巷道锚杆(索)支护新型让压减震装置试验研究

在巷道支护中,锚杆(索)经常因围岩变形过大、震动等因素作用而被拉断甚至导致巷道垮塌,其主要原因是锚杆(索)支护体不能适应围岩变形,过早被拉断,从而失去支护作用。国内外学者通过大量的研究认为锚杆(索)支护结构具有一定的让压减震功能是有效解决该问题的关键之一,据此,研究设计了一种新型让压减震装置,并对其结构、让压减震、杆体变形等特性进行了试验分析。结果表明:①通过改变新型让压减震装置的壁厚、高度可以满足不同锚杆(索)支护体让压点和让压距离的要求,让压点可达60～180 kN,其让压距离可达15～20 mm;②通过线性拟合得出了新型让压减震装置的让压特性曲线方程,为巷道支护参数选取提供了定性和定量分析途径,为巷道围岩稳定性控制提供了一定的科学依据;③在三级冲击动载作用下,新型让压减震装置具有明显的弹性压缩变形,变形量可达4～6 mm,减震效果明显,在冲击荷载作用下,随着新型让压减震装置高度的增加,其减震性能明显增大;随着新型让压减震装置壁厚的增加,其减震性能有所减小。     

高强让压锚杆力学特性及结构优化

运用有限元软件Abaqus建立了单根高强让压锚杆的数值计算模型,对让压锚杆力学性能进行深入分析,系统研究了不同让压环结构参数对让压锚杆力学性能的影响。结果表明:让压锚杆增加了让压弹性阶段,能够承受更大的变形量,进而防止锚杆过早地进入屈服;让压锚杆的让压量取决于让压环的高度,而让压锚杆的让压载荷则取决于让压环的壁厚,让压环的中鼓和让压环口端尺寸对让压锚杆力学性能影响较小。     

锚杆（索）支护体让压减震技术研究

在大埋深、高地应力等复杂地质条件下，现有的支护体无法有效适应围岩的大变形，易导致锚杆、锚索支护体大面积破断失效。详细分析了锚杆（索）支护体的让压减震作用机理，提出了锚杆（索）支护体让压减震功能实现的关键技术（让压点、让压距离及减震能力），并对工程中常用的单炮管和新型让压减震装置特性进行了对比分析。研究表明：①新型让压减震装置在高度相同的情况下，壁厚3.0 mm、3.5 mm时所对应的让压点分别为60 kN、73 kN，约束环壁厚越大，让压点也越大；②在约束环壁厚相同的情况下，35 mm高度下让压距离约15 mm，40 mm高度下让压距离约20 mm，随着约束环高度的增大，让压距离也随之增大；③在受到外部冲击荷载作用时，其弹性压缩量可达4~5 mm，具有明显的吸收震动荷载的能力，让压减震效果显著，单炮管让压装置的让压距离仅为新型让压减震装置让压距离的1/2，受到外部冲击荷载作用时，在不同冲击高度下的冲击变形量仅有0.5 mm左右，压缩之后的弹性恢复能力方面存在明显不足，减震效果不明显。     

锚杆(索)支护体让压减震技术研究

在大埋深、高地应力等复杂地质条件下，现有的支护体无法有效适应围岩的大变形，易导致锚杆、锚索支护体大面积破断失效。详细分析了锚杆（索）支护体的让压减震作用机理，提出了锚杆（索）支护体让压减震功能实现的关键技术（让压点、让压距离及减震能力），并对工程中常用的单炮管和新型让压减震装置特性进行了对比分析。研究表明：①新型让压减震装置在高度相同的情况下，壁厚3.0 mm、3.5 mm时所对应的让压点分别为60 kN、73 kN，约束环壁厚越大，让压点也越大；②在约束环壁厚相同的情况下，35 mm高度下让压距离约15 mm，40 mm高度下让压距离约20 mm，随着约束环高度的增大，让压距离也随之增大；③在受到外部冲击荷载作用时，其弹性压缩量可达4~5 mm，具有明显的吸收震动荷载的能力，让压减震效果显著，单炮管让压装置的让压距离仅为新型让压减震装置让压距离的1/2，受到外部冲击荷载作用时，在不同冲击高度下的冲击变形量仅有0.5 mm左右，压缩之后的弹性恢复能力方面存在明显不足，减震效果不明显。     

新型锚索让压器让压性能研究

研制1种新型的锚索让压器,由让压管与劈裂塞组成,安装在托板与锁具之间,无需扩孔,成本低,让压强度及让压变形量较大。采用理论计算及FLAC~(3D)软件对锚索让压管让压强度与让压变形量进行了计算,两者计算结果较为吻合;制作了5套锚索让压器,通过压力机进行强度测试,得出了作用力与让压变形量的关系曲线;由理论计算、数值模拟及力学测试得出,锚索让压器的让压强度主要与让压管导向槽壁厚有关,导向槽壁厚4、6、8 mm时,让压强度分别为83、136、182 kN;而让压变形量与让压管高度及劈裂塞高度有关,让压变形量可达100 mm以上。     

锚杆（索）让压装置作用原理及力学特性实验研究

深部软岩巷道中大面积锚杆、锚索破断现象是巷道支护面临的一个难题。在不需要改进支护材料规格和材质的基础上研制了锚杆、锚索让压装置。分析了让压装置的作用原理，让压装置预留压缩量补偿围岩变形，避免了锚杆、锚索破断，同时实现高阻让压，阻止围岩变形。让压装置力学特性实验研究基于MTS815.02型岩石伺服渗透试验系统，实验采用给定变形的方式，按照位移控制模式以0.05 mm/s的速度加载，测试了3组让压装置的力学特性，实验结果表明，3组让压装置可分别配套于普通锚杆、φ17.8 mm锚索、φ18.9 mm锚索的使用。     

同忻矿5311回风平巷沿空掘巷让压支护技术研究及应用

小煤柱沿空掘巷受邻近采空区顶板间歇性垮落的影响,其支护系统在承受不同程度的动载作用下将发生严重的变形和破坏。针对同忻矿5311回风巷原支护方案下巷道两帮支护刚度大,让压性能差等问题,通过分析两帮支护系统存在的问题,进行了让压支护结构设计,提出了新的支护方案,增加了沿空掘巷的让压性能。经现场工业性试验表明:新的让压支护系统,在降低支护成本的基础上,支护效果得到显著提升,顶板采用让压支护后与之前巷道顶板变形量相比减少30%,帮部采用让压技术后于之前巷道两帮变形量相比减少25%.巷道围岩得到有效控制。     

构造应力带的巷道耦合让均压支护技术

为实现安全生产,平宝公司采用整体耦合让均压支护技术,设计了合理的支护参数。经现场试验表明,采用让均压锚杆及让均压"鸟巢"锚索,解决了锚杆锚索破断问题,有效地控制了巷道围岩变形。     

煤矿新型让压锚杆研究及应用

针对高应力软岩巷道围岩的大变形特征,设计了一种煤矿新型让压锚杆,主要运用钢套管内部约束热固性聚氨酯弹性材料来达到大变形让压的目的。试验表明,该锚杆与传统让压锚杆相比,具有让压距离大(为传统让压锚杆的3倍)、让压后承载性能稳定的显著特点。工程应用表明,该锚杆对深部高应力软岩巷道围岩稳定性能起到较好的控制作用。     

土体爆炸压密的数值模拟研究

利用成本较低、可反复调整参数进行研究的数值模拟技术,运用ANSYS/LS-DYNA有限元程序,选择合适的材料模型及参数,在48 mm×48 mm的方形炮孔中进行等效不耦合系数分别为2.000,1.714,1.500,1.333,1.200,1.091和1.000的7组土体爆破压密模拟试验,以获得爆炸应力、爆腔半径以及压密效果的数值模拟结果,同时与其室外试验结果比较。研究表明,爆炸应力主要以水平方向传播,在条形装药段中部爆炸应力最大,端部最小;爆腔半径随着药卷尺寸增大逐渐增大;压密效果随着药卷尺寸增大呈现先增大后减小的变化趋势;数值模拟结果和室外试验结果基本一致,表明数值模拟技术可以应用于实际工程。