软岩工程与深部灾害控制技术_中国煤炭行业知识服务平台

软岩工程与深部灾害控制技术

来源：《煤炭科学技术》2015年第9期

我国煤炭资源开采逐渐由浅部向深部发展，相当一部分矿井由浅部的硬岩矿井转型为深部软岩矿井，由于软岩赋存的地质环境复杂且力学性质特殊，使得软岩治理成为长期困扰我国煤炭生产和建设的问题；同时，深部煤炭资源开发引发的岩爆、冲击地压、瓦斯爆炸、突水、高温热害等灾害在我国也时有发生。因此，软岩工程和深部灾害控制技术问题已成为国内外岩石力学与地下工程领域研究的焦点问题。为系统报道软岩工程和深部灾害控制技术的研究成果，进一步促进学术交流和科研成果转化，本刊与中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会合作开展“软岩工程与深部灾害控制技术”专题，对软岩巷道大变形和深部矿井冲击地压、瓦斯突出、高温热害等灾害控制技术的研究现状及发展趋势进行了详细报道。在此特别感谢“中国矿业科学协同创新联盟2015年会暨第十四次全国软岩工程与深部热害冲击地压控制学术大会”组委会在专题组稿、审稿过程中的大力支持和帮助，同时对各位专家能在百忙之中积极撰稿表示衷心感谢。

行业视野: 安全
类别; 42个
关键词; 40位
专家; 10篇
论文; 10023IP
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软岩巷道大变形机理及支护研究

作者(Author)：杨晓杰, 娄浩朋, 崔楠, 郭栋, 肖莉莉, 焦艳平, 邹志坚

摘要：为解决柳海矿第三系软岩巷道大变形、底鼓严重和难支护等难题,综合运用现场工程地质调查、物化分析、理论分析、数值模拟和工程经验分析等方法,对巷道的变形破坏机理和支护对策进行了深入研究。研究结果表明,该区域第三系复合型软岩的变形力学机制为分子吸水、裂隙膨胀型+构造应力、重力、工程偏应力扩容型+随机节理型,即:ⅠACⅡABDⅢE型。针对该类型的复合型变形力学机制,提出采用"锚网索+底脚锚杆+柔层桁架"支护措施,将其复合型变形力学机制转化为单一型变形力学机制,并采用数值模拟方法探究了该方案的原理与可行性;工程应用表明,上述支护措施解决了柳海矿软岩巷道大变形工程难题,对类似地质条件的工程具有借鉴意义和推广价值。

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超深矿井软岩巷道锚网索耦合支护技术

作者(Author)：王炯, 王浩, 郭志飚, 张逸龙, 崔家森

摘要：针对星村煤矿埋深超过1 200 m的巷道围岩出现的大变形破坏问题,综合运用现场调研、室内测试和数值分析等方法对其破坏机理及稳定性控制技术进行了研究。分析得出巷道埋深大、地应力水平高以及铝质泥岩遇水膨胀等是巷道产生大变形破坏的原因,特别是底鼓严重的主要原因;同时指出,对称布置下开放式底板的原支护形式是造成高水平构造应力作用下巷道出现非对称大变形破坏的另一关键因素。根据现场工程地质条件分析,结合耦合支护理念,提出了复合托盘+锚网喷+关键部位锚索+底角锚管的非对称耦合支护技术,数值模拟结果显示新支护能够和巷道围岩实现耦合作用,大幅提高了巷道承载能力,并进行了现场工程应用,监测结果表明新技术对深井巷道围岩大变形控制效果良好。

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高应力-节理化复合软岩巷道地质特征及支护技术

作者(Author)：朱阁, 张志成, 李平虎, 穆文平, 张连杰, 武雄

摘要：为解决鹤壁矿区深部煤矿开采过程中软岩巷道围岩大变形、难支护的问题,通过工程地质条件调查、室内试验等手段,分析鹤壁矿区软岩巷道的工程地质特点,得到软岩围岩的变形破坏力学机制。结合关键部位耦合支护理论和数值模拟技术,对软岩巷道采用锚网喷和锚索为主的支护方式,并现场监测评估支护效果。研究表明:鹤壁矿区巷道围岩属于高应力-节理化复合型软岩;变形破坏的ⅠABⅡBDⅢD型复合变形力学机制由节理、分子吸水膨胀、胶体膨胀、自重应力以及工程开挖等共同构成;采用的支护方式可使支护体应力分布平均,应力集中区范围和岩体变形均较小;经现场监测表明:在该支护条件下开挖15天后巷道围岩变形趋于稳定,30天后变形速率为0,累计变形量不超过40mm,保证软岩巷道工程的稳定性。

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旗山矿水平岩层软岩巷道破坏过程物理模拟研究

作者(Author)：彭岩岩, 何满潮, 宫伟力, 王一博

摘要：针对深部复杂工程岩体变形破坏的力学行为,以水平层状沉积岩体作为物理模拟的研究对象,开展了软岩巷道变形破坏过程物理模拟试验,研究了水平岩层软岩巷道的裂纹扩展及变形破坏特征。以旗山矿-1 000 m水平轨道联络大巷的地质资料为背景,在试验过程中对模型内部的应力变化进行实时监测,并采用摄像机跟踪记录整个模型的变形过程。结合模型内部关键点的应力场以及试验照片分析了巷道破坏过程中裂纹产生和扩展过程。结果表明:水平岩层软岩巷道在自重应力和构造应力作用下先在底板处产生裂纹,然后在两帮和顶板处产生裂纹,裂纹随荷载增大而扩展并贯通导致巷道整体破坏。

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高温高湿矿井作业人员热应激评价

作者(Author)：吴建松, 付明, 童兴, 宋怀涛, 孔松

摘要：为评价矿井高温高湿环境对工作人员的影响,采用暖体出汗假人和人工环境舱对高温煤矿工作服套装的热阻和湿阻进行了测量,并对考虑风速和人体移动影响的矿服套装动态热阻和湿阻进行了计算与修正,以测量和修正的煤矿工作服套装热阻和湿阻对预测热应激(PHS)模型相关输入参量和计算方法进行了改进。基于改进的PHS模型,对多种热湿工况下矿工热生理反应进行了计算分析,并选取人体直肠温度和出汗量作为主要热安全评价指标,分析确定了高温煤矿多种热湿工况下矿工可接受的最长暴露工作时间。研究结果表明:28℃以下且相对湿度不高于90%的热湿环境下,通过加大井下风速,可有效延长矿工可接受最长暴露工作时间,但当井下风速超过2 m/s后可接受最长暴露工作时间变化幅度较小。

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基于坚硬顶板应力弱化的回采巷道大变形控制技术

作者(Author)：蔡峰, 张逸龙, 徐辉, 王浩, 孟志刚

摘要：针对在回采期间由于顶板断裂造成动压,导致姚桥煤矿7521工作面回采巷道严重大变形破坏的现象,分析其产生大变形破坏的特征和原因分析,指出埋深大和坚硬顶板破断时动压影响是造成巷道大变形破坏的2个主要原因。同时提出了采用水力致裂技术对回采巷道坚硬顶板进行应力弱化,进而减小围岩压力,在不增加围岩支护强度的情况下在现场进行了工程试验,结果表明:利用水力致裂技术对坚硬顶板进行应力弱化,可很好地控制回采巷道围岩稳定性,验证了该技术在回采巷道大变形控制中应用的可行性。

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动载诱发冲击地压巷道围岩应力计算与试验分析

作者(Author)：刘冬桥, 王炀, 胡祥星, 任富强

摘要：基于动载诱发冲击地压是静载和动载共同作用所致,推导了静载和动载共同作用条件下圆形巷道围岩应力的计算公式,并采用对带孔石膏模型试件施加动静复合荷载,模拟了动载诱发冲击地压过程,通过图像采集系统实时拍摄动载诱发冲击地压过程现象,通过数据采集系统实时采集孔口附近应力数据。试验发现,动载诱发冲击地压经历了裂纹产生、裂纹扩展、碎屑剥落和巷道大面积破坏4个阶段。通过试验和计算结果对比发现,孔口附近应力试验实测值与理论计算值一致,表明该计算方法可以用于现场动载诱发冲击地压巷道围岩应力的估算,进而为现场防冲支护设计提供理论依据。

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构造破碎带巷道破坏机理分析及控制技术

作者(Author)：陈上元, 杜斌斌, 郭志飚, 王炀

摘要：为了解决构造区破碎围岩巷道的支护问题,以兴业煤矿主斜井为研究背景,采用工程地质分析、数值模拟、理论计算和现场监测相结合的方法,对巷道变形破坏特征、变形破坏机理和支护对策进行了研究。研究结果表明:巷道变形破坏受围岩性质、地质构造、水、采空区、支护形式等多种因素的影响,其变形力学机制确定为ⅠAB CⅡA DⅢA B C复合型变形力学机制。通过变形力学机制转化,提出了"锚网索喷+底角锚杆+全断面注浆"耦合支护方案。数值模拟及现场工业试验结果显示,在此支护方案下,实现了支护体与围岩的耦合,经120天的监测结果显示,相比原支护方案,顶底板、两帮移近量分别由原来的380、345.7 mm降至46.7、36.9 mm。

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