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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“煤矿巷道支护理论与技术”专题

来源:煤炭科学技术

值此煤矿巷道锚杆支护方式在我国应用65周年之际,集中报道我国煤矿巷道支护理论与技术研究进展方面取得的代表性成果十分必要。 为推进我国煤矿巷道支护理论与技术发展进程,《煤炭科学技术》于2022年第6期策划出版“煤矿巷道支护理论与技术”专题。共收到20余个单位的40余篇稿件,经过同行评议最终刊登7篇具有代表性的论文,涵盖我国在巷道围岩卸压控制、高水充填沿空留巷、复杂条件巷道围岩控制、深部硬岩巷道围岩板裂试验、光纤光栅锚杆受力监测、深井沿空留巷稳定控制等方面最新科技成果。

行业视野

采矿

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专家

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  • 作者(Author): 《煤炭科学技术》

  • 作者(Author): 康红普, 张农, 李桂臣

    摘要:  井工开采仍是当前我国煤矿开采的主要方式。 煤层开采前需掘进各种类型的井筒、巷道与硐室。 井巷工程的畅通与稳定是保证煤矿安全高效生产的基本前提,同时,井巷施工速度和维护成本直接影响煤矿的经济效益。 随着煤矿开采深度逐年增加,综采工作面开采强度成倍增长,巷道围岩高地应力叠加强扰动加剧, 致使围岩变形与破坏特征发生明显变化,突出表现为流变性、扩容性和冲击性。巷道开挖后即表现为变形大、持续时间长、稳定性差,受工作面强烈采动影响后,  围岩变形与破坏进一步加剧,甚至出现顶板垮冒、冲击地压等灾害事故;采煤工作面矿压显现强烈,煤壁片帮、顶板冒落及支架损坏现象突出。  当前,我国煤矿综采技术装备与矿井配套设施快速发展,煤矿井下回采巷道掘进和支护工程量大幅增加,“ 采掘失衡”“ 采掘接续” 矛盾成为制约煤矿安全高效集约化生产的核心难题之一。 国内高等院校、科研院所、煤炭企业等积极开展相关研究,在软岩、高应力、大变形、冲击地压、掘进支护一体化等巷道围岩控制方面 取得了许多创新性成果。 国家重点研发计划 “ 煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术” 等项目相继验收。  值此煤矿巷道锚杆支护方式在我国应用 65 周年之际,集中报道我国煤矿巷道支护理论与技术研究进展方面取得的代表性成果十分必要。 为推进我国煤矿巷道支护理论与技术发展进程,编辑部于 2022 年第 6 期策划出版“ 煤矿巷道支护理论与技术” 专题。 共收到 20 余个单位的 40 余篇稿件,经过同行评议最终刊登 7 篇具有代表性的论文,涵盖我国在巷道围岩卸压控制、高水充填沿空留巷、复杂条件巷道围岩控制、深部硬岩巷道围岩板裂试验、光纤光栅锚杆受力监测、深井沿空留巷稳定控制等方面最新科技成果。  衷心感谢各位专家学者为专题撰稿! 感谢评审专家对专题稿件的细心评审! 特别感谢中煤科工开采研究院有限公司、中国矿业大学、徐州工程学院、中国矿业大学( 北京)、山东大学、东南大学、辽宁工程技术大学、湖南科技大学、西安科技大学等单位给予专题组织过程中的大力支持!
  • 作者(Author): 《煤炭科学技术》

  • 作者(Author): 康红普, 姜鹏飞, 冯彦军, 赵凯凯

    摘要:煤矿巷道围岩控制方法主要分为支护加固法和卸压法,卸压法是高应力、强采动巷道围岩控 制的有效手段。 目前,我国煤矿已形成包括巷道布置法、巷道围岩近场卸压法及远场卸压法在内的巷 道围岩卸压技术体系。 介绍了巷道卸压法分类及卸压机理、影响因素和适用条件。 巷道布置法的实 质是将巷道布置在采空区下方、上方、边缘及采空区内等应力降低区,是首选的、有效的卸压法。 巷道 围岩近场卸压主要包括切缝、钻孔、爆破及掘卸压巷等方法,卸压机理是在浅部围岩形成一定的变形 空间,减小围岩向巷道空间的位移,并将浅部围岩高应力转移到深部。 巷道围岩远场卸压法主要有深 孔爆破、水力压裂法,通过切断或弱化巷道上方的顶板,减小回采工作面采动对巷道稳定性的影响。 近年来,水力压裂技术得到广泛应用,成为回采工作面坚硬顶板弱化、强采动巷道围岩卸压的有效措 施。 在实例分析中,介绍了区域水力压裂和局部水力压裂卸压技术的应用情况,包括地质与生产条 件、压裂设计及卸压效果。 最后,分析了巷道卸压法存在的问题,对今后的技术发展进行了展望。
  • 作者(Author): 柏建彪, 张自政, 王襄禹, 徐 营, 闫 帅, 徐 军

    摘要:高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷,形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践,以应力控制与围岩强化为主线,分析了充填留巷围岩在巷道掘进、工作面超前采动影响、留巷围岩调整稳定和邻近工作面复用4个阶段的应力与变形特征,提出了“基本顶二次破断”的覆岩顶板运动特征。以青龙同昌煤矿15102工作面沿空留巷为背景,数值模拟研究了留巷过程中围岩应力和塑性区分布特征,揭示了充填留巷覆岩基本顶的旋转下沉是留巷巷道所受外力的主要来源;在此基础上,提出了充填留巷围岩控制的关键区域,根据高水材料固结体的较强塑性变形特性,提出了高水材料充填沿空留巷围岩分时分区强化机理,确定了合理的高水材料充填体支护阻力计算式、留巷顶板离层计算式和实体煤帮的支护强度计算式,给出了高水材料充填沿空留巷围岩控制关键参数设计方法,关键参数包括充填体支护阻力(充填体宽度和强度)、顶板支护强度(巷内支护和临时支护)、实体煤帮支护强度。介绍了山西高平青龙同昌煤业15号煤层和赵庄煤业9号煤层高水充填沿空留巷围岩控制2个应用实例,留巷围岩变形控制效果良好。最后,提出了高水充填沿空留巷围岩控制技术的发展方向。
  • 作者(Author): 李桂臣, 杨 森, 孙元田, 许嘉徽, 李菁华

    摘要:煤炭资源开采正不断向深部迈进,面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加,而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果,梳理了当下巷道围岩控制面临的主要复杂条件,划分了工程地质条件和开采技术条件2类巷道复杂条件。阐明了各类复杂条件下巷道围岩的变形破坏特征,指出了围岩应力、围岩性质和支护结构是巷道围岩控制的3类基本对象,明确了围岩应力环境恶化、围岩性质劣化和支护体性能弱化3种失稳形式,在此基础上揭示了不同地质环境与采掘时空关系下回采巷道的失稳机制。分析了现阶段困难巷道围岩控制基本机理:改善围岩应力环境、改良围岩性质与强化围岩承载结构;详述了基于卸压、改性、支护与协同控制的围岩控制技术在不同复杂条件巷道的阶段性理论研究与技术应用现状。同时,分析了泥质采动巷道渗流失稳与围岩控制的典型工程案例,揭示了该类复杂困难条件的巷道围岩失稳机理,提出了疏水泄压、泥岩置换、分级注浆、高强度封层支护结构与底板结构等多种方法协同作用的高强度综合修复与控制技术体系。最后,基于上述4方面研究,结合工程实践,展望了未来复杂条件下巷道围岩控制技术的发展趋势。
  • 作者(Author): 罗 勇, 宫凤强

    摘要:深部硬岩巷道及隧道围岩开挖后易诱发大致平行开挖面的板裂或层裂破坏现象,严重影响深部工程的稳定和安全。板裂现象的形成不仅与开挖前深部围岩岩性、所处应力环境有关,还与巷道开挖过程中围岩所经历的应力路径密切相关。室内试验是研究深部围岩板裂破坏的一种重要方法,而比照深部硬岩巷道开挖的应力条件和应力路径开展室内试验研究是获得板裂破坏特征和科学揭示板裂破坏形成机制的关键。根据室内试验研究所选的试样类型出发,从实心长方体试样板裂试验、含预制孔洞试样板裂试验以及“先加载后孔内卸荷”板裂试验三方面,重点介绍了板裂破坏室内试验设备发展情况和取得的研究进展,总结了板裂破坏室内试验研究中主要存在的问题和难题,提出了板裂破坏室内试验研究的未来发展趋势和方向:①研发与岩石性质相似的3D打印材料,构筑深部岩体大尺度巷道开挖模型试验试样;②研制能真实模拟巷道围岩应力条件和应力路径的大尺度、高吨位的真三轴试验系统,实现三维应力环境中巷道开挖过程模拟;③开发能显示围岩实时变形、裂隙和应力状态的监测技术和软件。在此基础上,开展室内巷道板裂破坏试验模拟,并结合数值模拟试验结果,总结板裂破坏特征和演化规律,获得板裂破坏具体量化指标,并建立含关键指标的板裂破坏判据,揭示深部围岩板裂破坏形成机制。
  • 作者(Author): 彭 泓, 刘亚飞

    摘要:锚杆支护效果决定了巷道支护的质量和效率,现实生产中一直存在锚杆崩断导致支护失效的问题,给煤矿生产带来了安全隐患。目前国内对锚杆监测主要应用锚杆(索)测力计、表贴式传感器,但是测力计无法实现对锚杆杆体服役状态的监测与分析,表贴式传感器虽可以测量杆体受力但其工业应用效果较差。提出一种针对锚杆杆体受力进行监测的矿用光纤光栅锚杆传感器技术,本传感器利用光栅体积小且抗拉的优势,将多个Bragg光栅链式连接并将其埋入锚杆,实现了对杆体受力变化规律的分析及对杆体破裂的预报预警功能。通过工业试验对系统进行测试,在工作面前方200 m的位置安装32组锚杆传感器共160个数据采集点,应用自主研发的32通道解调设备对光栅数据进行采集存储,结合工作面推进速度对数据进行分析验证。结果表明:在工作面回采对锚杆杆体受力的影响范围约为60 m,在60 m以外影响微弱,而进入50 m以后锚杆杆体受力变化显著增加,同时区段平巷两帮部分位置出现变形;处于内帮的锚杆杆体变化要比同一断面上位于外帮的变化更为明显,外帮杆体局部受力变化量约为30 kN,内帮杆体局部受力变化可达150 kN。单个锚杆杆体受力呈现非线性变化状态,锚杆受力变化最大位置随着工作面的推进而产生变化,受力主要集中在锚杆靠近托盘处的位置以及埋入巷帮中较深的部位;锚杆杆体变形受到轴向拉伸和径向剪力的双重作用;从锚杆单日受力分析得出,杆体并非处于一直变形过程中,在完成一次变形后杆体会进入稳定状态直至下一次压力或扰动到来。

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