预应力桁架锚索系统力学分析与工程实践

在分析总结预应力桁架锚索系统控制原理的基础上,采用力学研究方法建立了桁架锚索系统力学模型,得出锚索抗拉强度、锚固剂的粘结强度和初始时需施加的预紧力的计算方法,为该支护系统的材料选取和参数设计及其现场施工提供理论依据。结合三交河煤矿现场生产地质条件确定了预应力桁架锚索联合控制方案及参数,并进行了现场应用实施。现场试验结果表明力学分析对预应力桁架锚索系统有效控制特大断面厚层复杂覆岩煤巷变形具有良好的理论指导意义。     

桁架锚索在高应力大断面煤巷中的应用研究

针对邢东煤矿大断面煤巷在高应力作用下,巷道围岩大变形的控制问题,通过现场调研,对大断面煤巷围岩变形机理进行了理论分析,探讨了大断面煤巷围岩稳定性控制的针对性支护策略,最终提出了预应力桁架锚索支护方案。实践证明:预应力桁架锚索支护技术有效的解决邢东矿2223工作面运输巷支护问题,节省了施工成本,改善了支护效果,提高了巷道围岩的稳定性,对同一水平的其它大断面煤巷支护提供了借鉴意义。     

大断面煤巷桁架锚索支护预应力场研究与实践

针对大断面煤巷围岩控制难题,分析了高预应力桁架锚索支护技术的优越性。采用FLAC3D模拟分析了大断面煤巷条件下,桁架锚索长度、布置角度、孔口帮距和预紧力对支护预应力场的影响:锚索深入顶板长度以6~8 m为宜,布置角度以15°~20°为合理,孔口帮距为1.4~1.6 m最佳,增大锚索预紧力能大幅减弱岩层的受拉破坏情况,减少顶板岩层下沉。基于此提出了高预应力桁架锚索和常规锚杆索联合控制技术,结果表明:大断面煤巷支护完成15 d后实现自稳,巷道顶板下沉量小于95 mm,两帮移近量小于80 mm,顶板离层量小于5 mm。     

大采高开切眼桁架锚索支护参数优化研究

为了研究大采高复合顶板煤巷的桁架锚索组合支护作用机理,采用理论分析、现场试验、数值计算试验等方法,对大采高2-1101大断面开切眼桁架锚索组合支护参数进行优化分析。研究结果显示：桁架锚索倾角在65°~75°范围内对控制围岩变形和塑性区扩展效果最好,倾角偏大或偏小均不利;桁架锚索的锚固点必须位于稳定的受压岩层内,保证桁架锚索支护系统有一个稳定的锚固基点;桁架锚索的长度为9m时对开切眼复合顶板围岩的稳定性最有利;桁架锚索钻孔的孔口至切眼巷帮距离最优值为1.5 m;顶锚杆密度为10根/排时,现场观测结果显示：两帮移近量最大值为145 mm,顶板下沉量最大值为166 mm,切眼围岩的收敛率在有效控制范围内,桁架锚索组合支护对切眼围岩控制有良好效果。     

动压影响下的煤巷桁架锚索支护技术研究

通过对桁架锚索支护机理的分析,论述了采动影响下的煤巷桁架锚索支护技术。通过长治三元中能煤业有限公司1301运输顺槽掘进的生产实践,提出了采动影响下的煤巷桁架锚索支护设计方法,进行了相关桁架锚索支护参数的设计,通过工程实践证明桁架锚索支护技术能够有效进行采动影响下的煤巷围岩稳定性控制。     

极高支承应力煤巷锚索桁架控制机理与实践

针对某矿在褶曲断层区的孤岛煤柱中开掘巷道时遇到支承应力大、煤岩体破碎、巷道断面大等技术难题，基于预应力锚索桁架支护系统可以改变巷道围岩受力状态的特征，结合该矿现场条件，设计并优化了联合控制方案中的锚索桁架支护参数。现场实施结果表明，以锚索桁架为主的联合控制技术能够解决极高应力作用下大断面煤巷支护难题。     

浅埋薄基岩三软煤巷支护方式数值模拟

结合永贵五凤煤业有限责任公司开采实际地质条件,提出适用于该矿三软煤层巷道的工字钢架棚与锚杆联合支护、预应力桁架锚索支护以及弧形支架与锚索梁联合支护3种可行的支护方案;采用FLAC3D数值模拟软件,通过对这3种支护方式分别进行数值模拟,并对各种支护方式下的巷道稳定性进行分析。结果表明:在这3种支护方式中,预应力锚索桁架支护方式能有效控制该矿三软煤巷的围岩变形。     

桁架锚索在碎裂顶板巷道支护中的应用

碎裂顶板是由裂隙系统切割成的松散岩块所组成的集合体,由于围岩压力(特别是水平挤压力)的作用,碎裂岩块相互挤压而形成压力拱.压力拱下方的岩石,所受的水平挤压力很小,易发生垮冒事故.为有效控制围岩变形和促进矿井安全生产,提出了利用桁架锚索控制碎裂顶板煤巷方法,阐述了其支护原理,建立了桁架锚索的力学模型,得出了压力拱下方岩石达到平衡时桁架锚索最小的预紧力.该技术应用于综放工作面开切眼支护的现场实践表明:在观测时期内,两帮最大移近量小于216 mm,顶板最大下沉量小于287 mm,桁架锚索支护技术对破碎顶板有很好的支护效果,这为复杂地质条件下煤巷支护应用提供了参考.     

基于煤体微裂隙演化进程的综放窄煤柱煤巷非对称支护研究

针对窄煤柱煤巷掘进完成初期出现的大变形控制难题,结合窄煤柱煤巷动静支承压力基本认识,运用CT扫描技术系统研究了窄煤柱煤巷巷道中心轴两侧煤体微裂隙的演化进程,提出双锚索桁架与单体锚索平行布置非对称支护技术,并对其组成结构、控制机理、应力场分布规律进行了系统研究。结果表明:1)窄煤柱煤巷巷道中心轴两侧煤体微裂隙数量、发育速度和贯通速度具有明显的不对称性;2)顶板和煤柱帮桁架锚索应力场沿垂直方向呈"蝙蝠形"向岩体深部扩展,应力叠加区更大范围锚固体处于受压应力状态。双锚索桁架平行布置非对称支护技术在120210窄煤柱煤巷试验成功,巷道围岩在静态支承压力和动态支承压力作用期间变形协调一致,控制效果良好,研究成果对类似工程条件的支护设计具有一定的理论意义和实用价值。     

冲击地压矿井淋水构造高应力区煤巷支护体系优化研究

星村煤矿七采区三号探巷为淋水、构造、高应力区煤巷掘进巷道,巷道施工初期采用锚杆+锚索+金属菱形网的方式出现多次支护失效问题,通过采取锚杆加长锚固、提高锚杆预紧力、全长预应力锚固锚索、柔性网片代替金属菱形网的方式解决了淋水构造高应力区巷道支护失效问题,提高支护强度的同时减少了支护失效频次,有效的保证了该类巷道的支护安全。     

窄煤柱综放煤巷钢梁桁架非对称支护机理及应用

针对王家岭煤矿窄煤柱综放煤巷围岩控制难题,分析指出相邻大型综放工作面覆岩剧烈活动及其基本顶对巷道区域直接顶的倾斜挤压力是导致顶板产生水平移动和非对称破坏的本质原因。建立考虑基本顶对直接顶倾斜挤压应力的窄煤柱综放煤巷直接顶力学模型,得出巷道顶板最大变形区域(7.5≤x≤9.5 m)。研发了以钢梁-槽钢组合结构和多根锚固至顶板纵深处锚索为关键部件的多锚索钢梁桁架系统,阐明其控制原理。建立多锚索钢梁桁架非对称支护的力学模型,得出非对称弯矩减小量分布特征,探讨其与非对称变形的一致性,并结合现场实践确定控制方案。现场实践表明,20103运输巷采用钢梁桁架非对称支护技术后,围岩变形量均控制在安全范围内,实现了对窄煤柱综放煤巷围岩非对称变形破坏的有效控制。     

桁架锚索与单体锚索不同支护结构研究及应用

 现场采集五家沟煤矿5#煤层及顶板试样,实验室测定煤岩样力学参数。通过桁架锚索闭锁型支护结构的力学分析,研究顶板岩层中性轴位移规律及桁架锚索与单体锚索支护结构的区别。数值模拟确定5203特大断面开切眼桁架锚索支护关键参数,结合五家沟现场地质生产条件设计桁架锚索与单体锚索平行布置联合支护方案。研究及试验结果表明：(1)桁架锚索支护巷道,顶板岩梁中性轴位置整体下移,使顶板更大范围煤岩体处于三向压缩应力状态,改善了顶板岩梁力学特性,提高了顶板岩梁承载能力,支护结构更为合理;(2)单体锚索不能提供水平支护力,单独布置时支护范围有限,但适用于局部区域的加强支护;(3)桁架锚索与单体锚索平行布置可充分发挥两种支护结构自身的优点,总体支护结构更合理。     

全长预应力锚固强力支护系统的应用研究

为解决复杂困难巷道条件下传统锚杆支护体系存在的问题,从理论上分析了不同锚固方式对巷道支护的影响,得出了全长预应力锚固具有端部锚固和全长锚固的优点,能够在较长的锚杆杆体上施加预应力,增加了对围岩离层及错动的敏感度。采用数值模拟计算方法分析了不同锚固方式对锚杆支护附加应力场的影响,得出提高全长预应力锚固锚杆扩散效果的有效途径是先施加预应力而锚固剂后固化。在潞安矿区进行井下工业性试验,对全长预应力锚固状态下锚杆受力分布及变化进行了监测,锚杆锚索受力基本稳定,锚杆最大受力122 kN,锚索最大受力387 kN。矿压监测数据表明：全长预应力锚固强力支护系统优于传统支护,能有效控制围岩变形,支护效果良好。     

复合顶板高应力桁架锚索支护技术研究

晋华宫矿复合顶板煤巷掘进过程中变形严重,不得不架棚返修,严重影响掘进效率。文章介绍了锚-带-网-新型高预应力桁架锚索支护的原理,并结合晋华宫矿的地质条件提出了"锚杆-单体锚索-桁架锚索"三阶梯次支护,制定了2709巷新型桁架锚索三阶梯次支护控制方案,分析了作用效果。可为类似复合顶板条件下的巷道围岩控制提供借鉴。     

特厚煤层全煤巷道高预应力锚杆支护技术与实例分析

针对同煤集团特厚煤层开采矿井的特厚顶煤巷道中,锚杆锚索无法全部锚固到稳定岩层、巷道断面大、综放开采采动影响强烈等一系列难题,在分析锚杆锚索在煤层中的锚固性能、高预应力对全煤巷道围岩控制机理基础上,研究了高预应力锚杆支护技术,进行了火成岩侵入影响破碎围岩大巷、强烈动压影响大断面煤巷、深部多次动压影响巷道等复杂困难巷道的支护设计与井下支护效果分析。在塔山、麻家梁煤矿的应用结果表明,高预应力锚杆支护技术能够有效控制特厚煤层全煤巷道的强烈变形,满足煤矿安全高效生产的要求。     

煤巷预应力桁架锚杆支护技术

通过详细阐述新型预应力桁架支护技术的概念、作用机理、与锚索对比的优点、具体形式以及施工工艺，说明了该技术的创新点以及在煤巷中的应用特点.通过淮北许疃煤矿的成功应用实例，进一步验证本文所提出的预应力桁架结构的特点和作用.最后得出采用预应力桁架支护不仅能够有效控制巷道变形、提高单进和降低成本，确保巷道安全可靠，同时为各类复杂条件的应用提供了有力依据，表明了该支护技术有着很大的应用范围和广阔的推广前景.     

基于正交试验的桁架锚索巷道支护参数研究

基于正交试验原理和计算机数值模拟方法的有机结合,优化设计大断面巷道预应力桁架锚索支护参数,并有效解决了新元公司大跨度厚层泥岩复合顶板煤巷支护难题。对正交试验结果进行回归分析并拟合得出回归关系式,从而对大断面巷道支护提供有价值的参考。     

高预应力锚杆锚索组合支护技术在运输下山掘进支护中的应用

以阜生煤业一采区运输下山为工程背景,采用FLAC3D模拟了巷道顶板在高预应力锚杆锚索组合支护作用下的应力场分布特征,研究得出预应力及其扩散是锚杆支护发挥主动锚固作用的关键性因素,锚杆与锚索组合支护能显著扩大有效压应力区范围,并在此基础上运用动态信息设计法设计出高预应力锚杆锚索组合支护参数应用于井下,支护效果理想。     

深井煤巷预拉力支护体系研究与应用

通过深井高应力复合顶板煤巷高预紧力支护体系研究,提出煤巷预拉力支护体系,即高性能预拉力锚杆支护、小孔径预拉力锚索支护、钢绞线预拉力桁架支护及其组合方式,进而指出煤巷稳定的关键是顶板形成预应力结构(梁)。     

锚索桁架在改进大断面煤巷支护中的应用

针对山西某矿20103综放工作面区段运输平巷在巷道开掘后出现的顶板破碎和两帮变形严重等技术难题,基于预应力锚索桁架支护原理,结合该矿实际开采地质条件,设计并优化了联合支护方案中的锚索桁架支护参数。现场实测结果表明,以非对称锚索桁架为主的联合控制技术能够解决综放工作面大断面煤巷的支护难题。