锚杆支护组合构件对钢筋网加固作用试验研究

针对深井高地应力巷道因围岩大变形导致金属网严重破坏引发支护失效的问题,对高地应力巷道支护常用的钢筋网配合单体锚杆、钢筋托梁、W型钢带3种组合系统在垂直载荷作用下的力学性能进行实验室测试,分析了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统峰值强度、承载刚度、残余强度及卸压程度的影响规律,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网支护效应的加固特征。借助Ansys Workbench软件分析钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的整体位移变形量,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网横向、纵向股线的位移约束差异性。基于锚杆支护组合构件对钢筋网的不对称加固特征及边界网丝概念的提出,探讨了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统的加固机理。结果表明:①钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的承载性能可分为峰前承载区与峰后卸压区,W型钢带对钢筋网支护系统的强度强化作用是钢筋托梁的1.5倍,刚度强化作用是钢筋托梁的3倍。②锚杆支护组合构件对钢筋网的横向股线加固作用大于纵向股线加固作用,横向股线抗变形阻力分为垂直和水平两个分量,垂直分量由边界网丝与锚杆支护组合构件提供,水平阻力大小取决于边界网丝及焊接点剪切强度。③锚杆支护组合构件通过提高垂直约束作用、护表面积及护表区域内系统的抗变形能力增加钢筋网的支护强度与刚度。     

锚杆支护金属网力学性能与支护效果实验室研究

针对煤矿锚网喷支护巷道金属网选择及联网方式随意性大,严重影响支护质量的问题,采用实验室试验的方法对锚杆支护常用金属网的受力状态、变形状况及支护作用进行了研究。制作了专门的金属网变形破坏试验台和测力金属网,测试了3种金属网在不同支护下提供的最大护表力和挠度,分析了不同联网方式对金属网强度利用率的影响,得出3种金属网的极限承载能力和在不同支护方式下的强度利用率。指出钢筋网的强度利用率极低,联网强度是制约钢筋网充分发挥护表作用的薄弱环节。提出大幅度提高金属网的预张力是提高锚杆支护效果的重要方法和途径。     

高应力软岩巷道支护数值模拟研究

针对某矿高动压软岩巷道变形破坏主要受埋深、围岩性质、采动应力、支护方式等因素的影响,采用数值模拟手段研究了各种支护技术条件下软岩巷道的变形规律及支护体的受力特征。研究表明,采用钢筋网壳锚喷支护结构后,钢筋网壳、混凝土喷层和锚杆、锚索支护结构形成共同的承载体,各种支护结构的支护性能得到优化提高,巷道围岩变形得到有效控制。该研究成果为类似矿井的高动压软岩巷道支护问题提供了有益的借鉴。     

煤巷支护参数分析及工程实践

为了解决破碎顶板煤巷支护的难题,通过数值模拟分析了不同支护条件巷道围岩的变形特征,优选巷道支护方案设计为"锚杆+锚索+钢筋网联合支护",提高了巷道支护效果和安全程度,从根本上改善了巷道围岩力学状况。     

动压影响下复合顶板支护技术

在受动压影响下复合顶板巷道中,采用全长锚固钢筋网、锚杆组合支护、锚索补强支护形式,在掘进期间进行系统的矿压观测,有效地控制了巷道变形,取得了较好的支护效果。     

软岩巷道二次锚网喷支护技术应用研究

某矿北正二巷顶底板为沙质泥岩和泥岩,节理十分发育,并且受深部高应力影响,围岩变形严重.该矿采用钢筋网壳二次锚网喷支护技术能够有效地控制巷道变形,一定程度上提高了巷道的支护质量,减少了维修工程量,满足了生产要求,支护效果较好.     

全断面高预应力强力锚索支护技术及其在动压巷道中的应用

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.     

钢筋网壳喷层结构内力的简化计算

介绍了软岩巷道新型支护形式——钢筋网壳锚喷支护结构的特点。根据短柱壳的力学原理，对这种新型支护结构的内力和变形提出了一种简化计算方法，并导出了计算公式。阐述了钢筋网壳锚喷支护结构的内力及变形特点，探讨了它的危险截面位置和截面强度设计的控制因素，为这种新型支护结构的优化设计提供了一定的理论基础。     

煤矿TBM掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究

针对煤矿TBM掘进巷道围岩长期稳定性问题,以淮南矿区张集矿TBM掘进某瓦斯抽采巷为工程背景,开展了巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究。通过在TBM掘进巷道施工现场钻取砂质泥岩岩样,开展蠕变试验,获得CVISC蠕变参数|在数值模拟软件中引入CVISC蠕变模型,对不同支护工况下TBM掘进巷道围岩进行为期100d的蠕变变形模拟,获得各支护工况下巷道围岩时效变形特征和应力场及塑性分布区的演化规律|基于数值模拟结果,将优化后的锚杆+钢筋网联合支护体系应用于TBM施工巷道,并对TBM施工巷道进行围岩变形监测和锚杆轴力监测,现场实测结果表明采用的优化支护方案可有效控制围岩变形,且巷道稳定性较好。     

冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究

为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据,采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试,分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240,236和225 mm,最大承载能力分别为20,16.2和77 kN,3种金属网的最大挠度差别不大,但承载速率差别较大,钢筋网承载速率最大,其次是经纬网,最小是菱形网;动载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1 743,938和2 010 J,最大挠度分别为350,420和360 mm,钢筋网吸能能力最大,挠度中等,而菱形网吸能能力次之,而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载,其初期刚度较低,承受效率慢,而其受力均匀,能承受较大的静载荷和动载荷,且四周绑丝处不易破断,勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力,但其主要的缺陷在于承载效率慢,支护刚度太低,通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高,承载效率快,但强度相对较低,易产生经线和纬线错动失效,且经纬网变形时,受力不均匀,绑丝易断裂,四角固定处受力较小,受力传递效果较差,要想提高经纬网支护效果,需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高,强度大,吸能能力强,但钢筋网的缺点是强度不能充分利用,尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低,制约了钢筋网支护效果,要想提高其支护效果,需提高焊接点强度和四周绑丝强度。     

冲击地压矿井巷道U型钢支护极限承载能力研究

煤矿巷道围岩的冲击破坏程度与支护形式密切相关,探究冲击地压矿井巷道U型钢的极限承载能力,是研究深部煤炭资源安全开采的重要课题,对矿井冲击地压的防治具有重要意义。本文以义马煤田典型冲击地压矿井为工程背景,建立均匀围压条件下U型钢支护变形的力学模型,给出U型钢变形量的解析解,对比分析均匀和不均匀荷载作用下U型钢和巷道的变形规律,研究了荷载增加时U型钢支护可承受的上覆岩层极限荷载和极限埋深。通过现场监测巷道不同U型钢支护条件下顶底板移近量、移近速度的变化,分析了提高U型钢承载能力来控制巷道变形和冲击地压的机理。研究结果表明:随着荷载增加,巷道变形量和应变能均将出现一个急剧加速点,该点可用来确定应用U型钢支护的极限埋深均匀荷载下为1 600 m,非均匀荷载下为1 400 m,当达到极限埋深时,U型钢将完全处于失效状态,巷道变形激增;在冲击地压矿井巷道进行U型钢支护设计时,改善围岩支护接触条件、对U型钢边界施加均匀荷载,对提高U型钢的支护性能具有重要作用。采用承载能力更大的U型钢支护方式能吸收更多来自围岩释放的能量,对巷道顶底板移近量的控制较为稳定,使得巷道变形无法瞬间激增,保证巷道的稳定性,实现对巷道冲击地压的有效控制。     

钢丝绳拉伸状态下弹塑性仿真和试验研究

研究了1×19型钢丝绳在拉伸载荷作用下的力学特性,重点研究了轴向载荷超出弹性极限时的弹塑特性。首先建立了1×19型钢丝绳有限元分析模型,研究了其在弹性和弹塑性状态下的应力和应变特性。而后进行钢丝绳拉伸试验,测定了其名义应变-应力曲线和塑性变形特点,阐明了负载在钢丝之间的分布特点。将数值模拟分析结果和试验结果进行对比分析,验证了模型的正确性。     

高强度锚杆冲击吸收功与失效应变关系的数值仿真研究

采用LS-DYNA数值模拟软件,以实验室金属夏比冲击试验的实际情况为依据,仿真模拟了金属夏比冲击试验,通过选择合理的网格尺寸、准确的材料模型和边界条件,使模拟结果真实、可靠。通过模拟屈服强度相同时不同失效应变对应的冲击吸收功值,得出了屈服强度为500MPa,600MPa的锚杆钢材失效应变与冲击吸收功的线性关系式,通过反推法得出屈服强度为500MPa,600MPa的锚杆钢材特定冲击吸收功下失效应变的值,为今后不同冲击吸收功的高强度锚杆在动载荷下受力与变形的仿真研究提供了依据。     

软岩巷道钢桁架力学性能试验及支护研究

我国煤矿深部软岩巷道大地压、强流变、大变形等问题突出,此类巷道稳定需要较大的支护力,因此提出全圆钢桁架支架支护技术。桁架采用8段双层12#工字钢构件组成,每段构件之间连接采用端头焊接390 mm×800 mm×30 mm钢板和螺栓连接,在实验室借助分步多次逐级加载、测试系统测试了全圆钢桁架支架在垂向和水平向荷载按不同比例组合作用下的极限荷载和极限变形量。试验结果表明:在均压荷载作用下,钢桁架的极限承载力为1 500 t,弹性极限压缩变形为12.18 mm;非均压荷载组合比值为0.2时,支架极限承载力为900 t,弹性极限变形为26.3 mm;极限荷载破坏方式为连接块处的错动和支架直径收缩变形破坏。与传统U型钢支架相比,钢桁架支护反力提高10倍以上。针对极软岩巷道变形规律,提出恒阻大变形锚杆索+预留变形量的一次支护,在高预紧力支护下通过恒阻装置释放变形能并形成锚网索-围岩耦合支护圈,然后采用全圆钢桁架强力二次支护,在均压下发挥钢桁架的最佳支护力学性能,其支护方式在深部大地压、强流变软岩巷道中有着广泛的应用前景。     

钢纤维混凝土动态特性三轴试验研究

针对目前钢纤维混凝土试验研究大多局限于静态或动态单轴应力状态的情况,开展了钢纤维混凝土三轴动态特性试验研究,根据得到的试验数据,分析了三轴状态下纤维混凝土的应力-应变关系曲线特点,讨论了纤维体积率、侧向围压等对钢纤维混凝土动态极限抗压强度、变形特性的影响,得出了钢纤维体积率1%~2%时增强效果最好等重要结论。     

均布荷载作用下钢筋锈蚀深梁受力性能研究

为研究钢筋锈蚀后对深梁受力性能的影响,开展均布荷载作用下不同钢筋锈蚀率对深梁受力性能以及破坏形态影响的试验研究。设计了3个不同钢筋锈蚀率的深梁试件,通过静载试验加载至失效破坏,分析深梁压杆荷载—扰度关系、荷载—裂缝宽度关系以及荷载—竖向变形关系。试验结果表明,钢筋锈蚀后,深梁压杆承载力及刚度明显降低,失效模式为深梁跨中中部高度处突然出现一个垂直裂纹,然后裂纹分别向顶面和底面延伸,直至最后附近节点的混凝土发生破碎失效。     

大面积堆载作用下滨海吹填软土地基变形特性研究

通过在大面积堆载场地设置地表沉降监测仪器,进行历时3年的现场监测,对大面积堆载作用下滨海吹填软土地基的沉降变形特性进行了分析研究,揭示了大面积堆载作用下软土地基变形特性不同于常规荷载作用下软土地基变形特性的规律,总结了大面积堆载条件下软土地基变形沉降的规律,利用数值计算方法模拟了地基沉降变形规律,分析了地基破坏模式,数值计算结果与现场监测结果有着较好的一致性,在400 k Pa堆载力的作用下,最大沉降值约为1.6 m。     

岩石流变扰动效应三轴压缩试验研究

为了研究三向应力状态下扰动荷载引起的围岩流变变形规律,在岩石流变扰动效应单轴压缩试验研究的基础上，利用自主研发的岩石流变扰动效应三轴试验系统，选取红砂岩进行流变扰动效应三轴压缩试验，分析不同应力状态下流变扰动变形规律。试验结果表明:随着围压增大，各级流变变形量有所下降，长期强度增大，流变变形破坏滞后，破坏变形量有所增加;在进入扰动敏感区后，流变变形速率增大，变形不可恢复。最后，根据试验结果得出不同应力状态下岩石累计扰动变形量与累计扰动能量之间的本构方程。     

井壁曲钢管混凝土短柱承载力试验

对曲钢管混凝土柱与直钢管混凝土短柱应力一应变关系进行了分析,对钢管混凝土构件承载力计算公式进行了试验验证,试验得到的荷载一变形曲线与典型的荷载一变形曲线相吻合;并用钢管混凝土承载力公式对曲钢管混凝土短柱进行了承载力计算,发现其结果是偏于安全的.     

基于离散元的动载冲击地压巷道围岩稳定性分析

本文以陈家沟煤矿8514工作面为工程背景,针对目前动载作用下的巷道变形失稳等问题,借助离散元程序UDEC揭示动载作用下巷道围岩的响应特征,分析了不同距离动载对巷道稳定性的影响。数值模拟结果表明:底板变形破坏范围会因动载与巷道顶部距离减小而增加,两者呈正相关关系,但动载与巷道顶部距离对两帮和顶部变形破坏范围影响较小;动载作用下,巷道震动速度类似于正弦波的形式逐渐衰减并且存在峰值。文章研究结果旨在为动载作用下冲击地压巷道围岩稳定性分析提供相应的理论支撑。