强力锚杆锚索联合支护预紧力匹配性试验研究

为了解决强力锚杆锚索联合支护时各自施加预紧力存在的匹配性问题,采用FLAC^3D数值模拟软件,对山西潞安环能股份公司漳村煤矿西下山回风巷在不同锚杆（锚索）预紧力下的围岩应力场分布规律进行了模拟分析。结果表明:预应力及其扩散是锚杆锚索发挥主动支护作用的关键因素;预紧力的施加在顶板表面形成压应力区的同时,也使得锚杆锚索的端部出现大小不等的拉应力区;当强力锚杆预紧力不低于85 kN且强力锚索预紧力不低于250 kN时,二者组合支护在顶板所形成的压应力区的连续性才具有支护作用,但是当锚杆预紧力大于140 kN或锚索预紧力大于350 kN后,再增加预紧力对压应力区的扩展效果不明显。根据数值模拟结果并综合考虑支护效果和施工工艺,建议进行强力锚杆锚索组合支护时,85~140 kN锚杆预紧力匹配250~350 kN锚索预紧力比较合理。     

煤巷锚杆锚索支护匹配失效分析及控制对策

锚杆锚索支护不匹配是造成煤巷支护失效的重要原因之一。文章分析了某矿30211综采工作面回风巷帮锚索崩断射人事故原因,采用FLAC3D软件模拟了巷道采用锚杆、锚索联合支护时二者的匹配关系。结果表明:锚杆锚索两种延伸率差别很大的材料用在同一条巷道的同一侧帮时,延伸率小的锚索承担的载荷较大,也先破断;锚杆、锚索预紧力联合作用在巷道帮部围岩表面及内部附近形成了大小不等的压应力区,随着预紧力的增加,压应力值和范围也在不断扩大;锚杆的预紧力矩设定在200～300 N·m,且锚索的预紧力设定在200～250 kN,是比较合理的匹配方案。研究结果对巷道支护设计和施工具有一定的指导意义。     

高煤帮巷道锚杆锚索支护合理预紧力匹配设计及应用

巷帮锚杆锚索预紧力不匹配是造成高煤帮巷道支护失效的重要原因之一。文章分析了某矿30211综采工作面回风巷帮锚索崩断射人事故原因,采用FLAC_^3D软件模拟了巷道采用锚杆、锚索联合支护时二者的匹配关系。结果表明：锚杆、锚索两种延伸率差别很大的材料用在同一条巷道的同一侧帮时,延伸率小的锚索承担的载荷较大,先破断; 锚杆、锚索预紧力联合作用在巷道帮部围岩表面及内部附近形成了大小不等的压应力区,随着预紧力的增加,压应力值和范围也在不断扩大; 锚杆的预紧力矩设定在200~300N?m之间,且锚索的预紧力设定在200~250kN之间,是比较合理的匹配方案。研究结果对高煤帮巷道支护设计和施工具有一定的指导意义。     

巷道锚杆锚索协同支护数值模拟研究

基于锚杆、锚索协同支护原理,在围岩条件和锚杆、锚索其他支护参数一定的情况下,采用正交试验设计方法,运用FLAC3D数值模拟软件对锚索预紧力、锚索长度、锚索锚固长度3个支护参数对巷道围岩变形影响规律和它们之间的协同匹配关系进行研究分析。结果表明:影响围岩顶底板、两帮变形的主要因素是锚索预紧力,锚索预紧力的大小对巷道变形的影响最为显著,而锚索长度和锚固长度的影响相对较小;锚杆预紧力须和锚索预紧力协同配合,共同控制围岩的变形,预紧力为20kN的锚杆和预紧力为100kN的锚索在巷道顶底板变形控制中能达到很好的协同配合作用;巷道围岩顶底板和两帮的围岩稳定性控制的机理不同,需要采取的支护理念和支护参数也不同;锚索锚固长度对围岩位移变化的影响规律是锚索长度对围岩位移变化影响规律的侧面描述,呈负相关的关系。     

煤巷锚杆-锚索支护的预应力协调作用分析

在分析目前锚杆、锚索联合支护条件下施加预紧力时存在问题的基础上,提出了锚杆、锚索联合支护的预应力协调问题,并采用有限差分数值计算软件FLAC3D对锚杆(索)施加不同组合预紧力时围岩产生的应力场分布特征与规律进行了模拟分析。结果表明:预应力锚杆、锚索联合支护可以在巷道围岩锚固结构中形成相互连接、相互叠加的有效压应力区,随着锚杆(索)预应力的增加,压应力区的值和范围也相应地增加;锚杆端部的拉应力值和范围随锚杆预紧力矩的增加而增大,这种情况可以通过施加锚索预紧力进行平衡,锚杆预紧力矩越大,平衡其端部拉应力区所需的锚索预紧力越大;结合工程施工现状,合理的锚杆预紧力矩选择在300～400N.m,锚索预紧力为200～300kN比较合理。井下试验表明,合理预应力组合的锚杆锚索联合支护系统可以有效控制围岩变形。     

锚杆锚索预紧力对深部特厚松软煤层巷道顶板影响研究

以新巨龙煤矿2306S特厚煤层巷道为工程背景,基于锚杆、锚索协同支护原理,采用数值模拟方法对深部特厚松软煤层巷道锚杆-锚索预紧力匹配性进行研究。结果表明:在锚索长度满足条件的情况下,锚索预紧力是影响巷道顶板变形的最主要因素。对于深部特厚松软煤层巷道,锚杆锚索预紧力匹配值分别为50/120kN和70/170kN时,锚杆、锚索协同作用最好,通过在新巨龙煤矿2306S巷道的现场实施,验证了该结论的正确性。     

锚索预紧力对巷道围岩应力场分布影响研究

依据王庄煤矿5218工作面地质条件,采用有限差分数值模拟软件FLAC3D研究了锚杆与锚索预紧力引起的巷道围岩应力场分布特征。结果表明:锚索预紧力过低时,锚索和锚杆联合支护产生应力场应力值小,形成的有效压应力区范围小且孤立分布,没有连成整体,主动支护效果差;锚索预紧力高时,锚索预紧力引起的巷道顶板应力场应力值大,形成的有效压应力区范围广,相互连接、叠加,形成有机的整体,主动支护作用得到充分发挥。     

大断面煤巷变形协调控制参数优化及应用研究

大断面煤巷围岩变形控制参数设计已成为煤炭开采领域亟待解决的难点之一。根据王庄煤矿胶轮车大巷2的地质条件,采用FLAC^3D软件构建了数值计算模型,研究了不同锚杆锚索预紧力和锚杆数量对巷道围岩变形的影响规律。结果表明:锚杆、锚索预紧力分别控制在60~80 kN、200~250 kN能在围岩表面形成有效压应力带;顶板采用3根锚杆、帮部2根锚杆、锚索预紧力200 kN、锚杆预紧力60 kN的即时支护方案和顶板锚杆5根锚索3根、帮部锚杆3根锚索2根的后部跟进支护方案,能达到控制巷道变形的目标。     

巷道稳定的协同学原理及应用技术

基于现有支护理论和现场支护的实际条件,将协同学原理引入巷道支护设计,提出协同支护的思想。协同支护是以支护的共性--系统的协同作用作为研究对象,研究支护系统、围岩系统和环境系统等子系统及其内部的协同作用,最终使巷道从开挖后的非平衡状态快速达到稳定的平衡状态,其目的是最大发挥支护构件的物理力学性能,有效控制围岩变形,以期达到1+1>2的协同支护作用。锚杆锚索协同支护研究以预应力为基础,其他支护参数、结构与锚杆和锚索预应力的协同性以及锚杆预应力与锚索预应力的协同作用。高强锚杆必须与高预应力相结合,锚杆预应力必须与锚索预应力相匹配,只有它们之间相互合理匹配,才能使锚杆、锚索的个体作用达到最大,并产生协同支护的效果。对锚杆施加40 kN以上预紧力时,与锚索140~160 kN预紧力的协同性较好;增强锚杆的主动支护作用,使锚杆达到60 kN以上预紧力,此时与锚索180~200 kN的预紧力产生较好的协同性。     

大断面煤巷变形协调控制参数优化及应用研究

大断面煤巷围岩变形控制参数设计已成为能源开采领域亟待解决的难点之一。根据王庄煤矿胶轮车大巷2的地质条件,采用FLAC~(3D)软件构建了数值计算模型,深入研究了不同锚杆锚索预紧力和锚杆数量对巷道围岩变形的影响规律。结果表明:锚杆、锚索预紧力分别控制在200～250、60～80 k N能在围岩表面形成有效压应力带;顶板采用3根锚杆、帮部2根锚杆、200 kN锚索预紧力、60 k N锚杆预紧力的即时支护方案和顶板锚杆5根锚索3根、帮部锚杆3根锚索2根的后部跟进支护方案,能达到控制巷道变形的目标。     

霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚网支护技术研究

从理论上分析了霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚杆支护体系存在的问题,寻找影响锚网支护的关键因素,得出锚杆(索)的预紧力在支护系统中起关键性作用。采用数值模拟计算方法,分析锚杆预紧力、长度、间距、锚固方式、角度、钢带以及锚索预紧力不同时的应力效果。在霍尔辛赫开拓巷道和3201首采工作面巷道进行井下工业性试验并对锚杆(索)受力进行监测,得出高预应力强力锚杆锚索支护系统(锚杆预紧扭矩400N.m、锚索预紧力300 kN)可提高支护效果,有效控制围岩变形。     

全煤巷道锚杆锚索联合支护机理与效果分析

以同煤大唐塔山煤矿全煤巷道为例,采用有限差分数值计算软件FLAC 3D,对不同顶煤厚度、不同巷道布置位置、不同巷道高宽比、不同地应力大小、不同锚杆锚索预紧力等情况下巷道围岩受力与变形特征进行了研究。结果表明：顶煤厚度在10 m以内时,随着顶煤厚度增加,应力集中区范围扩大,应力值降低;巷道掘进与相邻工作面回采后在煤柱中形成的应力集中区呈近似“三角形”的分布特征;相同巷道高度下,随着巷道宽度增加,顶煤应力集中程度增加,底板岩体中应力值却降低;煤岩体强度越高,围岩应力值越大;锚杆锚索联合支护时,锚杆与锚索施加的预紧力应在锚固结构中形成相互连接、相互叠加的压应力区。井下试验表明,强力锚杆与锚索联合支护有效控制了巷道围岩变形,为全煤巷道提供了有效的支护手段。     

特厚煤层巷道锚杆锚索预紧力对支护结构稳定性的影响

以金地煤业特厚煤层为背景,通过FLAC~(3D)数值模拟与工程实测分析研究了预紧力对特厚煤层巷道支护结构稳定性的影响。研究表明:锚杆预紧力增加可有效减少顶板浅部围岩离层,锚索预紧力的增加可使顶板浅部孤立的组合梁与深部承载拱有效耦合,合理施加锚索预紧力可使锚杆组合梁的承载能力提高113.74%;对于特厚煤层巷道,锚杆预紧力合理取值为60 kN,锚索为150 kN;预紧力过小时无法在顶板上方形成稳定的拱-梁承载结构,过大时则容易造成锚杆、锚索失效或破坏,造成结构失稳。工程实测表明,合理的预紧力可使巷道支护结构稳定,支护效果良好。     

采空区下软煤层回采巷道围岩稳定性控制技术

为分析采空区下松软煤层巷道围岩稳定性特征,基于新庄孜煤矿52207工作面巷道的典型围岩条件,依据锚杆支护长度和锚索的根数提出了3种可行性方案,采用数值模拟方法研究了采空区区域底板垂直应力分布特点及不同支护方案下巷道围岩的应力和位移分布及变化特征.模拟结果表明:巷道处于应力降低区,随支护强度的增加,巷道围岩应力状态改善,围压逐渐增加,位移场分布范围减小,巷道表面位移得到有效控制.根据围岩强度强化理论和数值模拟结果,提出采用以高强锚杆为基础、辅以高预紧力锚索的组合支护技术,巷道围岩变形控制效果好,围岩结构稳定.     

弱胶结软岩煤巷锚杆索-围岩变形协同控制方法研究

针对西部弱胶结软岩煤巷顶板支护易失效问题,在探究弱胶结泥岩物性组分及破坏力学特征基础上,分析弱胶结软岩巷道围岩破坏特征,揭示弱胶结软岩巷道顶板破坏失稳机理,提出弱胶结软岩高预紧力下锚杆-围岩变形协同机理,开发相应支护设计方法,并进行应用实践。结果表明:(1)弱胶结软岩黏土矿物含量高,微裂隙发育造成其强度小、黏聚力小、胶结性差、易碎胀,在低围压条件下就产生剪切滑移破坏,提高其等效黏聚力和围岩应力水平是提升其抗变形能力的最有效途径;(2)弱胶结泥岩特性、高水平应力及低锚杆(锚索)预紧力等因素综合作用下,弱胶结软岩顶板易发生整体性下沉,内部破裂严重,破裂范围最大达4.0 m,尤其是煤岩界面破裂剪胀使部分锚杆-锚索破断失效,加剧顶板破裂下沉;(3)锚杆支护作用体现在提高锚杆加固范围内岩层等效黏聚力,锚索支护则强调对其支护范围内岩层提供较强的支护应力,两者工作阻力越高支护效果越好;(4)高预紧力下锚杆与锚索联合支护时,锚杆、锚索变形与顶板变形下沉协同、相适应,且要最大程度发挥锚杆-锚索支护效能。现场应用表明,按照高预紧力锚杆-围岩形变协同支护后,弱胶结软岩巷道顶板控制效果好,达到设计预期,该方法为弱胶结软岩巷道支护提供参考。     

霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚网支护技术研究

为解决霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚杆支护体系的存在问题,先从理论上分析现存问题的原因,并找出关键因素:锚杆(索)的预应力在支护系统中起关键性作用.采用数值模拟计算方法,分析锚杆预紧力、长度、间距、锚固方式、角度、钢带、及锚索预紧力的不同应力效果.在霍尔辛赫开拓巷道和3201首采工作面巷道进行井下工业性试验及对锚杆(索)受力进行监测,得出高预应力强力锚杆锚索支护系统(锚杆预紧扭矩400 N·m、锚索预紧力300 kN)可有效提高支护效果,能有效控制围岩变形.     

平朔矿区近距离煤层采空区下巷道支护技术研究

为解决平朔矿区近距离煤层采空区下巷道支护难度大的问题,采用煤层地质力学测试、围岩结构观测、锚杆支护作用理论分析、数值模拟分析的方法,根据煤层巷道至上部采空区距离的不同,分别提出了"锚杆+短锚索"、"全长预应力锚杆"等以锚杆支护为主的巷道支护方案。结果表明:该锚杆支护方案能够满足近距离煤层采空区下巷道支护的要求,巷道断面整体收缩率较小,顶底板移近量为巷道掘进高度的0.69%,两帮移近量为巷道宽度的0.60%,浅部离层量为0.4 mm,深部无离层,锚杆预紧力为20~30 kN,锚索预紧力为76~84 kN,锚杆、锚索受力稳定,保证了近距离煤层采空区下巷道的稳定性。     

深部巷道预应力协同支护数值分析

为了改善深部巷道围岩稳定性难以控制这一现状,提出了锚杆、锚索预应力协同支护思想.采用数值模拟的方法对巷道预应力协同支护进行计算与分析.结果表明:在现有的实际支护条件下,高强锚杆需施加40 kN及以上的预应力才能与锚索100 kN以上的预应力相协同;当锚杆、锚索的预应力产生协同作用时,对深部巷道的支护效果明显,巷道周边的应力集中区范围明显减小,应力分布趋于均匀;同时锚杆、锚索的平均利用率都达到0.5以上,且它们之间相差不大,充分发挥了高强锚杆、锚索的受力特性,使锚杆、锚索协同工作,避免了单独依次受力.故应该采用协同支护理论作为深部巷道工程支护设计的理论依据.     

层理岩体锚杆支护预紧力作用机理分析

建立数值模型,对不同预紧力锚杆支护的效果、巷道表面位移、围岩最小主应力、锚杆受力进行模拟,结果表明,锚杆预紧力是决定支护效果的关键因素。锚杆预紧力较高时,顶板最大下沉量大幅减少,层理面张开得到有效控制,浅部围岩处于三向压应力状态,锚杆稳定受力与预紧力相比上升较小。高预紧力锚杆支护可有效控制锚固范围内层理面的张开,避免浅部围岩出现拉应力或完全卸荷状态,提高浅部围岩的自承能力。井下相似条件巷道低预紧力和高预紧力支护实践表明,支护系统预紧力较高时,支护效果明显好于支护系统预紧力水平较低时。     

深部开采软岩巷道围岩支护技术研究与应用

为了规范和优化大同矿区巷道支护设计,以大同矿区典型生产矿井为研究对象,采集了80个具有代表性的矿井地质钻孔参数,采用理论分析的方法对覆岩结构特征进行分类,基于大同矿区的覆岩结构特征,提出了以覆岩结构指数为主要指标的巷道顶板稳定性分类方法,并采用数值模拟方法对大同矿区地质条件下锚杆、锚索的联合支护特征进行研究。结果表明：在预应力一定的条件下,当锚杆和锚索长度超出其有效长度后其自由端和锚固端压应力区趋于分离;在锚杆、锚索拉应力允许范围内,提高预紧力有助于提升其锚固效果;锚杆、锚索的联合支护使巷道浅部和深部围岩形成连续的压应力区,有利于巷道稳定。基于巷道围岩稳定性分类和锚杆、锚索支护机理,对大同矿区回采巷道支护参数进行规范和优化,并在大同矿区塔山、同忻、燕子山等多座矿井推广应用,社会经济效益显著。