锚注支护巷道围岩变形的粘弹性分析

锚注支护是一项维护围岩稳定的新技术。根据锚注支护机理,将注浆锚杆简化为作用于围岩的一种体积力,并将注浆作用看作为对围岩力学性能的改善,从而建立了锚注支护计算的力学模型。依据围岩流变特性的试验结果,选择了一个合适的流变模型。最后应用粘弹性理论,分析了对具有流变特性围岩,锚注支护在维护其稳定性方面的作用。计算结果表明,锚注支护对维护流变性围岩稳定的效果显著。     

注浆材料的围岩改性强化技术研究

软岩巷道具有大地压、大变形、难支护特征,故而通过对围岩锚注改性增强的基本原理的研究,提出软岩巷道锚注和围岩强化新技术和控制对策,并对锚注支护技术、设计方案、技术参数、工艺配方等进行了分析.实践表明,改性材料锚注后控制了围岩强烈变形,保证了巷道的稳定,产生了显著的经济效益.     

深部软岩巷道深-浅耦合全断面锚注支护研究

基于对深部软岩巷道变形和破裂特征的长期监测结果,提出了以"中空注浆锚索和高强注浆锚杆"为核心的新型深-浅耦合全断面锚注支护技术体系.借助渗流力学理论建立了深-浅耦合锚注浆液的渗流基本方程,并结合COMSOL软件模拟再现了浆液在围岩内的渗透扩散过程.结果表明:注浆锚索和注浆锚杆所注浆液使巷道浅部围岩形成完整的锚注加固圈,而注浆锚索同时使巷道深部围岩形成局部锚注加固体,两者协调耦合作用,形成互为支撑的承载体,完善了深-浅耦合全断面锚注支护的理论体系和加固作用机理.现场监测证明该支护体系有效地控制了巷道围岩的变形与破坏.     

软岩巷道锚注支护结构蠕变分析

对锚注前软岩巷道围岩应力状态进行弹塑性分析,计算出锚注前围岩残余强度区半径;在此残余强度区内进行注浆,并将注浆区再细化为弹性区和塑性区,引入岩石蠕变的鲍尔丁-汤姆逊模型,建立了软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型,采用塑性区岩体体积不变的假设,对锚注支护结构进行了黏弹性分析和黏塑性分析,推导出软岩巷道锚注支护结构应力及位移的蠕变公式.理论分析与相似模拟结果表明:软岩巷道锚注支护结构弹性区应力与时间无关,塑性区应力随时间而变化;弹性区、塑性区位移随时间的推移而不断增大,最后趋于一定值,且塑性区位移与半径成反比关系.     

千米深井软岩巷道破坏机理及支护技术研究

基于矿井开采逐渐向深部发展,巷道围岩呈现高地压、大变形、难支护的特点,常规锚网支护已难以控制巷道围岩变形的情况.通过对华丰煤矿-1?100水平巷道破坏机理的研究,提出了采用马蹄形巷道支护断面和全封闭支护的理念,加强底板承载能力和巷道抗蠕变能力;根据千米深井巷道围岩流变特性,研究得出了围岩地压得到合理释放趋于稳定时进行永久支护的时机和距离,并在永久支护中实施锚注加固,使松散破碎岩块胶结成整体提高了围岩的内聚力和内摩擦角,使围岩由“软”变“硬”,使无支护作用的围岩体变为支护结构,同时锚注锚杆成为全长锚固锚杆,加强了围岩的加固效果,达到安全永久支护巷道的目的.     

破碎围岩锚注加固浆液扩散规律研究

基于连续介质力学和渗流力学理论,运用渗透张量法得出浆液在破碎围岩中扩散的基本方程;并通过对实际锚注支护工程进行假设与简化,建立锚注加固系统浆液在包含正交裂隙组的围岩中渗透扩散的数学模型.在此基础上,运用COMSOL软件对锚注支护工程进行实时模拟,研究了不同注浆压力和不同注浆锚杆布置方式对浆液流动扩散规律的影响.结果表明：对于巷道锚注支护工程,合理的注浆压力约为1.0～4.0MPa,合理的钻孔间距约为浆液扩散半径的1.3倍左右.将研究成果用于祁南煤矿新掘大巷锚注支护设计,取得了良好的效果.     

构造应力区巷道变形破坏特征及控制技术研究

水平构造应力对巷道围岩稳定有重要的影响,针对鹤壁九矿东总回风巷在锚网索喷＋u型钢支护难以保证巷道稳定的情况,通过相似材料模拟试验研究不同水平应力作用下锚注支护巷道围岩变形破坏和位移变化特征．试验表明,随着水平应力的增大,底板加强后,水平应力对顶板的作用明显,当水平载荷达到49MPa时有少量浆皮脱落,左肩部出现块状冒落,底板比较稳定,没有发生明显臌起,只出现少量横向裂隙,锚注支护结构能控制围岩变形．将试验结果在现场应用后,通过矿压观测,两帮的最大移近量为144mm,顶底板最大移近量为105mm,锚注支护提高了围岩的自承能力,能够维持巷道稳定,为类似地质条件下的巷道支护提供借鉴．     

地下水对巷道围岩稳定性影响的数值模拟

为探明地下水对巷道围岩稳定性的影响,结合工程实际情况分析地下水对巷道围岩的弱化作用;建立围岩强度与饱和率之间的关系,用FISH语言将该关系嵌入到FLAC流固耦合模块中,从而建立具有遇水弱化效应的巷道围岩稳定性数值计算模型.研究结果表明：在锚杆支护条件下,有水作用时巷道围岩变形明显增大,与实际淋水条件下巷道围岩变形破坏情况是一致的;在锚杆支护基础上进行全断面锚注支护可有效控制地下水影响下巷道围岩的变形.工程实践验证了数值模拟的准确性与锚注支护对于有地下水影响的巷道支护的适用性.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

古汉山矿东翼通风疏水大巷锚注支护技术研究

古汉山矿东翼通风疏水大巷先后采用了多种支护方式均未取得成功．为了满足掘进巷道的技术要求，解决巷道的变形，通过对巷道支护与围岩相互作用及目前各类巷道支护形式及支护效果分析研究，决定采用锚注支护方案．其实质是采用注浆锚杆兼作注浆管使用，一方面通过注浆改变围岩的物理力学性能，另一方面又为锚杆提供了可靠的着力基础，提高了锚杆的支护效果．断面内注浆锚杆自下而上先注底脚，再注两帮，最后注拱顶锚杆、掘进巷道500m，通过现场施工及施工后的监测，巷道能满足设计要求，取得了较好的支护效果．