受硫酸铵侵蚀砂浆锚杆粘结强度变化规律

采用室内浸泡模拟实验,研究了锚杆在受到硫酸铵离子侵蚀作用下的锚固性能变化的研究。通过对不同类型锚杆在相同腐蚀条件下浸泡后的锚杆—砂浆界面荷载—位移关系和粘结强度的测试分析,研究了不同锚杆在受到硫酸铵侵蚀作用下的锚固性能变化的规律。试验结果表明:随着砂浆受腐蚀时间的延长,锚杆—砂浆界面的粘结强度呈下降趋势,且在相同腐蚀时间下,带肋锚杆与光圆锚杆相比较,腐蚀作用对带肋锚杆的影响更为显著。     

水对新型自膨胀锚杆腐蚀影响试验

针对深部矿岩地应力大、地质条件复杂等现象,普通锚杆无法满足深部巷道所需的锚固力,因此研发了新型自膨胀锚杆,用来解决深部矿岩锚固力不足的问题;其次深部矿体环境复杂,尤其地下水对锚杆的腐蚀影响,锚杆支护的可靠性难以保证,因此在室内试验的基础上研究了水对新型自膨胀锚杆锚固力的影响。试验表明,随着浸泡时间的增加,锚杆的锚固力变化不大,拉拔力测试以杆体断裂为主,杆体断裂时的拉拔力达到190 kN左右,锚固剂成分的变化主要受空气中二氧化碳的影响,影响可忽略。经过6个月的浸泡,结果表明,水对新型自膨胀锚杆锚固力影响较小。此研究可以为深部矿山锚杆支护提供借鉴,具有一定的示范作用。     

深部环境下锚索耐久性退化及应力腐蚀断裂研究

为解决深部复杂条件下地下工程中锚固结构耐久性退化断裂问题,将室内实验与水文地球化学模拟相结合,通过模拟锚索在服役期间发生的腐蚀过程,对影响锚索应力腐蚀的因素分析讨论。基于实验数据建立水文地球化学模型,对腐蚀过程中腐蚀产物、离子浓度变化以及与腐蚀速率相关的因素进行定量研究。研究结果表明：溶解氧是影响普通腐蚀的主要因素,侵蚀性离子是影响局部腐蚀的主要因素,而应力水平、酸碱度和电导率对试样的腐蚀速率是辅助影响因素,不起决定性作用。点腐蚀在坑底造成局部腐蚀环境及应力集中,加速裂纹的产生。此外,微生物存在时会有硫化亚铁生成,硫化物对锚索应力腐蚀的发生起关键作用,因此微生物是造成应力腐蚀的潜在因素之一。     

预紧力锚杆协同锚固作用试验研究

为了研究预紧力锚杆锚固时所产生的协同作用,在实验室条件下制作了一组模型试件。在不同预紧力作用下,测试分析单根、两根和多根锚杆在锚固体内不同测点所产生的应力值及应力场分布特征,证明了协同作用在锚固体中的客观存在,并提出协同增量的概念和计算公式,以此建立协同作用的评价方法。研究表明,随着锚杆预紧力增大,在锚固体内不同位置所产生的应力值随之变大;单根锚杆作用时锚固体内不会产生协同作用,应力场分布呈现线性衰减;而2根、多根锚杆共同作用时,在锚固体某一范围内产生协同作用,其协同增量大于零,应力场分布呈现出非线性衰减。协同锚固作用能够有效改善锚固体的应力状态,显著提高其强度、刚度、承载能力和抗变形能力。     

煤的腐蚀磨损特性

针对煤矿机械中存在的严重腐蚀磨损问题，用煤中常用的１６Ｍｎ钢和１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢在不同ｐＨ值煤水浆体中进行了腐蚀磨损实验。结果表明，腐蚀与磨损的交互作用加速了材料的腐蚀磨损，煤的腐蚀磨损特性与性能稳定的矿和不同，煤表面的含氧官能团与该溶液的离子发生化学吸附与化学反应，使该溶液的ｐＨ值趋于中性值，其反应的程度依煤的化学程度而异。     

玻璃钢锚杆抗拉强度试验的分析研究

玻璃钢锚杆的非金属材质特性,决定了其无法直接使用普通万能试验机进行抗拉强度的测定,为了解决这一问题,提出了利用螺母对杆体的锁紧力和将杆体双头锚固后进行试验的两个方案,在方案论证中,双头锚固方案取得了成功,其结果能够客观的反映杆体真实的抗拉强度。     

杆体全长可回收水泥金属锚杆试验研究

针对煤矿回采巷道的特点 ,设计研制出适合回采巷道煤帮支护用的杆体全长可回收水泥锚固金属锚杆。经工业性试验证明 ,该锚杆结构简单、锚固力大 ,回收方便、快捷 ,成本低 ,煤体内不留杆状金属 ,对采煤机割煤影响小 ,回收率高 ,是一种有前途的煤巷支护材料 ,具有显著的社会经济效益     

煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析

为得到不同锚固长度煤岩锚固系统失效模式与力学性能,结合煤巷树脂黏结锚杆锚固特点,在配比出中等硬度煤岩体相似材料基础上,按照工程现场操作流程制作不同锚固长度、树脂黏结中硬煤岩锚固体,开展了室内拉拔试验。研究结果表明:锚杆载荷-位移曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、脱黏延伸阶段和完全脱黏阶段。拉拔荷载作用下,中硬煤岩锚固体失效模式主要为煤岩体与锚固剂界面间的滑移脱黏失效。随着锚固长度增加,锚杆最大抗拔力不断增加,塑性变形阶段锚杆最大抗拔力是弹性极限抗拔力的1.21~1.34倍;弹性变形阶段,锚杆轴力自锚固起始端迅速下降直至锚固尾端很小。通过张拉试验测得锚固剂与煤岩体界面剪切刚度大致为259.8~272.5 MPa/m,抗剪强度大致为1.22~1.57 MPa,为锚固系统失效模式判识和支护设计提供指导。     

金山店铁矿玻璃钢锚杆支护试验及存在问题

金山店铁矿矿岩松软破碎,因支护的金属锚杆腐蚀失效较多,巷道变形垮冒严重。玻璃钢锚杆具有抗腐蚀、抗拉强度高等优点,为此采用玻璃钢锚杆替代螺纹钢锚杆进行了支护试验。数值分析表明全长锚固预应力玻璃钢锚杆相比螺纹钢锚杆可以有效改变锚杆中性点位置,改善水泥浆应力分布特征,提高锚杆及水泥浆抵抗围岩向壁面变形的能力。工业试验及试验巷道变形监测表明采用玻璃钢锚杆支护后在控制巷道变形方面可以取得与螺纹钢锚杆相同的巷道变形控制效果;且采用玻璃钢锚杆可以更好控制巷道离层破坏,减少矿岩中硫化物对锚杆的腐蚀,从而提高整体支护可靠性。但玻璃钢锚杆尾部托盘螺母承载力较低,难以抵抗巷道较大变形以及爆破冲击波破坏,还需做进一步研究和改进。     

基于煤帮变形的玻璃钢锚杆失效机理分析

为了解决玻璃钢锚杆在煤巷支护中的失效问题,促进这种新型支护材料推广应用,开展了玻璃钢锚杆的失效机理研究。采用理论分析、现场观测方法研究了煤帮变形特征,采用特制拉拔试验装置对玻璃钢锚杆进行拉伸试验,研究了玻璃钢锚杆延伸性能。试验结果表明:巷道煤帮具有大变形特征,煤帮深2 m范围内锚固体的拉应变为1.8%;玻璃钢锚杆延伸性能差,实测锚杆延伸率为1.25%。揭示了玻璃钢锚杆失效机理:回采巷道煤帮具有不可抗拒的大变形特征,由于延伸率较低的玻璃钢锚杆不能适应煤帮的变形,从而导致支护失效。     

超高强热处理锚杆开发与实践

我国煤矿锚杆强度偏低，对冲击吸收功没有指标要求。通过对煤矿井下锚杆破断情况调查及分析，发现锚杆破断强度低、夹杂物含量高、冲击韧性不足、抗冲击能力不够是造成杆体脆断的重要原因，冲击韧性值低是发生脆断的材质内在因素。介绍了超高强热处理锚杆的主要工艺，对超高强热处理锚杆材料进行了拉伸、拉扭弯及力学性能实验室试验，数据显示这种材料在受拉、扭、弯的情况下可以承受较高的载荷，特别是冲击吸收功指标，是热轧强力锚杆的数倍。在潞安集团漳村煤矿动压巷道进行了井下现场试验，对超高强热处理锚杆受力情况进行了监测，锚杆施加预紧扭矩后初始预紧力为52~98 kN，受力稳定后最大受力为223 kN，小于其破断极限，矿压监测数据表明，支护系统有效地控制了围岩的变形，支护效果良好。     

全锚固密集短锚杆在软岩巷道支护中的应用

针对矿用单体气动锚杆钻机对有效锚固长度在2 m以上的高强度螺纹钢锚杆进行全长锚固时存在的安装工艺上的困难,基于巷道围岩中的主应力差及最大剪应力从周边向围岩内部逐渐衰减的规律,提出并试验了密集短锚杆全长锚固的软岩支护技术方案,重点提高距离巷道周边1.5 m以内的围岩抗剪能力。采用有效锚固长度1.5 m的MG400φ20 mm高强螺纹钢锚杆,间排距600 mm×600 mm,经过203 d的收敛观测,巷道周边最大相对位移量为100 mm,最终位移速度稳定在0.1mm/d以下,从而证明了全长锚固不需要过长的锚杆。     

煤巷软弱顶板锚杆支护作用的研究

采用数值分析方法,以锚杆以其锚固范围内顶板岩作为支护体－锚岩支护体,通过分析锚岩支护体的承载特性,提出了以锚杆提高锚固岩层承载能力的幅度来衡量锚杆支护作用大小的方法,得到限反映锚杆支护作用与顶板锚固岩层变形之间的关系曲线。     

厚层复合顶板大断面沿空煤巷组合支护技术

随着煤矿采深加大与延伸,普通锚网(索)喷支护较难维持厚层复合顶板大断面煤巷围岩稳定性。通过对大量复合顶板事故调查及其产生过程分析,获得了复合顶板事故失稳机制及控制方案,并在许厂煤矿4312皮带顺槽进行了支护技术现场实践,取得了较好的支护效果。研究结果表明:为有效控制复合顶板岩层离层与竖向拉伸裂隙产生,可施加锚索来实现减跨作用,采取高强预应力锚固顶板下位复合岩层来提高岩梁的整体抗弯刚度,以减小顶板岩梁产生的弯曲应力;高强预应力锚杆、锚索、钢带和钢筋梯组成的"四位一体"的组合支护技术可较好地解决厚层复合顶板大断面沿空煤巷围岩稳定难题。     

沿空掘巷小煤柱稳定性分析

文章采用数值计算软件FLAC3D,研究了不同煤柱宽度及锚杆支护强度对沿空留巷侧小煤柱稳定性及掘巷巷道围岩变形的影响,得出煤柱宽度是影响煤柱稳定性与巷道围岩变形的决定性因素,高系统支护强度能有效地控制巷道围岩变形的结论。同时,以朱集矿沿1111(1)工作面轨道平巷为工程背景,得出:煤柱宽度为3m时,煤柱内垂直应力集中系数低,应力集中影响范围小,煤柱与掘巷巷道变形量最小,稳定性最好。在此基础上确立的高强度锚杆支护方案,成功保持了小煤柱的稳定性并控制住掘巷阶段巷道围岩的大变形。     

节理岩体中锚索加固作用分析

简要介绍了锚索加固技术的应用，并对全长粘结式锚索在节理岩体中的锚固作用机理进行初步分析，同时对节理岩体中锚索加固的抗拉粘结强度及抗剪切强度的影响因素进行了分析。     

沿空留巷“卸压-锚固”双重主动控制机理与应用

针对坚硬顶板下沿空留巷的维控难题,运用理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,阐述了"卸压-锚固"双重主动控制机理。坚硬顶板长期悬顶缓慢下沉和突然断裂剧烈来压是沿空留巷的扰动根源,通过主动致裂改变其断裂位置、时机和结构,可实现顶板"大结构"的主动控制。将顶板断裂位置由实体煤侧转移至采空区侧,减弱旋转块体对沿空留巷顶板的连带作用,加速顶板破断、缩短扰动周期,降低悬臂长度、减小附加载荷。沿空留巷围岩具有分区特征,采用长短结合的支护方式分别构建浅部"基础承载圈"和深部"强化承载圈",可实现巷道"小结构"的主动控制。提出的"卸压-锚固"双重主动控制方法能够为沿空留巷营造良好的应力环境、提高锚固效能、降低支护密度。根据凤凰山矿154307工作面10 m厚坚硬石灰岩顶板下沿空留巷的工程实践,卸压后锚杆支护设计为1.5 m×1.5 m大间排距,沿空留巷达到了良好的效果。     

基于FLAC3D的深部巷道支护围岩稳定性研究

为了验证某煤矿巷道支护设计是否满足矿井支护要求,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了巷道周围煤岩体应力分布、巷道周围煤岩体塑性区分布、巷道周围围岩体变形规律以及巷道支护中锚杆、锚索轴向力分布。研究得出:巷道顶底板围岩变形为31 mm,巷道两帮变形量为22 mm,巷道右侧锚杆受力明显大于巷道左侧锚杆受力,巷道围岩出现失稳破坏。因此,在进行最终巷道设计时,应增加锚杆、锚索的抗拉强度及减少锚杆、锚索的间排距,从而达到巷道围岩的稳定性,保证矿井安全生产。     

三软煤层巷道破坏机制及锚注对比试验

针对龙口矿区梁家煤矿典型软岩巷道-4606改造开切眼巷道围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破坏的主要原因。支护构件锚固性能试验表明,与注浆前相比,注浆10 d后注浆锚杆拉拔力提高214%,高强锚索提高89%。在此基础上,以锚注支护为核心,实施了U型棚+注浆锚杆,注浆锚杆+高强锚索两种联合支护对比试验方案。结果表明：方案实施后,巷道围岩变形量小于原支护方案59%以上,锚注支护可有效控制该类条件下巷道围岩变形;两种试验方案的围岩整体平均变形量相差6.6%,采用注浆锚杆+高强锚索联合支护方案可替代传统的U型棚支护。