大断面隧道双侧壁导坑法施工数值分析

以成兰铁路某处大断面隧道为工程背景,采用数值模拟的方法分析了双侧壁导坑法施工过程中隧道围岩变形、应力分布、塑性区扩展以及中间岩柱位移轨迹情况,并提出了针对性的支护对策。研究结果表明,采用双侧壁导坑法施工大断面隧道时:(1)中间岩柱发生塑性破坏,但仍能保持一定的承载能力,作为维护隧道稳定的关键,应加强对中间岩柱的支护;(2)左侧导坑开挖后,应及时采用锚杆支护导坑左帮,适当增大左侧顶角与左侧底角锚杆的支护密度,全断面喷射混凝土与施加钢梁支护,并安装斜支撑钢梁;(3)左右侧导坑开挖过程中,中间岩柱整体向左移动,内部出现离层裂隙,右侧导坑开挖前应通过安装横支撑钢梁对左侧导坑进行补强支护,开挖后应及时施加锚杆、喷射混凝土和钢梁支护;(4)中间岩柱开挖后隧道顶底板塑性区范围较大,应及时采用锚杆支护隧道顶底板并对全断面实施混凝土二衬支护。     

树脂全长锚固锚杆外形尺寸优化实验室研究

锚杆全长预应力锚固支护方式是解决复杂困难巷道支护的有效手段,但是由于施工困难,一直制约着它的应用与推广。通过优化锚杆外形的方法,在保证锚杆锚固性能的前提下,解决煤矿巷道全长锚固施工困难的问题。采用实验室试验的方法,对锚杆外形与锚杆锚固性能以及安装阻力之间的关系进行了研究,提出锚杆外形相关参数的合理值。优化后的锚杆横肋高度由原来的1.46 mm降低为1.00 mm,锚杆横肋间距由原来的11.05 mm增加到33.15 mm,横肋采用交错布置的方式。对锚杆横肋高度和间距优化后,锚固长度125 mm时锚杆的拉拔力比改进前反而提高了7.7%;锚杆安装过程中的平均扭矩比优化前降低约40%,安装锚杆所需要的推力仅为优化前的50%左右,最大值为0.73 kN。     

基于“顶板-煤壁-支架”综合评价的大采高支架工作阻力研究

针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支架与围岩控制适应性进行了验证和评价。研究结果表明,大采高综采支架工作阻力的确定要以满足顶板、煤壁等采场围岩控制为前提,并需确保支架良好的位态。支架工作阻力不仅要能支撑垮落带关键层"悬臂梁"破断长度内的岩层载荷,还要能给断裂带下位岩层"砌体梁"结构以平衡力。模拟结果表明,当工作阻力低于10 000 k N时,支架处于满负荷运转状态,活柱下缩量较大,顶板及煤壁变形显著;当工作阻力高于11 000 k N时,采场围岩及支架工况显著改善,据此确定支架合理工作阻力为12 000 k N。生产实践表明,试验工作面支架循环末阻力8 340~10 247 k N,安全阀开启率低于5%,煤壁完整性较好,支架工作阻力满足顶板支护及安全生产要求。     

松软破碎硐室群围岩应力分布及综合加固技术

采用现场试验与测试、理论分析、数值模拟相结合的研究方法,开展了山西潞安屯留矿井底车场松软破碎硐室群围岩应力分布与综合加固技术研究。硐室群围岩属于中等地应力场下的松散破碎节理化软岩;围岩应力分布特征表现为：在硐室交叉处和拐角处,出现应力集中与二次叠加,应力峰值达到原岩应力的2～3倍;高压注浆后进行高预应力、强力锚杆与锚索支护是松散破碎围岩有效的综合加固方式。高压注浆可充填和黏结裂纹,提高节理化岩体的完整性与强度,并可提高锚杆与锚索锚固力,有利于支护阻力的传递与扩散。高预应力、强力锚杆与锚索能在围岩内形成拱形的压应力加固区域。井下试验表明：综合加固技术有效控制了松软破碎硐室群围岩变形,保持了其长期稳定。     

不同围压巷道开挖应力场演化规律模拟试验研究

在实验室利用自制模具对模型边界进行约束,采用微机控制电液伺服万能试验机进行加载,采取卸除前约束板模拟煤矿井下煤层巷道开挖,得出了不同应力煤层开挖前后轴向应力变化特征,探讨了低应力、中等应力、高应力条件下巷道围岩开挖前后的应力场变化特征。研究结果表明:在低应力条件下,模型开挖造成应力的重新分布,在开挖面附近形成拉应力区,但模型内应力值较小,整体处于弹性状态,围岩抗开挖扰动能力较强;在中等应力条件下,模型开挖造成围岩浅部拉应力区进一步加大,岩体接近或达到屈服状态,围岩受开挖扰动比较强烈,开挖后应力场开始呈现"拉—压—拉"交替现象;在高应力条件下,围岩出现明显的塑性破坏,模型内部整体处于受拉状态。受到开挖扰动,围岩表面迅速恢复到受压状态,并再次向深部转移,形成明显的动态"拉—压—拉—压"交替现象,围岩破坏深度大、抗扰动能力差,呈现深部开采特征。     

煤层瓦斯流固耦合渗流的数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合，考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用，建立了煤层瓦斯运移的数学模型，并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散，得到其相应的泛函方程。根据有限元法原理推出其耦合求解方法，最后进行了实例计算，证明所建立了理论是正确的。     

高效多功能可移动钻机平台研制及应用

国内水力压裂和底板锚注等技术,在施工过程中,钻机重量大,移动困难,严重影响施工效率。为实现钻机快速移动,研制了高效多功能可移动钻机平台,并将常用的TXU-75A、TXU-150型地质钻机与之配套,实现了钻机的快速移动、钻孔定位与快速固定,且可施工0~360°任意角度钻孔,满足各种钻孔作业要求。何家塔和蒋家河煤矿实际应用表明:该钻机平台适应煤矿巷道各种钻孔施工要求,钻机给进平稳,速度均衡,整体结构安全可靠,钻机移动速度快,施工效率显著提高。     

基于锚杆支护系统允许的巷道顶板离层临界值的确定方法

巷道顶板离层临界值的确定一直是困扰煤炭行业的一大难题,也是关系到煤矿安全的重大问题。摒弃以往根据巷道具体地质和生产条件确定顶板离层临界值的方法,在锚杆支护系统本身所允许的变形量基础上,提出了基于锚杆支护系统允许的巷道顶板离层临界值确定方法,并在实验室试验和现场实测基础上,计算得出了不同锚杆长度和锚固方式下巷道顶板离层临界值。     

综放面顶煤加固技术试验研究

介绍了用聚氨酯注浆木锚杆全长锚固方法加固综放面顶煤技术。     

U型钢可缩性支架滑动摩擦连接构件改进途径

Ｕ型钢可缩性支架的工作性能主要取决于型钢搭接处的连接构件。改进Ｕ型钢可缩支架连接构件的力学性能，是提高Ｕ钢可缩支架的承载能力和复用率的关键。本文介绍改进后的一种新型连接构件的结构、力学原理、试验和使用情况。