以任楼煤矿含水层上穿过F2断层组的中六运输大巷的安全开掘为工程背景,研究含水层上断层区巷道围岩控制技术。基于断层岩性组成,结合水文地质条件分析原岩应力、构造应力和水压等多种应力叠加特征,得到巷道开挖后围岩变形破坏规律:巷道在断层带10 m范围内变形破坏严重,同一标高断层上盘围岩破坏范围大于下盘,在含水层上方巷道底鼓量大。确定了巷道重点支护区域和加固的关键部位,并提出该类巷道的围岩控制技术:超前注浆、喷锚注阶段加固为基础支护,再实施关键部位锚索加固和围岩注浆技术。工程实践表明,采用区域化分阶段支护技术,巷道围岩变形得到有效控制。

针对软岩巷道围岩稳定性问题,以地处区域构造大断层中的南阳坡煤矿巷道为例,提出使用预注浆复合支护新技术,建立"先勘探、预稳定、后施工、强加固、多保险、重测量、准反馈、再优化"的新施工理念。对注浆材料、锚杆规格等进行分析,现场锚杆轴力检测和围岩变形量监测证明了该支护技术的适宜性。结果表明,预注浆锚网喷U型钢架复合支护技术能有效地控制锚杆轴力和围岩变形;新施工理念比较实用,有助于保证巷道施工安全;聚氨酯类非水溶性注浆材料适合于遇水软化围岩的注浆防渗补强;巷道开挖沿纵向主动压力区大致处在25m范围左右,对于同一断面,巷道开挖对顶板的影响较大。

为解决2-208运输顺槽过断层段围岩变形量大的问题,通过分析2-208运输顺槽过断层巷道围岩变形的具体情况及断层对围岩稳定性的影响,提出采用U型棚+喷浆+注浆的支护方式控制巷道过断层区域的围岩变形量,并进行矿压观测。结果表明:巷道过断层段在采用U型棚+喷浆+注浆的支护方式后,顶底板的最大移近量为196mm,两帮的最大移近量为157mm,有效的控制了巷道围岩变形量。

以任楼矿中六运输大巷掘进过F2断层组为背景,采用FLAC3D有限差分程序,分析了断层结构下巷道掘进应力场分布变化规律与不同位置处巷道变形破坏特征,提出了"下盘控顶、上盘控帮、底板反拱"的支护方式,并在现场成功进行了工业性试验。研究结果表明:F2断层组附近存在明显的垂直应力增高区;断层构造对巷道变形破坏的影响范围为1020m,确定加强支护范围为F2断层构造带前后60m;在当前地质状况下,F2断层上盘巷道围岩变形大于F2断层下盘段并且两断层上下盘破坏影响区没有明显相互作用。

为了使长平矿4310工作面矩形巷道在动载荷影响下能够安全快速的通过断层组破碎带，以及保持后期回采过程中巷道的稳定，在对断层受力分析的基础上，研究了工作面回采中的矿山压力与正断层上盘正应力之间的关系，并运用岩体超低摩擦效应理论和动载应力波理论研究了动载荷对断层破碎带的影响，并提出了巷道过断层的相应安全措施。研究结果表明：正断层上盘作用于下盘的正应力与回采产生的矿山压力相互作用形成应力集中导致破碎带多次扩展，动载荷使破碎带岩体失稳且造成塑性区损伤破坏；在断层破碎带采用超前预注浆改善岩性后，巷道以挖底的形式穿过正断层破碎带，使较低的应力作用于破碎围岩且使巷道穿过较小破碎带；加强支护以主被动联合支护为核心，在注浆加锚网带支护的基础上，施以合理的金属支架缓冲载荷、提高围岩强度；其底抽三巷3个断层加强支护范围分别为40、40、50 m，回采巷道见破碎发育支护即可。

断层是影响采煤工作面实现正常回采的一个重要因素。为解决1152综放工作面所遇落差为3.6m正断层的快速过断层问题,经深入研究分析,在该工作面运输巷预掘爆破巷,然后对巷道两帮坚硬岩石进行打眼、松动爆破,提前对影响工作面推进范围内的岩石进行处理。现场实践表明,消除了坚硬底板岩石对工作面正常推进的影响,实现了综放工作面快速过断层。

针对西部含水软岩冻结井筒马头门维护困难的问题,利用数值模拟、现场监测等手段进行马头门破坏机理分析,并提出修复加固设计。现场应用结果表明,利用锚-注-喷等多种方式进行修复加固,可提高马头门、井筒及巷道相接处的围岩强度,能够有效地降低马头门变形破坏程度。

高家堡煤矿风井深820m,穿越厚度达380m的高水压、大流速深厚富水软岩含水层,最大涌水量达2 219.63m3/h,采用冻结法施工。为了确保冻结封水效果,采用一次冻全深方案,并采用"三大一小"施工方式,即大直径冻结管、大盐水泵、大装机制冷量、小开孔间距。冻结孔采用外、内圈孔插花加防片帮孔的布置方式。冻结初期,快速降低盐水温度,实现了冻结壁早交圈,井筒早开挖。利用部分冻结孔,对深厚含水层裂隙进行注浆充填加固,减小地下水流速,保证了冻结效果。该井筒冻结施工所取得的成功经验,可为西部富水软岩地层冻结法凿井设计和施工提供借鉴。

为掌握西部侏罗系地层深厚含水基岩段井筒外壁荷载,采用振弦式传感器,对新街矿区红庆河煤矿二号风井基岩冻结压力进行现场实测分析,得到外层井壁冻结压力变化规律。研究表明:冻结压力发展趋势表现出阶段性特征,即在混凝土井壁浇筑后的12d内,急速增大,达1.286~1.371 MPa,为最终稳定值的70%~88%;随后缓慢增长、降低并趋于稳定。受多种因素及原位测试影响,冻结压力在同一层位,呈现出非均匀分布的特点。侏罗系软岩地层实测冻结压力最大值为1.872MPa,远小于中东部冲积层冻结压力上限值,也小于西部基岩段冻结压力最高经验值,为保证冻结凿井施工安全提供了依据。

冻结壁扩展速度是冻结设计和冻结施工的重要指标。对于西部冻结井筒建设而言,不同岩性中冻结壁扩展速度特点的研究还处于初级阶段。通过统计大海则煤矿4个立井井筒测温孔实测数据,得到了第四系、白垩系和侏罗系地层中不同岩性的冻结壁扩展速度,并分析了其扩展速度的特点,得出白垩系地层早期冻结壁扩展速度相差不大,中后期扩展速度与岩性有关;侏罗系地层中后期扩展速度与岩性相关性不大。