动静载组合下巷道过断层破碎带支护技术

晋煤集团长平矿5303回采巷道在掘进过程中遇到多个正断层,为了使回采巷道安全、快速地穿越断层,确定出合理的支护方法及范围。本文基于最大主应力准则和岩石断裂损伤学,分别从宏观和微观剖析了正断层破碎带在动静载组合下的破碎活化机理。在此基础上建立断层破碎带塑性破坏范围模型,结合正断层滑动机理与巷道支护理论,推导出断层扩展区和影响区范围表达式,并运用FLAC^3D数值模拟作进一步分析。研究结果表明：当动静载最大主应力之和大于岩石断裂应力时,岩石发生宏观断裂;动静载产生协同效应、变异效应及共同效应,使破碎带岩石内部微观上发生不同形式损伤断裂,损伤断裂程度取决于动静载之间夹角余弦值和正弦值。5303回采巷道过断层方案确定为采用超前预注浆改善围岩强度,而后采用加密锚杆、锚索+单体支柱加工字钢的联合支护方法。根据理论计算和数值模拟结果,最终确定超前预注浆范围与加强支护范围为断层破碎带前后各10 m。     

巷道支护的自稳平衡圈理论

基于软岩巷道围岩变形破坏的自稳平衡现象,通过数值模拟揭示了巷道顶板、两帮和底板之间的相互影响关系,得出了巷道围岩不稳定区是以巷道为中心的椭圆形。基于普氏理论,考虑“底板-两帮-顶板”相互影响,提出了巷道围岩自稳平衡圈理论,给出了自稳平衡圈的椭圆曲线方程,明确了巷道支护对象为自稳平衡圈内的岩体,支护的目的是控制自稳平衡圈岩体的稳定性。研究表明,“底板-两帮-顶板”共同构成巷道稳定性的整体系统,巷道顶板自稳平衡拱的大小随着两帮塑性区的增大而增大,两帮塑性区随底板变形而增大。加强底板和两帮的支护,将大大缩小顶板自稳平衡拱的高度。提出了“治顶先治帮,治帮先治底”的巷道支护理念,得到多年实践验证,为软岩巷道支护控制提供了新的依据。     

基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究

针对煤矿深井软岩巷道大变形灾害频发难题,以淮南矿区潘三矿软岩大变形巷道为工程背景,在系统分析围岩失稳破坏大变形原因的基础上,提出了深部软弱破碎巷道基于格栅拱架的分步联合支护技术,包括：格栅支架+一次锚杆锚索、初喷、浅孔注浆、预应力锚杆、复喷150 mm厚混凝土、深孔注浆和帮顶预应力锚索。进一步,分析了格栅拱架支护控制原理,并采用FLAC^3D确定了基于格栅拱架的分步联合技术的最优支护参数。现场对比分析表明,格栅拱架支护围岩初期变形速率及最终收敛变形量均大于型钢支护,但加设二次支护之后格栅拱架位移能较快收敛,此外,格栅支护在经济和效率方面优于钢拱架支护。最后,通过现场监测,格栅拱架分步联合技术各工序的最优施工周期为：预应力锚杆、锚索合理的支护时间是注浆后10 d内,而深孔注浆之后预应力锚杆2周内较优。实践表明,基于格栅拱架的分步联合控制技术深井是软岩巷道围岩控制的一条有效途径。     

中深孔控制爆破与巷道支护技术的应用研究

炮掘爆破对围岩破坏严重，对巷道支护效果及安全造成很大的影响，在不改变支护方式前提下，最大限度地减小松动圈厚度，实现巷道支护效果质的提升。控制爆破适合在软岩巷道，尤其是在煤巷、半煤巷掘进中应用，可以使劳动组织不断优化。     

蒙陕接壤区纳林河二号矿井首采工作面顶板富水性探查

在充分掌握地质勘探资料的基础上,利用井下物探和钻探等技术,对鄂尔多斯盆地蒙陕矿区深埋煤层首采工作面顶板水文地质条件进行了深入研究。结果表明,31101工作面顶板导水裂缝带范围内共发育三层含水层,从下往上依次为3-1煤顶板含水层、2-1煤顶板含水层和直罗组下段含水层;富水区域主要分布于2-1煤层顶板到直罗组下段岩层之间,岩性为中粒砂岩、中粗粒砂岩。切眼附近和旧回撤通道附近钻孔涌水量和水压波动较大,这两个区域顶板水富水不均一性较明显;中间位置顶板含水层发育较稳定,钻孔涌水量和水压也相对稳定,富水性比较均一。井下物探在切眼附近和旧回撤通道附近圈定的低阻异常区,主要由地层岩性和富水性等引起。