由于地下开矿活动,破坏矿山地质环境,影响地表稳定性,采用GPS测量技术观测,可有效监测地表位移和沉降。通过基线长度变化,准确反映出地面点平面位移量。在小范围内,利用GPS大地高的变化计算监测点的沉降量。GPS监测技术无需通视、布网灵活,平面位置精度高,在地形复杂矿山变形监测中具有不可替代优势。

以七岭煤业综采工作面回采巷道为例,采用FLAC3D数值模拟软件,分别对工作面回采巷道掘进期间巷道围岩屈服破坏特征、巷道围岩垂直应力、巷道围岩位移特征进行分析,得出坚硬顶板条件下回采巷道最优的支护方式和支护参数,并且成功的应用于工程实践。

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。

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明:复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。

为得到困难条件下大变形巷道围岩的变形机理与控制对策,以困难条件下巷道的类型划分和特点为基础,总结了巷道围岩表面变形特征和内部的变形与结构特征,详细分析了高应力大变形破坏、底鼓型巷道系统失稳、采动巷道的变形破坏、结构面错动变形机制、围岩与支护结构不耦合五类主要变形机制。结合巷道围岩控制理论研究与工程实践,提出了目前困难条件下矿井巷道支护存在的主要问题、难点与控制关键。最后,结合工程实践,分别介绍了高应力软岩巷道、大断面斜井穿越采空区、承受采动影响巷道的围岩支护技术及应用效果。

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。

麻家梁矿14202辅助运输巷在掘巷过程中,受相邻14201工作面坚硬顶板垮落强动压的影响,矿压显现剧烈、原巷道支护不能满足安全生产。针对14202辅助运输巷强动压大变形的特点,提出了超前顶板水压致裂卸压围岩控制技术,确定了水压致裂的致裂层位及相应的钻孔施工参数,在水力压裂后通过观察观测孔液体流出量验证岩体压裂效果。试验结果表明,实施超前顶板水压致裂后,14202辅助运输巷两帮最大移近量约为0.6 m,平均移近量约为0.4 m,最大底鼓量约为1.5 m,平均底鼓量约为1 m,明显小于未实施水力致裂技术治理时动压巷道变形量(未实施水压致裂段巷道最大底鼓量为2.5 m,平均底鼓为1.9 m),有效地解决了强动压巷道的大变形问题。

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。

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。

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。