极破碎围岩半煤岩巷变形破坏机理及支护控制研究

针对强膨胀性极破碎围岩半煤岩巷出现的大底臌、折帮和顶板下沉等变形破坏和支护困难的问题,运用力学理论分析、数值模拟分析和现场试验研究相结合的方法,研究了巷道变形破坏机理及其控制策略。研究表明:在原以工字钢拱架为主的被动支护条件下,巷道变形破坏受到吸水膨胀、软弱夹层、节理等弱结构面多重影响,巷道变形破坏严重。提出了“全断面锚索+金属网、钢带、梯子粱”联合支护,经过现场实践,掘进巷道在新方案支护183天后,两帮、顶底板收敛变形明显减小,变形处于相对稳定状态,达到了支护效果。     

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。     

锚网索梁支护技术在松软突出煤层巷道中的应用

针对渝阳煤矿松软破碎突出煤层的支护难点,计算设计了锚杆和锚索的长度、间排距、锚固长度及锚固力等参数,并在2810回风巷进行了锚网索梁联合支护试验,矿压监测结果表明,锚网索梁支护后巷道顶底移近量、两帮移近量和顶板离层量都远小于架棚支护巷道,锚杆和锚索的锚固力都达到了设计值。研究表明,锚网索梁支护方式能够应用于松软突出煤层,可提高煤巷围岩控制效果。     

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。     

多次强动压巷道围岩“三区”强化支护机理及控制技术研究

针对贵州湾田煤矿多次动压作用巷道围岩变形破坏严重的问题,提出了巷道围岩"三区"强化支护控制技术,通过数值模拟、理论分析和现场试验研究分析了围岩"三区"强化支护效果。研究结果表明:通过内外注浆方法在巷道围岩内形成围岩锚固区、围岩强化区和应力释放区,并将注浆区域分为内注浆区和外注浆区,使其之间形成动压缓冲区;注浆能够有效的胶结破碎围岩体,锚杆锚索所处的塑性破坏区得到了有效重新加固,形成具有高强度的承载拱;井下现场监测数据表明巷道顶板下沉量和底鼓量不足巷道高度的5%,两帮变形量仅为巷道宽度的0.7%,有效地控制了巷道围岩的变形破坏。     

上行卸压开采顶板裂隙带巷道失稳过程物理模拟

为解决上行卸压开采顶板裂隙带巷道大变形问题,采用物理模拟方法,研究上覆岩层活动特征及裂隙发育破坏过程,分析锚杆支护条件下巷道围岩应力变化过程及变形破坏特征。结果表明:顶板裂隙带巷道随着上覆岩层有整体下沉特征;上行开采采动影响阶段,在采动应力与巷道掘进围岩应力叠加形成的应力场和采动裂隙场共同作用下,顶板裂隙带巷道围岩强度大幅降低,巷道断面收敛变形强烈,采动影响稳定阶段围岩应力低,用锚架联合支护或注浆加固围岩技术手段能维护巷道断面,保证其安全使用。     

大采高工作面回风巷道支护参数优化研究

为减少大采高回采巷道支护成本,提高掘进效率,以补连塔煤矿12511大采高工作面回风巷道为对象,通过对比不同支护方案巷道围岩的稳定性,研究巷道支护参数的可优化性。针对现有支护方案,开展理论分析、现场实测进行巷道围岩稳定性分析;针对参数优化后支护方案,采用数值模拟分析巷道围岩的稳定性。结果表明：现有支护条件满足安全生产要求,采动影响下巷道围岩未发生明显破坏,支护强度偏大;通过改变锚杆、锚索的直径、数量和排距,优化支护参数;优化后方案相较于现有支护方案,正帮、副帮和顶板的变形量仅分别增加10%、6%和16%,满足巷道支护要求;方案优化后支护成本降低47.3%,提高巷道掘进效率,改善矿井接续紧张局面。     

泥质软弱破碎矿脉浅眼回采控制爆破试验研究

针对前河金矿泥质软弱破碎矿脉下向进路回采过程中超爆、上下盘围岩大面积垮塌、爆破后支护作业困难等问题,在总结分析软弱破碎岩体爆破特性的基础上,基于减震控制爆破基本理论,提出了“预留顶板充填体减震层、径向不耦合装药、控制边眼装药量、秒延期多段别控制起爆”等系列综合减震控制手段,据此分别针对Ⅳ级和Ⅴ级破碎岩体提出了2种具体的浅眼回采控制爆破技术方案,并进行了现场回采爆破试验。试验结果表明:所提出的2种方案均能够有效的控制回采边界,爆破后进路顶板充填体和上下盘围岩完整性良好,为后续采场出矿、支护等创造了有利的时空条件,且炸药单耗较原方案均有所降低。研究成果可分别在矿区范围内类似条件下推广应用。     

基于Matlab优化工具箱的煤巷顶板锚杆支护结构可靠性分析

针对煤巷围岩力学参数中有许多为随机变量的特征,根据围岩稳定性极限状态方程,应用工程结构可靠性理论,分析煤巷顶板锚杆支护结构的可靠性,建立基于Matlab优化工具箱的可靠度计算模型。该法编程简单,计算速度快,精度高,程序通用性强,是一种计算煤巷锚杆支护结构可靠度的有效方法,并且分析该法计算结构可靠度的适用条件,建立了巷道顶板支护参数与可靠度的关系曲线,为煤巷锚杆支护参数设计和优化提供了科学依据。     

朱仙庄矿10煤地质力学评估及其回采巷道分类支护

为有效解决深部煤炭开采过程中回采巷道围岩失稳严重、变形破坏剧烈等问题,利用室内试验测试、围岩结构观测、地应力原位测量及现场监测等手段,分析得出巷道围岩地质力学属性和原岩应力分布特征,并结合矿井生产技术条件对巷道围岩进行地质力学评估和稳定性分类。以淮北朱仙庄煤矿10煤的Ⅱ1053工作面为工程背景,构建基于地质力学评估的巷道分类控制支护体系,并对该工作面回采巷道支护参数进行优化设计。用FLAC3D数值模拟和井下监测等技术方法,对掘进及回采期间巷道围岩应力、位移、锚杆受力及塑性区分布特征等进行分析。结果表明,将试验测试和现场数据资料相结合,以地质力学评估为基础的巷道分类支护技术明显优于以往经验设计法,能有效保障回采工作面的安全快速推进。     

TSP203隧道地震预报系统在拱坝隧道围岩稳定性超前预报中的应用

以上(海)瑞(丽)高速公路湖南境内邵(阳)-怀(化)段拱坝隧道掘进中掌子面前方岩体结构的超前预报为例,介绍了TSP203地球物理探测新方法,预报了该隧道右线YK91+163-YK91+080段的围岩由于节理发育,且地表水与节理裂隙贯通性较好,因此稳定性较差,在施工中将很易造成坍塌,应按Ⅱ类围岩支护;在YK91+080-YK91+045段围岩稳定性较好,可视具体情况变更支护方案;YK91+031-YK91+013段,可能存在层间破碎带或软弱夹层,在施工过程中需要加强支护。通过探测保证了及时、详细、准确地了解开挖掌子面前方的岩体结构情况,为施工单位合理安排施工作业进度、保障施工人员生命安全、减少工程隐患提供了科学依据。     

孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理研究

为了探讨孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理,通过采用理论分析,建立薄板力学模型,对孤岛工作面顶板弯矩分布规律进行分析,并结合实验室数值模拟手段对工作面顶板支承压力集中系数及顶板围岩塑性区演变规律进行研究。研究结果表明:在支承压力作用下,随着推进距离的增大,顶板支承压力集中系数呈现增大的趋势;工作面顶板煤壁中部弯矩显著大于煤壁两侧弯矩,该结果合理解释了工作面方向上支架工作阻力不相等的规律;顶板断裂的塑性区演变特征存在时空效应及力学特征,顶板四周所形成的横向“O”型破断与横向“X”型破断,共同构成了顶板破断的横“O-X”破断形式。     

煤矿采空塌陷对地下水的影响

在煤炭开采过程中,煤炭被采出后其所在地下煤层会形成一定区域的采空区,并使煤层上方的顶板岩层失去支撑,由于顶板岩层的抗拉强度比较有限,因此在其顶板岩层自身重力与上覆岩层压力的影响下,很容易因顶板断裂、破碎而出现采空塌陷问题,这不仅会影响煤矿所在区域的生态安全,同时还会使地下水受到较大的负面影响。为此,本文结合煤矿采空塌陷的特点,围绕采空塌陷对地下水的影响展开了分析,并在此基础上提出了一些较为可行的采空塌陷区域地下水治理保护建议。     

常村煤矿S6-8工作面岩层运动的连续-非连续方法模拟

为了细致地模拟煤矿开采中复杂的岩层运动现象,探讨开采速度的影响,采用自主开发的连续-非连续方法,通过引入应力跌落和准静力计算模式,以常村煤矿S6-8工作面为背景建立数值模型,模拟采动诱发采场上覆岩层的变形-开裂-运动过程。结果表明:本方法可较为细致地模拟煤矿开采中一系列复杂现象,例如,采场上覆岩层的弯曲变形、下沉、开裂、离层和层间错动、直接顶的周期垮落、工作面煤壁上方岩层近似平行展布的倾斜穿层裂缝、若干破断岩块形成的近似等腰梯形结构和采空区局部闭合;开采速度越快,直接顶初次垮距越大,这是由于采场上覆岩层向下运动不充分,直接顶垮落主要受自身和开采卸荷的影响。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS- DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

岩石破坏失稳的声发射响应与损伤定量表征研究

为了探索在外载荷作用下岩石的损伤演化规律及声发射响应特征,实现损伤程度的定量表征,以标准岩石试件为研究对象,采用RMT-301岩石力学试验系统和DS5-8B全信息声发射仪,开展单轴加载条件下岩石破坏全过程的声发射(AE)试验研究,根据声发射参数、声发射源三维定位、声发射能量密度和岩石力学分析表征其破坏形态,再现岩石裂隙孕育、发展和贯通过程,揭示岩石破坏规律、能量密度分布特征、裂隙空间演化和AE时序参数;以时间为中间变量,建立声发射累计振铃计数和应力、应变及损伤变量的耦合关系;基于岩石损伤演化方程,进一步建立声发射累积能量和应力、应变的定量模型。研究结果对揭示岩石破坏机制、区分岩体强度具有指导意义,为矿山煤岩动力灾害的预测预警提供一定理论支撑。     

盐矿安全问题及环境污染的防治

我国水溶开采岩盐的回采率较低 ,主要是由盐井事故 (如卤水渗漏、地面冒卤等 )引起的。盐矿旱采残渣堆存地面 ,水溶开采中顶板跨塌、冒卤 ,卤水输送过程中管壁渗漏等对土壤造成污染 ,可采用种植耐盐植物、客土和深翻的方法进行改良。卤水对区内地表水污染 ,造成某些水域中氯化物含量超出农用灌溉水标准 ,可将制盐废水用于水溶回采和生产化工产品的原料 ,氯化钠含量较高的废水可回收其中的盐分 ;制盐过程空气中飞扬的盐尘 ,可采用旋风除尘器除尘 ,车间内也可用水喷洒处理 ,采用种植耐盐植物净化车间周边空气。岩盐矿床常伴生天然气 ,其在卤水中有一定的溶解度 ,可采取多次预热的方法实现气卤分离 ,且回收的甲烷可作为能源使用     

矿岩接触带巷道顶板沉降变形相似模拟试验研究

为分析矿岩接触带巷道顶板沉降变形对巷道稳定性的影响,以大冶铁矿尖林山矿区接触带巷道为研究对象,基于相似原理,构建了矿岩接触带巷道物理相似模拟试验模型,设计了沿巷道走向与矿岩接触面对称布置的应变位移计监测方案,分析了接触带巷道顶板沉降变形规律。研究结果表明:接触带巷道顶板两侧岩体沉降变形量和变形速率存在差异,接触带巷道大理岩侧顶板沉降量和沉降速率大于铁矿侧;邻近巷道开挖扰动对已开挖巷道顶板变形破坏有较大影响,增大了接触带巷道两侧岩体的沉降变形程度。结合大冶铁矿矿岩接触带巷道顶板沉降量监测数据,从顶板沉降量、沉降速率2个方面对比分析了相似模拟试验和现场监测试验结果,表明矿岩接触带巷道顶板沉降变形规律具有一致性。