以常顺煤矿9105进风巷为研究对象,采用理论分析的方法对受强烈动压影响巷道围岩的破坏机理进行深入研究,结合工程经验确定了9105进风巷围岩变形控制技术对策,制定了高预应力强力全锚索支护方案与支护参数。9105进风巷支护试验结果表明:高预应力强力锚索支护技术对强烈动压巷道服务期间围岩变形控制效果显著,提高了常顺矿煤炭资源利用率,为矿井后续强烈动压巷道的使用提供技术依据。

在煤矿井下巷道支护中多采用槽钢梁、T形钢带等作为锚索组合梁,在高地压软岩巷道、矿压显现明显等条件下,该类组合梁在锚索远未达到其额定支护力的时候就会发生屈服,锚索支护性能不能有效利用。针对上述问题采用理论分析、实验室实测等方法研制了一种新型锚索组合构件-箱型梁。现场应用表明:该箱型梁大幅提高了锚索组合梁的强度和刚度,承载能力较14#b槽钢梁提高8倍以上,较T3钢带提高14倍以上,能够有效收集围岩表面压力并传递给锚索,对控制高地压、软岩巷道的围岩变形效果明显。

以矿井回采巷道为研究背景,通过锚杆-围岩(煤)的协调作用机理,对锚杆+短锚杆搭配支护形式和短锚杆+锚索联合支护形式进行数值模拟研究。结果表明:锚杆具有良好的力学性能,其延伸率可达到17%,相比锚索有着更大工程延伸率,锚杆此种特性保证了其能够提供适宜的支护力的同时,长短搭配的支护方式有着更为宽泛的有效支护区域,允许围岩有着最大范围的变形量。

分析了目前煤矿锚索支护存在的问题,在高预应力强力支护理论的基础上,提出高预应力、长度较短的强力锚索,并全断面垂直岩面布置,是高地压、大变形巷道的有效支护方式.介绍了强力锚索及配套护表构件的力学性能,将强力锚索、拱形大托板及钢筋网组成全断面强力锚索支护系统,在锚索施加预应力的同时,给钢筋网也施加了较高的预应力,使钢筋网成为预应力支护系统的重要组成部分.在潞安矿业集团有限责任公司漳村煤矿一条与回采工作面对掘的、受2次强烈动压影响的巷道中,进行了全断面高预应力强力锚索支护技术试验,巷道支护状况发生本质变化.巷道两帮移近量比原支护方式降低90%,顶板离层几乎为0,围岩变形得到有效的控制.不仅解决了巷道支护难题,而且验证了支护理论的正确性.

针对白皎煤矿井下具体复杂的地质条件,开展高突矿井复杂地质条件下软岩巷道支护技术的研究,采取适合现场条件的恒阻型联合支护,解决了白皎煤矿重大的巷道支护技术难题,对丰富和发展软岩巷道支护技术大变形锚索具有普遍理论意义。

针对深部矿井多发冲击地压的问题,在研究冲击地压发生机理的基础上,利用抗冲击恒阻锚索对冲击地压的吸收和释放作用,对某矿回风大巷进行了加强支护,通过对支护过程中采集的各项工作参数的分析,研究了抗冲击恒阻锚索在深部矿井中的应用效果,验证了抗冲击恒阻锚索在深部矿井支护中的独特作用,有效提高了深部矿井开采的安全性。

针对冲击地压巷道围岩难以控制的问题,提出采用桁架锚索-锚杆联合支护冲击地压巷道。采用理论分析、现场实践相结合的方法,研究桁架锚索支护冲击地压巷道的原理。运用材料力学、岩体力学理论,建立锚索支护巷道的力学模型,对比研究普通单体锚索和桁架锚索支护冲击地压巷道抗冲效果。研究表明:普通单体锚索难以适应巷道围岩和锚杆的变形而先行破坏,锚索-锚杆支护体系被各个击破,从而导致冲击地压发生;相对于单体锚索,桁架锚索锚固区围岩最大拉应力降低Fsinα+F,最大剪应力降低Fsinα,变形量增加ckcosα,并一定程度上能够实现桁架锚索-锚杆协同防冲支护;能量理论分析表明,桁架锚索支护系统比普通锚索支护系统要多吸收D(22 2a/cosa+2c-2a)能量,抗冲震级也加大。现场应用表明,桁架锚索-锚杆联合支护能够有效地防止巷道冲击地压的发生。

为了控制塔山煤矿8304工作面在切顶卸压过程中巷道顶板的下沉变形现象,保证成巷过程及巷道二次复用期间顶板围岩的稳定性,在预留巷道顶板原支护的基础上采用恒阻大变形锚索对顶板进行补强支护。运用理论计算并结合现场实际条件,选用长度为9. 3m,支护密度0. 8根/m2的恒阻大变形锚索加固顶板。现场应用结果表明:巷道顶板下沉量较小,成巷效果良好,可以满足复用生产要求,说明恒阻大变形锚索能很好适应切顶卸压自成巷对巷道顶板的变形影响,也为其他类似条件下沿空留巷顶板支护提供一定参考。

为提高固体充填胶结沿空留巷的效果,以唐口矿9301充填工作面为工程背景,对固体充填胶结沿空留巷巷帮支护体进行优化设计研究。通过对巷帮胶结充填材料的泌水率、强度等性能进行试验,分析了充填料浆的基本特性与胶结充填材料配比之间的内在联系与规律,最终确定了唐口矿巷帮胶结充填材料的配比。通过在唐口煤矿9301充填工作面进行工业性试验表明,优化设计的巷帮胶结充填体具有快凝早强,接顶良好的特点,沿空巷道变形量得到了有效控制。

在详细分析深部巷道围岩变形特征及主要影响因素的基础上,提出了深部巷道"双壳"支护理论,认为通过对巷道浅部进行支护形成浅部应力支护壳,对巷道深部进行加固形成深部应力加固壳,深浅壳体形成的支护体系能有效减小巷道围岩破坏范围,阻隔深部高地应力传播,保持巷道围岩稳定与巷道成形。根据巷道破坏范围不同,构建了由"单壳"支护、连续"双壳"支护和非连续"双壳"支护组成的巷道"双壳"围岩支护体系,并分析了巷道"双壳"围岩支护机理,研发了深部巷道"双壳"支护技术。以陶二煤矿深部巷道修复工程实践为例,验证了深部巷道"双壳"支护的合理性。