基于光纤光栅技术的巷道支护锚杆受力监测

锚杆支护效果决定了巷道支护的质量和效率，现实生产中一直存在锚杆崩断导致支护失效的问题，给煤矿生产带来了安全隐患。目前国内对锚杆监测主要应用锚杆(索)测力计、表贴式传感器，但是测力计无法实现对锚杆杆体服役状态的监测与分析，表贴式传感器虽可以测量杆体受力但其工业应用效果较差。提出一种针对锚杆杆体受力进行监测的矿用光纤光栅锚杆传感器技术，本传感器利用光栅体积小且抗拉的优势，将多个Bragg光栅链式连接并将其埋入锚杆，实现了对杆体受力变化规律的分析及对杆体破裂的预报预警功能。通过工业试验对系统进行测试，在工作面前方200 m的位置安装32组锚杆传感器共160个数据采集点，应用自主研发的32通道解调设备对光栅数据进行采集存储，结合工作面推进速度对数据进行分析验证。结果表明：在工作面回采对锚杆杆体受力的影响范围约为60 m,在60 m以外影响微弱，而进入50 m以后锚杆杆体受力变化显著增加，同时区段平巷两帮部分位置出现变形；处于内帮的锚杆杆体变化要比同一断面上位于外帮的变化更为明显，外帮杆体局部受力变化量约为30 kN,内帮杆体局部受力变化可达150 kN。单个锚杆杆体受力呈现非线性变化状态，锚杆...     

典型浅埋煤层回采巷道锚杆支护特性研究

为分析浅埋煤层回采巷道锚杆支护特性以实现矿井安全高效生产,以大柳塔煤矿52302工作面为例,采用数值模拟与现场实测相结合办法,探讨了浅埋薄基岩煤层回采巷道不同位置处锚杆受力状态及演化规律。结果表明:虽然锚杆的设计参数相同,但只要布置位置不同,同一种锚杆表现出来的力学特征就会有显著差别,布置在52301回风巷道顶板的1号锚杆沿着工作面推进方向轴力由压应力变为拉应力并增大,沿杆体轴力大小随孔深呈近似W型变化,4号锚杆轴力为拉应力并增大,沿杆体方向轴力为先增后减;锚杆布置位置对轴力变化有影响,但如果相对位置相同,轴力变化仍存在共性特征,52301回风巷右帮第7—11号锚杆,轴力随工作面推进均为压应力并增大,轴力随着钻孔深度先增后减,杆体中部轴力增长幅度大于杆体两端,近似抛物线状对称分布。     

基于光纤光栅的锚杆应力状态实时监测与分析

针对巷道锚杆应力状态常规监测方式的局限性,以FBG传感器为核心元件研制了光纤光栅测力锚杆,搭建了在线监测系统,可实现对锚杆不同位置应力状态的实时同步监测。在朱集矿1111(1)工作面运输顺槽的实践结果表明:顶板锚杆杆体的应力分布状态整体呈增长形,帮部锚杆整体则呈波浪形,进一步分析可判断锚杆的有效锚固长度;顶板锚杆随着时间推移应力不断增加,而帮部锚杆杆体的不同位置随时间变化不同,并无明显规律。     

锚杆支护回采巷道安全监测用FBG锚杆研究

为实时监测煤矿回采巷道中锚杆的安全状态,评估锚杆支护结构的安全稳定性.基于现场实际使用的常规支护锚杆,设计选取FBG传感器和介质材料,通过锚杆拉伸和FBG温度试验,研究FBG锚杆的应变传递机理,分析FBG传感器在不同基体材料下的应力-应变曲线和温度-波长变化曲线,表明所研制的FBG锚杆通过FBG传感器中心波长的变化真实...     

柔模支护沿空巷道锚杆轴力无损检测评价研究

采用锚杆轴力无损检测技术,对柔模支护沿空巷道工作面前方的相对稳定区域和工作面后方的采动影响区域进行了锚杆轴力检测,得到了锚杆轴力随工作面推进的变化规律。基于锚杆轴力实测结果与对比分析,提出了柔模支护沿空巷道的非均称支护方案。通过支护优化后的沿空巷道锚杆轴力和围岩变形监测显示,锚杆工作状态良好,围岩变形控制效果好。研究结果表明,在工作面前方相对稳定区域,随着工作面推进,顶板和两帮单根锚杆受力变化不大;同一断面煤柱帮锚杆轴力大于实体煤侧帮锚杆受力。在工作面后方柔模支护区,煤柱帮锚杆平均轴力大于柔模帮锚杆平均轴力,两帮平均轴力随工作面推进距离近似呈直线形式增加,工作面采动对煤柱帮影响更大。对柔模支护沿空巷道采用非均称支护方案,可有效控制围岩的变形,节约了支护成本,创造了良好的经济和社会效益。     

采动影响巷道锚杆轴力无损检测分析

采用锚杆动力无损检测技术,对丁集煤矿1321(3)工作面切眼外近100 m采动影响巷道锚杆实时轴力状态进行了密集观测。监测结果表明,在距采煤工作面0~20 m范围内,受采动影响严重,锚杆轴力变化较大。在距工作面0~10 m范围内,锚杆轴力降低;在距工作面10~20 m范围内,为超前支承压力区;在15 m处,形成超前支承压力峰值;在20 m开外距离,锚杆轴力受采动影响较小,锚杆轴力变化不大。通过锚杆轴力异常变化(急剧增大或降低)检测容易发现巷道异常断面或隐伏断层区域。     

深部沿空掘巷锚杆受力数值模拟分析

运用FLAC3D数值模拟软件对深部沿空掘巷锚杆受力进行模拟分析,绘出顶板、实体煤帮以及沿空帮锚杆轴力和剪力沿杆体长度的分布曲线,揭示了锚杆受力与空间位置的关系,即同一断面内轴力最大的锚杆位于顶板中间位置,剪力最大的锚杆位于巷道两顶角以及沿空帮底脚位置;通过对顶板、实体煤帮以及沿空帮锚杆所受轴力和剪力进行实时监测,导出各位置锚杆轴力和剪力随计算步数的变化曲线,揭示了锚杆轴力和剪力随时间的变化规律。     

剪切式锚杆锚索测力计在大断面煤巷支护的研究

以大同煤矿集团公司塔山煤矿5105巷为研究对象,采用剪切式锚杆锚索测力计对巷道支护所用锚杆锚索轴力进行监测,研究其与回采工作面距离之间的关系,发现回采对锚杆锚索轴力的影响存在无影响、采动影响和采动影响剧烈3个阶段,采动对实体帮锚杆轴力影响更大;由于锚索的让压能力较强,故锚索抵抗回采影响的能力大于锚杆。整个采动过程中,剪切式锚杆锚索测力计性能良好,锚杆锚索轴力均在安全范围之内,保证了巷道支护的安全性。     

大采高工作面合理煤柱尺寸优化设计

针对枣泉煤矿大采高工作面巷道围岩控制难题,对不同区段煤柱宽度下的巷道顶板离层、巷道表面位移量、顶锚杆与帮锚杆受力情况、煤柱裂隙发育情况进行现场监测.监测结果表明,10 m煤柱巷道与20 m煤柱巷道最大离层量相差不大,巷道围岩变形量均较大,2种参数煤柱反映出两帮锚杆强度不足,大部分超过杆体屈服载荷,应提高两帮锚杆的杆体强...     

回采巷道帮部锚杆锚固时效性与杆体回收技术

为解决长壁工作面前方煤帮遗留金属锚杆杆体带来的安全隐患,基于回采巷道帮部锚杆锚固时效性与围岩稳定性分析判据,结合FLAC3D数值计算,确定了长壁工作面前方煤壁帮锚杆合理回收范围,设计开发了以组合式中空螺旋钻为主体的锚杆杆体回收机具,建立了一套完整的长壁工作面前方锚杆杆体回收技术措施。通过现场试验,验证了回收方案的可行性和实用性。     

大采高综放工作面巷道围岩变形特征研究

为了解决回采工作面巷道支护方式与参数布置等问题，以山西某煤矿为研究对象，采用FLAC数值模拟软件和现场测试的综合性方法，研究了大采高综放工作面巷道围岩变形特征，得出了大采高综放采场围岩位移场的变化规律；结合矿井实际情况，采用矿压监测系统在工作面回风巷布置测点进行工业性试验、实时监测观测数据，掌握了巷道围岩位移的变化状态，指导巷道围岩的支护形式与参数等的确定，具有重要的理论意义。     

新疆某矿回采巷道最佳锚杆布置参数研究

以新疆某矿Ⅰ1采区回采巷道为研究背景，基于FLAC有限差分软件，对比分析了回采巷道有支护和无支护时的塑性区范围、应力和位移变化规律；对顶板中点和右帮中点分别进行了竖向位移监测和水平位移监测，对比分析了不同锚杆布置参数条件下的围岩位移变化量；对应力集中系数和围岩位移进行了无量纲化处理，得到了综合评价指标。综合FLAC数值模拟结果和综合评价指标，得出了最优锚杆布置参数，可为现场回采巷道掘进和维护提供参考。     

基于矿压监测的浅埋临空巷道煤柱稳定性研究

为保证下阶段将采11603工作面的正常回采,以及为下个工作面回采巷道的支护优化、护巷煤柱的留设宽度合理性提供理论依据,现场采用矿压观测手段对正在回采的11602工作面巷道布置的4个测站进行实时监测,监测内容包括本工作面不同回采阶段下的顶板离层量、巷帮围岩应力变化以及锚杆索的受力状况.结果表明:巷道围岩位移变化情况及围岩...     

孤岛工作面沿空巷道锚固失效分析与支护对策

为解决某矿3210孤岛工作面回采巷道中大量锚杆锚索断裂及锚固失效、导致巷道围岩变形破坏严重的现象,对现场锚杆锚索的断裂数量分布和断裂形态进行统计分析,揭示了锚杆索支护失效的重点区域,发现大部分锚杆破断的位置都在杆尾螺纹处、大部分锚索破断位置均为杆体中部,进一步分析了巷道围岩破坏的破坏特点及原因。针对巷道支护帮弱的问题,对强帮护顶支护技术应用进行了探讨。基于研究针对原有支护,提出了“锚网索加强支护+帮部注浆补强加固”的支护对策,对支护参数及注浆施工参数进行详细设计。在改进支护前后对围岩变形情况进行实时监测与拉拔试验检验。结果表明,在工作面采动影响下,围岩变形量减小,该支护方案能提高巷帮抗变形能力与锚固能力,增强锚杆体锚固结构的弹性模量,能够有效解决锚杆索破断导致的锚固失效问题,极大提高了生产效率。     

新型树脂式可回收锚杆支护效果分析

为了既能满足回采巷道的支护强度,又能在采煤机截煤前撤除工作面煤帮的锚杆,介绍了新型树脂式可回收锚杆的结构组成,分析了其锚固特性和支护机理,对锚固力和支护效果进行了数值模拟,并进行了井下锚固力测试、回收性能试验和巷道变形监测。结果表明:新型树脂式可回收锚杆的杆体强度高,锚固力可靠,对岩性适应范围广,控制围岩效果好,安装回收方便,回收率高,能够满足回采巷道的支护要求。     

基于锚杆轴力实测的综采工作面区段煤柱稳定性分析

为了保障采掘工作的正常接续,实现矿井的高产高效,我国西部矿区综采工作面的区段平巷大多采用双巷掘进方式,巷间区段煤柱先后经历掘进,一次回采及二次回采的扰动影响,矿压显现剧烈。采用锚杆无损检测技术对区段煤柱采动影响区域进行了锚杆轴力实测,进而对区段煤柱锚杆支护体的实时支护状态及其稳定性进行评价,并对区段煤柱超前加固支护设计提出合理建议。研究结果表明,在工作面两端区段平巷里,随测试锚杆距工作面距离增大,锚杆轴力呈先增加至峰值后逐渐减小,直至趋于稳定的总体变化规律;锚杆轴力峰值位置正好对应着区段平巷围岩大量破坏与未破坏的交界区域;通过锚杆轴力变化可以较好地反映工作面前后方的采动影响剧烈范围,为工作面区段平巷超前支护范围及其预防加固措施提供参考依据。     

采动巷道煤帮变形破坏规律与控制技术

针对采动巷道帮部围岩变形破坏剧烈、支护维护困难、扩帮施工工艺复杂等问题,以刘家梁矿复合顶板采动巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等综合研究方法,监测获取采动巷帮变形破坏规律,分析采动巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。研究结果表明:工作面回采过程中,采动巷道区域出现支承压力集中程度增大的同时,围岩周边主应力的方向也随之偏转,导致巷帮出现较大的塑性破坏深度且最大巷帮破坏深度偏向于巷帮中部,引发普通支护强度无法有效控制的巷帮围岩大变形,造成支护体损坏;采用高延伸性、可持续提供支护力、围岩变形过程中不破断的支护材料是此类围岩控制的有效途径。据此研发适用于大变形巷帮围岩控制的高延伸性组合锚杆,该锚杆杆体延伸率超过20%,具有较高的尾部抗剪能力,并可在扩帮施工后继续使用,现场应用效果良好。     

某矿辅运巷支护方案应用实践

以某矿2107S辅运巷为例,对巷道顶板和两帮分别设计了锚杆(索)+金属网+M型钢带的联合支护方案,并分析了巷道围岩支护参数。为考察该方案的支护效果,在工作面前方布置了3个观测站,对巷道断面收缩量、巷道顶板离层状态以及锚杆受力进行监测,结果表明:受工作面回采超前支承压力的影响,顶锚杆和帮锚杆受力状态基本相同,接近工作面时顶锚杆和帮锚杆应力变化较大,但基本为1~2 MPa,说明锚杆支护效果较好,可供类似矿山巷道支护参考。     

采动矿压与锚杆轴力变化关系的实测研究

采用锚杆轴力无损检测技术,对采动影响区域锚杆轴力随工作面推进变化情况进行了大量现场测试,发现锚杆轴力变化与采场超前支承压力分布具有明显的对应关系。以淮南某矿回采工作面运输平巷锚杆轴力实测数据为例,检测结果表明：在距采煤工作面0~20 m范围内,受采动影响严重,锚杆轴力变化较大;在距工作面5 m范围之内,存在支承压力减压区,此区域内锚杆轴力降低;在距工作面5~20 m范围内,对应着支承压力增压区,此区域内锚杆轴力增加,且锚杆轴力峰值位于距工作面煤壁10 m左右;在20 m以外区域,受采动影响较小,对应着支承压力稳压区,此区域内锚杆轴力变化不大。在基本顶断裂后,位于减压区内的顶板锚杆轴力急剧下降,同时,位于增压区内的锚杆轴力峰值明显下降且位置向前发生跳跃前进。研究结果表明,采动支承压力分布与锚杆轴力变化存在良好的对应关系,基本顶断裂可在锚杆轴力动态响应上得到有效体现。     

基于煤岩应力监测的深井沿空掘巷煤柱宽留设研究

为确定合理的区段小煤柱宽度,保证深部矿井沿空巷道的稳定性和实现工作面安全回采,以高家堡煤矿101工作面为例,采用钻孔应力监测方法,对101工作面推过前后的侧向煤体应力分布特征进行了实测研究,为沿空掘巷小煤柱留设提供实测资料。研究结果表明:工作面侧向煤体应力峰值至煤壁13~17 m,至煤壁9 m之内属于应力降低区,在该范围区内沿空掘巷,可避免受较高支承压力的影响,有利于巷道维护。在此基础上,采用数值模拟方法,优化分析得到103工作面沿空掘巷小煤柱合理宽度为6~7 m,103回风巷(沿空掘巷)实际小煤柱宽度为7 m,通过对103沿空巷道围岩变形及锚杆锚固力现场监测,表明巷道围岩变形量不大,顶板、小煤柱帮及工作面帮巷道最大变形量分别为112、88、75 mm,锚杆锚固力变化相对较小,巷道维护状况较好,能够满足工作面安全回采。