了辅助支护材料、普通长度锚杆、接长锚杆、长锚索对不同层位顶板的层次控制原理。据此,在保德矿81306工作面回采巷道蝶叶塑性区顶板进行了层次支护设计,并进行了顶板下沉量和接长锚杆支护力监测,结果表明:以冒顶控制为主的巷道顶板层次支护体系较好的维护了顶板整体稳定,保证了巷道安全与正常服务。     

巷道蝶叶塑性区顶板冒落特征与层次支护研究

针对巷道蝶叶塑性区顶板破坏深度大、变形剧烈、冒顶事故频发等问题,综合现场调研、理论分析、数值模拟等方法,考虑巷道顶板不同服务阶段的变形破坏特点,研究分析了巷道顶板破坏失稳机理和不同层位顶板的控制要点,提出了以冒顶控制为主的顶板层次控制技术,阐明了辅助支护材料、普通长度锚杆、接长锚杆、长锚索对不同层位顶板的层次控制原理。据此,在保德矿81306工作面回采巷道蝶叶塑性区顶板进行了层次支护设计,并进行了顶板下沉量和接长锚杆支护力监测,结果表明:以冒顶控制为主的巷道顶板层次支护体系较好的维护了顶板整体稳定,保证了巷道安全与正常服务。     

急倾斜软底煤巷围岩蠕变试验及变形控制

为解决急倾斜软底煤巷围岩蠕变量大、控制难的问题,以大安山矿为研究对象,采用室内压缩蠕变试验及数值模拟相结合的方法研究煤巷围岩蠕变规律。对底板泥质砂岩和顶板砂岩分别进行不同围压下分级增轴压的蠕变试验,根据曲线特征选取Cvisc蠕变模型、计算蠕变参数并反演。采用Flac3D中蠕变模块,对原支护和改进支护效果进行模拟对比分析。结果表明,围压从0 MPa增大到4 MPa时,泥质砂岩蠕变破坏强度从12 MPa提高到19.4 MPa;随着应力水平提高,不同岩样的瞬时变形、衰减蠕变持续时间和稳态蠕变速率均增大;泥质砂岩比砂岩蠕变变形明显;岩样蠕变特性可用Cvisc模型描述。煤层底板侧软岩强蠕变造成煤巷左帮大变形和底鼓;确定二次支护时机为一次支护后300~400 h;改进支护方式后,煤巷围岩变形得到有效控制。     

浅埋厚煤层回采巷道围岩破坏分析及支护优化

为解决神东矿区浅埋厚煤层回采巷道围岩变形量大、巷道维护效果不佳等问题,以神东矿区某矿105工作面胶运顺槽为工程实例,综合利用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对巷道围岩破坏机制和围岩应力状态进行分析并对巷道支护方案进行优化。结果表明:巷道支护的主要对象是巷道塑性区内圈松散破碎煤岩体;巷道顶板、副帮、正帮松动破坏范围分别为3.42 m、1.51 m、1.36 m;巷道锚杆锚固段未全部处于深部稳定煤岩体中,锚杆锚固能力未得到充分发挥,是导致巷道围岩变形量大、锚固失效的根本原因。基于巷道围岩松动圈实测和数值分析结果,对巷道支护方案进行优化,现场应用表明,巷道支护方案优化后,锚杆支护作用得到充分发挥,巷道表面位移降幅明显,巷道维护效果得到明显改善。     

超前支护与巷道围岩耦合动力学研究

为研究综掘巷道超前支护装备与巷道围岩耦合动力问题,基于薄板理论的顶板动力学模型,建立巷道顶板力学模型。简化超前支护装备,通过各部件的运动微分方程建立整机动力学模型;最后建立考虑多点支护条件下的超前支护-顶板体系耦合动力学模型。用多体系统动力学仿真软件Recur Dyn研究多种工况下耦合动力模型的动态响应过程。结果表明,在支护的压力冲击、振动以及综掘截割扰动等因素影响下,侧帮和顶板位移变形较剧烈。在有效支撑区段,变形小于未支护顶板的位移最大值;非有效支撑区段的位移极值小于未支护顶板的位移极值,表明超前支护对顶板变形有一定的控制作用。     

基于剪切梁理论的爆破扰动对巷道顶板稳定性影响研究

厚煤层沿底布置巷道顶板维护难度较大,从爆破扰动影响顶板稳定性的角度对此进行了研究.在分析爆破应力波远区破坏效应的基础上,建立了沿底布置巷道顶板的剪切梁模型,依此研究了顶板煤、岩体的水平位移及应力分布规律,最后以某矿地质条件为原型利用Flac3D数值软件进行了模拟研究.研究发现:基于爆破应力波的远区破坏效应,沿底布置巷道的顶板煤层与上覆岩层的相对错动可以用剪切梁理论加以分析.基于此得到了厚煤层巷道顶板中煤层与岩层单调加载过程及循环加载条件下的位移及应力分布,单次爆破对顶板的影响有限,多次扰动的累积效应会对其产生一定程度的损伤.模拟中,随着装药量的增加,沿底布置巷道顶板煤、岩体的水平位移随之增加,且煤体的位移量大于岩体;持续扰动条件下,煤、岩体的水平位移均出现了累加效应,且随着动力扰动作用次数的增加,煤、岩体的相对错动逐渐增大,容易产生顶板离层垮落等动力灾害.研究成果对加强扰动作用下顶板的支护管理具有一定的理论与指导意义.     

大跨度巷道顶板围岩破坏特征及控制技术研究

为了研究大断面及大跨度巷道围岩变形特点,依据矿压及岩层控制理论建立大跨度巷道顶板力学模型,将大跨度巷道顶板抽象成一个简易梁结构,并对其进行分析可知,大跨度巷道破坏主要与巷道断面大小、围岩性质、巷道埋深、岩体完整性、巷道围岩的地应力、地下水以及巷道的支护形式与支护参数等有关,当顶板所承受的力大于它的极限承载力时,它就会沿着巷道两帮滑移切断;针对其破坏形式提出了大跨度强化梁控制技术,可以有效防止顶板垮落。     

大跨度复合顶板煤巷围岩变形控制技术研究

王村煤矿20506工作面开切眼跨度大,顶板属于典型复合顶板,巷道支护困难。以该工作面切眼巷道为背景,根据自稳隐形拱煤巷围岩支护理论,结合FLAC3D数值模拟方法,提出了适合大跨度复合顶板巷道的锚固支护参数。经过工程实践验证,在切眼的掘进过程中,该支护体系有效控制了围岩的变形和破坏,巷道顶板位移小于20 mm。锚杆载荷最大值为27. 36 k N,锚索受力为72. 55 k N,均具有较高的强度储备,满足了工作面的生产需要,为此类复合顶板巷道施工提供了参考。     

锚杆支护巷道安全监测技术

锚杆支护巷道顶板冒落具有突发性和冒落面积大的特点 ,安全监测非常必要。笔者介绍了国内近年来最新研制的CM— 2 0 0型测力锚杆、GYS— 30 0型锚杆 (索 )测力计、LBY— 3型顶板离层指示仪、ZW— 4型遥测多点位移计等监测仪器 ;提出锚杆支护巷道动态信息施工方法 :监测施工、监测信息反馈、检验和修正设计 ,循环往复 ,以达到最佳施工效果。     

突变级数法在采空区塌陷预测中的应用

基于突变级数理论,分析影响采空区稳定性的因素(包括采空区体积率、距地表的垂深、地质构造复杂程度、煤层倾角、覆盖层厚度、覆盖层类型等),研究采空区塌陷的预测方法.对各影响因素进行排序并确定各因素指标体系,得到各样本的突变级数,从而对采空区稳定性进行预测.实例验证表明,突变级数法的判断结果符合实际,与神经网络分级法的判断结果一致.可见,基于突变级数理论的采空区塌陷预测方法具有科学性和有效性.     

突变级数法在电站燃煤锅炉结渣预测中的应用

提出了一种基于突变级数理论的电站燃煤锅炉结渣特性的预测方法。首先介绍了突变级数法的基本思想和分析步骤,在找出影响电站燃煤锅炉结渣分级的主要因素之后,对各因素进行排序,并确定各因素指标体系,最后,求出各样本的突变级数,对电站燃煤锅炉结渣等级进行划分。通过工程实例可见,该方法对电站燃煤锅炉结渣分级的预测有效性较高,并且更体现出客观性较强、定量化程度较高,计算简单等优势。     

基于未确知测度理论的巷道稳定性评价

评价指标的不确定性是影响巷道稳定性评价的关键。为提高巷道稳定性评价的针对性,建立科学合理的评价模型,从地质条件和工程实际出发,运用未确知测度理论,选取影响巷道稳定性的岩体结构、顶板岩性、岩层倾角、开采深度、施工质量、断面形状、断面面积、支护效果、顶板控制方法、顶板位移量、巷道使用时间等11项因素。根据实测数据建立各影响因素的未确知测度函数,构建矿山巷道的稳定性等级评价和排序模型。采用定性、定量方法分析巷道稳定性评价中的不确定性影响因素,利用熵计算各影响因素的指标权重。依照置信度识别准则进行等级判定,得出巷道稳定性评价结果,并进行稳定程度排序。将该方法应用于某矿8条回采巷道的稳定性评价中。岩层倾角、开采深度、顶板位移量等3个评价指标权重比值差异较大,属于敏感性评价指标。较巷道R_(03)而言,巷道R_(08)的岩层倾角和开采深度2个评价指标的敏感性尤为明显,比值分别达77.43%、-46.72%。置信度取值的增加对评价结果没有显著影响,评价结果的可靠度较高。研究表明,将未确知测度理论应用于巷道稳定性评价是可行的。     

综掘巷道超前支护装备双组支撑支护特性实验研究

为提高综掘巷道的掘进效率、改善支护工艺,设计一种用于综掘巷道迎头顶板支护的迈步式超前支护装备。通过对装备工作原理的分析,建立其三维模型。为检验装备的支护效果,设计了支护特性实验方案,构建实验平台,基于实验平台进行了双组支撑状态下的支护实验。实验结果表明:顶板上离固支边越远处动态位移变形量越大,接触力波动也越大; 在双组支撑状态下,顶板变形量最大达到9 mm,接触力最大幅值达到5.84 kN,位置均为顶板纵向中线位置处,在被支护后,该位置最迟趋于稳定; 在双组支撑状态下,顶板变形及接触力经历2~3 s波动后都将趋于平稳; 超前支护装备对顶板的稳定性能起到良好的控制作用,能提高顶板的安全性,为后续产品研发及工业实验提供依据。