高地应力孤岛顺槽高强让压锚杆支护技术研究

由于常村煤矿孤岛工作面顺槽所在位置的地应力较高、煤体强度低、巷道变形大，采用无让压机构的超高强锚杆支护后出现了大量锚杆杆体发生破断的现象，严重影响了矿井安全生产。为适应孤岛工作面顺槽的地质采矿条件，解决超高强锚杆发生破断的问题，确定采用让压锚杆支护技术来实现矿井的安全掘进。经过采用高强让压锚杆与“鸟巢”锚索对孤岛工作面顺槽进行联合支护后，采矿实践表明此支护技术很好的适应了孤岛工作面顺槽的地质采矿条件，解决了孤岛工作面顺槽支护难题，为类似条件的巷道支护提供了可靠的支护参数和理论依据。     

深井动显综放巷道锚杆、锚索、桁架组合支护技术研究

梁宝寺煤矿具有采深大、采厚大、动压显现明显等巨野煤田的共同特点，该矿现有支护系统无法保证巷道的正常掘进及使用。本文针对此情况，采用了一种新型高强高预应力让压锚杆组合支护系统，通过在试验巷道内对锚杆的综合测试与矿压观测，肯定了该支护系统的支护效果。该新型支护系统实现了该矿深部巷道一次支护成功，为我国深部复杂条件下特别是巨野煤田的巷道支护提供了有益的经验和借鉴。     

小煤柱重复动压影响巷道预应力让压锚杆支护

巨野煤田彭庄煤矿为了避免因掘进、回采带来的涌水影响，需在工作面回采前预掘下个工作面轨道巷作泄水巷。该巷将经历数次动压影响，巷道支护极为困难。为确保巷道支护成功，采用了高强高预应力锚杆让压支护系统，通过观测数据的评价与分析，提出小煤柱沿空送巷的支护和掘进的比例关系，为该矿小煤柱沿空送巷的一次支护成功，提供了分析与改进的理论依据，为该类似条件下的巷道支护与掘进提供了有益的经验和借鉴。     

高应力软岩巷道可接长锚杆让压支护技术

高应力软岩巷道的塑性区范围和变形量均较大,其稳定型控制需要支护材料具备良好的延伸性能及深部锚固特性。基于“高阻让压”而研发的可接长锚杆长度大于4 m、延伸率为17%,破断载荷为195 kN,能够适应此类巷道的变形破坏特征。根据支护材料和围岩的变形破坏特征,分别建立了可接长锚杆和“锚杆+锚索”支护系统的本构模型,结果表明：为保证支护结构稳定,避免支护系统本构模型失稳后应变量剧增,支护系统本构模型的应变上限不能超过支护元件的最大应变量;可接长锚杆能够能提供远大于锚索的让压距离,保障软岩巷道支护系统的支护强度和稳定性。试验条件下,可接长锚杆的平均支护阻力约为170.2 kN,顶板0~4 m内围岩理论变形量为264 mm,与工程实际变形量比较接近,起到了对高应力软岩巷道顶板的让压支护的目标。     

深埋大跨度软岩硐室让压支护设计研究

针对金川三矿区破碎硐室进行了较系统的支护设计研究,得到了一些有价值的成果。首先根据工程地质和围岩自身的特点,在原设计方案的基础之上提出了三步开挖、二次支护和三次让压的总体计算方案,并采用三水平四因素的正交试验表设计了16个让压支护方案;然后,应用FLAC2D对这16个支护方案分别进行了计算,并采用文中所提出的优选评价指标Es进行了综合评定和分析,得到了最佳让压方案;最后,应用FLAC3D对最佳让压方案进行了24工序的三维开挖与支护计算,并提出了较为合理的开挖与支护建议。实际应用表明,优化后的方案有利于该深埋大跨度软岩硐室的长期稳定,该优化设计方法有一定的推广价值。     

高预应力让压锚杆数值模拟方法研究

建议了一种考虑高预应力让压锚杆锚芯与岩石间剪切破坏作用的三维锚杆计算模型,并开发了相应的有限元程序。由于采用2节点三维杆件单元和4节点三维锚杆单元模拟高预应力让压锚杆,使得所建议的模拟方法适用范围更加广泛,可以用于锚索模拟、一般锚杆模拟和抗滑桩等桩结构模拟,且能够很好地模拟高预应力让压锚杆的力学特性。     

千米垂深松软煤层巷道支护技术研究

针对深巷松软煤层巷道易冒落、难支护等特点,提出了三心拱U型钢支护结构。该支护技术在淮北矿业股份有限公司某矿巷道得到了很好应用,用ABAQUS模拟其承载力,介绍了施工工序,证明采用此支护提高了施工效率和安全性能,取得了显著效果。     

新型让压锚杆力学特性试验及承载变形机理研究

针对现有锚杆结构在市政丁程、隧道及边坡支护结构中的不足,提出了一种新型让压锚杆,分析了其力学特征及承载变形机理,并对比了普通锚杆、普通让压锚杆、新型让压锚杆在岩土体中的能量变化原理。首先,对新型让压锚杆进行了室内拉拔试验,得到了其力学特征曲线;然后,基于锚固力增长曲线,对新型让压锚杆与普通锚杆、普通让压锚杆的承载形变机理进行了比对分析,得到新型让压锚杆3方面的优势:即适用性更广、性能更优、变形可控更具灵活性;最后,基于能量原理,构建了3种不同类型锚杆的能量积分表达式,并依据能量本构关系,对3种锚杆的极限能量值进行了对比分析。试验研究及理论分析均验证了新型让压锚杆更适合具有膨胀性的隧道及边坡岩土体支护加固,可为新型锚杆的支护使用提供重要指导,为类似工程的设计、施工提供重要参考。     

巨厚煤层三软回采巷道恒阻让压互补支护研究

 针对沈阳清水煤矿第三系巨厚大地压软围岩煤层回采巷道开掘后支护失效严重、围岩大变形及4次返修无法稳定的现象,分析围岩塑性流变、非对称变形破坏、支护体与围岩大变形不协调等变形力学机制。提出采用恒阻大变形锚杆初次支护,在恒阻力作用下保护锚固体的承载力,通过恒阻锚杆的延伸多次释放变形能,将集中应力转移到深部,调动深部围岩承载能力,形成稳定的塑性承载圈;然后针对回采巷道变形特点采用顶板加强、两帮让压、底角加固的二次互补加强支护,形成适应三软巷道变形特征的围岩–支护协同承载体,将围岩变形速率控制在合理范围。基于该方法下提出的锚索+恒阻大变形锚杆+钢带+底角锚注联合支护设计,在该矿南二采区205工作面运输顺槽中使用后,顶板下沉降低75%,两帮收缩减小60%,底臌减小42%,巷道支护状况得到明显改善。实践证明,恒阻让压互补支护系统可有效控制三软巷道围岩稳定。     

软岩硐室让压支护设计及承载体强度分析

为了探索深埋软弱围岩硐室的开挖与支护设计新方法,以金川三矿破碎硐室为对象进行了让压支护优化及承载体强度理论研究。首先,根据“优化开挖顺序、适当让压后支护、充分提高围岩自承能力”的设计思路,并在原设计方案和实际工程地质条件的基础上,采用三因素四水平正交设计表提出了16个让压计算方案;然后,通过FLAC程序计算出各个指标值,采用提出的综合指标优选获得最佳让压方案,并给支护提出了合理的建议;另外,在岩石力学理论基础之上,推导了适当让压后支护的“围岩-支护”共同体的力学强度模型和力学参数特征方程,并提出了叠加压缩拱概念。理论研究表明,适当让压后进行支护,有利于最大限度地提高“围岩-支护”共同围岩体强度。     

动力扰动下侧压系数对卸压孔与锚杆支护的研究

为探讨各因素对深部巷道卸压孔与锚杆联合支护的影响机制,利用岩石破裂过程分析系统RFPA^2D-Dynamic模拟了巷道支护模型在动力扰动作用下围岩应力场的分布规律、巷道破坏形态特征。通过分析得到动静组合加载下不同侧压的巷道围岩应力重分布的一般规律,并从破坏单元声发射能量释放的角度分析了动静组合加载对围岩的损伤效应。研究指出,侧压系数λ是静态和动态扰动作用下巷道围岩应力重分布的主控因素;高围压条件下,动力扰动成为触发巷道破裂失稳的主要诱因,且动力扰动作用对不同围压的巷道围岩破坏形态的影响各不相同。     

倾斜煤层回采巷道的矿压显现特征及其锚杆支护研究

采用可充分变形的离散无法，对一个倾斜煤层回采巷道的稳定性进行了分析，并进行了围岩松动范围的测试。在此基础上，提出了锚杆加钢带的巷道综合支护方案。用离散无法及现场围岩位移测试对支护方案的合理性进行了评价。经施工验证，支护方案是成功可行的。根据分析和现场观测，提出了倾斜煤层回采巷道锚杆支护应注意的问题。     

管片衬砌配合陶粒可压缩层支护结构型式的模型试验研究

提出一种适用于深部地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术,结合台格庙矿区TBM施工的长距离斜井工程,采用模型试验方法,从管片衬砌弯矩、轴力、变形、破坏特征对比分析陶粒和碎石可压缩层的让压效果,从可压缩层的压缩变形路径和颗粒移动特征角度揭示各自的让压机制。研究结果表明：陶粒内部蜂窝状构造使其具备高压缩性,压缩率是碎石的10倍;陶粒可压缩层的让压效果要优于碎石可压缩层;不等压地应力条件下,碎石可压缩层会在一定程度上减小管片衬砌负弯区的抗力系数,导致负弯矩偏大,负弯区裂纹数量和宽度增加。陶粒和碎石的形状和内部构造差异导致两者让压效果和机制不同,最终导致管片衬砌的内力和变形、破坏特征差异。陶粒可压缩层让压机制由相互嵌挤、错动移位和挤压破碎作用三部分组成;碎石可压缩层的让压机制由前两部分组成;不等压地应力件下,由于陶粒的圆形形状特征,其向地应力较小侧自由移位和挤压作用发挥程度要高于菱角状外形的碎石,这一特征不仅增加了陶粒的让压效果还会在一定程度上增大了地应力较小侧的地层抗力系数,改善了管片衬砌受力特性。研究结果对未来TBM工法修建深部斜井的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

卵砾石层浅埋公路隧道支护方案的优化研究

某公路隧道位于特殊残坡积卵砾石层斜坡之中,是一典型的大跨浅埋扁平公路隧道,其支护结构和施工方案的设计直接影响到隧道的安全性和经济性.采用弹塑性非线性有限元模拟分析了该隧道的开挖和支护全过程.引入释放系数模拟开挖围岩应力释放时空效应,以最能直观反映开挖围岩松动变形情况的拱顶下沉量为主要控制目标,对初期支护的施作时机进行优化研究,利用得到的最优施作时机进行初支厚度的优化分析,并对二衬设计的合理性进行评价.提出卵砾石层斜坡中浅埋大跨扁平公路隧道支护设计和施工的优化方案.采用的考虑开挖过程的系统优化方法和研究成果可以为类似地质条件下隧道工程的设计与施工提供参考意见.