全长锚固支护技术在冲击地压沿空巷道中的应用

沿空巷道端锚锚索锚固强度低,围岩控制效果差。全长锚固支护可明显改善支护-围岩系统整体性和力学联系,针对性开发全锚锚索和高稠度、高粘滞性注浆材料,可有效增加巷道抵抗冲击变形能力和系统阻尼耗能性能,应用于赵楼煤矿冲击地压倾向沿空巷道支护,显著提高锚索锚固性能和降低巷道变形,且施工工艺简便,成本低。     

煤矿巷道顶板锚索受力特征与分区锚固机理

锚索是煤矿巷道围岩控制的主要支护材料,随着开采深度增加,巷道围岩应力环境恶化,顶板锚索破断问题较为突出,极易引发冒顶事故,严重影响生产安全。为解决煤矿巷道顶板锚索破断率高,层状顶板难以实现稳定控制等难题,综合采用数值模拟、理论分析和现场试验等方法,研究了巷道顶板不同区域锚索的真实受力特征和长短锚索对顶板的支护效应,分析了不同区域锚索对顶板的锚固机理。研究结果表明：布置在顶板不同区域的锚索受力具有显著的差异性,锚索在下位顶板岩层中受力较为复杂,同时承受拉伸荷载和剪切荷载,越靠近顶板中部其受到的轴向拉力越大,而越靠近巷帮其受到的横向剪切荷载越显著;提高锚索的预紧力有利于实现顶板的稳定控制,使锚索受力趋于均匀,减小有害受力;锚索的长度增加有利于扩大顶板的支护范围,但短锚索对其锚固范围内围岩的支护刚度优于长锚索;巷道顶板在横向可分为三区,即一个中心区和两个肩角区,长锚索优先布置在中心区,主控顶板的挠曲离层,短锚索布置在肩角区,主控顶板的层间剪切错动;巷道顶板在竖向可分为三层,即非稳定层、亚稳定层和稳定层;基于顶板锚索分区锚固机理,提出了以长短锚索为主导的多层次支护技术,并在现场取得了良好的工程...     

煤巷锚杆锚索支护体刚度分析

支护体与围岩在刚度、强度和结构上的不耦合是影响煤巷围岩稳定性的主要原因.为了提高煤巷锚杆支护的效果,避免围岩的有害变形,提出采用高强度、高刚度锚杆组合支护系统.本文根据锚杆锚索支护与围岩的相互作用原理,从"两径"配合、锚固长度、锚杆布置以及锚索与锚杆的材料性能耦合等方面,对锚杆锚索支护的刚度问题进行了分析.结果表明钻孔直径与锚杆直径差以及锚固方式对锚固体的刚度有重要影响;锚杆布置方式和锚杆布置密度对锚固体的破坏方式作用明显.据此提出了提高锚杆锚索体刚度的技术对策.     

隧道围岩中全长粘结式锚杆受力的非线性分析

为分析隧道围岩中全长粘结式锚杆锚固界面剪切作用的非线性特性及其受力特性,建立了锚固界面剪应力与剪切位移的双曲正切函数模型,推导了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的荷载传递方程,采用有限差分方法和Newton迭代公式建立了锚杆受力特性计算方法,并采用典型隧道工程锚杆试验实测结果进行了验证。在此基础上,分析了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的轴力和界面剪应力分布特征,探讨了锚杆长度、界面剪切强度和初始剪切刚度、围岩位移释放系数等因素对锚杆受力的影响。研究结果表明：①双曲正切函数模型采用单一函数曲线刻画了界面剪应力与剪切位移的非线性关系及锚固界面剪切刚度演变规律,可有效描述隧道围岩中全长粘结式锚杆的受力特性;②锚杆锚固力随着锚固长度的增加而逐渐增大,但其锚固长度存在临界值;超过临界值后,锚杆锚固力基本不变;③随着界面剪切强度和刚度的增加,锚杆锚固力逐渐增大,中性点位置移向临空面一侧,界面剪应力向临空面和锚杆末端聚集;④围岩位移释放系数越小,锚杆支护后所提供的锚固力越大。实际工程中,宜根据围岩稳定状态及所需锚固力大小,合理确定锚杆支护时机和长度。     

深井巷道底板预应力锚索快速加固技术研究

为解决深井巷道底鼓治理难度大的难题,通过分析制约底板加固技术发展的因素,提出了底板预应力锚索加固的方法和工艺；阐述了搅拌头、锚固剂和止浆塞对锚固效果的影响作用.试验结果表明:钢管树脂锚固剂固定式搅拌头和大直径快、慢速混合使用的锚固剂,锚固效果最好,满足了巷道底板预应力锚索初始支护的要求；采用锚索专用止浆塞实现了锚索自由段带压注浆,增强了底板围岩的强度,保证了底板锚索的锚固性能.预应力锚索加固不仅使巷道底板锚索及时主动承载,而且使底板围岩及锚索锚固性能得到强化,最大程度保持底板围岩的完整性,保证加固效果,降低了支护成本.     

巷道锚杆支护特性分析与应用

对采用锚杆工作阻力为夹紧力、锚固区围岩力学性质不改变的计算方法得出的结果进行了分析,研究了巷道锚杆支护作用的特性及其相关因素间的影响关系.结果表明：锚杆巷道围岩径向、切向应力在锚杆锚固端位置有一个跳跃;锚杆长度一定时,支护强度对围岩塑性区半径、巷道位移的影响随锚杆工作阻力值的提高逐渐减弱;锚杆工作阻力强度一定时,锚杆支护巷道周边位移、围岩应变软化区半径及破碎区半径,随锚固区半径增加开始阶段显著减小,基本呈双曲线函数关系,一定阶段后,变化趋缓,呈近水平直线变化.并在程村矿井下巷道进行了一次锚杆支护的设计应用.     

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。     

煤矿深部高地压巷道锚索支护技术对策研究

为了解决煤矿延伸至深部后出现的高地压巷道支护难题,通过对锚索锚固机理、锚固结构及锚固工艺等进行基础性实验研究,提出了以孔壁注浆锚索为核心的煤矿深部高地压巷道锚索支护技术对策,包括:孔壁注浆锚索及其锚固技术;胀壳式端头机械锚固锚索及其安装技术;铰接箱形梁组合锚索支护技术。采用胀壳式端头机械锚索及与其配套的孔壁注浆锚固技术,可实现锚索的全长锚固,提高锚索内锚固的可靠性和锚索的内锚力;采用箱形梁锚索组合结构,可提高锚索支护外锚结构的强度、刚度和整体性,能有效地将巷道围岩表面压力绝大部分转移到围岩深部。从技术上有效解决煤矿深部巷道锚索支护难题。     

巷道顶板锚杆锚索支护耦合影响研究

为了研究深部回采巷道锚杆锚索支护耦合效果的影响因素,以朱集西矿11501工作面为研究背景,采用正交实验,利用FLAC~(3D)数值模拟对不同支护方案进行模拟。研究结果表明:锚杆长度、锚杆弹性模量、锚杆锚固长度、锚杆预紧力4个因素对锚杆锚索支护耦合影响较大。     

煤巷锚杆锚索支护体刚度分析

支护体与围岩在刚度、强度和结构上的不耦合是影响煤巷围岩稳定性的主要原因．为了提高煤巷锚杆支护的效果，避免围岩的有害变形，提出采用高强度、高刚度锚杆组合支护系统．本文根据锚杆锚索支护与围岩的相互作用原理，从“两径”配合、锚固长度、锚杆布置以及锚索与锚杆的材料性能耦合等方面，对锚杆锚索支护的刚度问题进行了分析．结果表明：钻孔直径与锚杆直径差以及锚固方式对锚固体的刚度有重要影响；锚杆布置方式和锚杆布置密度对锚固体的破坏方式作用明显．据此提出了提高锚杆锚索体刚度的技术对策．     

深井复合高应力大断面巷道耦合支护技术研究及应用

根据锚杆支护围岩强度强化理论,研究锚杆支护对岩体弹性模量、内聚力、摩擦角的影响;锚固体破坏前弹性模量、内聚力的变化;锚固体处于残余强度时等效内聚力、摩擦角的变化,并对锚索支护理论和顶板冒落拱形状进行分析,在此基础上对支护参数进行优化,最后运用收敛计对巷道支护优化前后表面围岩收敛变形进行对比,得出该耦合支护技术是合理有效的。     

基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合MohrCoulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷...     

煤矿巷道预应力锚索支护技术及应用

小孔径树脂锚固预应力锚索作为煤矿巷道的一种有效支护方式,已得到大面积推广应用。本文在分析传统锚索支护原理的基础上,介绍了对锚索支护机理的新认识,指出锚索的本质作用是在围岩中产生支护应力场,对围岩施加压应力,与锚杆共同形成预应力承载结构,并调动深部围岩的承载能力;阐述了预应力锚索支护形式及支护参数的选取方法,确定了锚索预应力、直径、强度与长度的合理取值范围;介绍了锚索支护材料与构件的力学性能,注浆锚索的结构与特点,及锚索张拉设备的技术性能;论述了锚索预应力损失的主要影响因素和控制措施;介绍了预应力锚索在特大断面开切眼、强烈采动影响巷道及千米深井岩巷中的应用实例,井下应用有效控制了巷道围岩变形,取得良好支护效果。最后,分析了预应力锚索存在的问题,并提出改进建议。     

锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响规律

为了分析锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响规律,研究了锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距的影响。分析了围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律,得出:围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律主要分为3个阶段,然后对锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距对锚固复合承载体承载特性的影响进行了研究。研究得出,随着锚杆直径的增大,顶底板的移近增速逐渐减少;当锚杆长度达到一定数值后,增加锚杆长度,并不能对巷道围岩的加固起到有效的强化作用;锚杆支护密度越大,锚杆所受的残余应力和峰值应力越大、围岩抵抗变形能力越强、复合承载体的强度越大。研究为煤矿巷道支护的设计提功了理论基础。     

深部巷道围岩锚固结构失稳破坏全过程试验研究

为了探索深部巷道围岩锚固结构从开始承载至整体失稳全过程,揭示围岩内部应力及变形破裂演化规律,以口孜东矿-967 m水平西翼轨道大巷为工程背景,依托自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,结合声发射、电磁辐射、电阻率、数字散斑等多源地球物理信息监测技术,对无支护、锚杆支护及锚杆索支护巷道围岩锚固结构承载特性及变形破裂演化特征进行大尺度物理模型试验研究。试验获得了不同支护锚固结构变形破裂全过程荷载-位移曲线,随着支护强度的增加,荷载-位移曲线应力跌落现象逐渐减弱,而锚固结构峰值承载能力、等效弹性模量和峰值位移分别增加了82. 57%,33. 33%和107. 24%,巷道围岩越容易形成"压力拱"结构效应,抵抗变形的能力逐渐增强;试验过程中,顶板围岩变形量最大,两帮次之,底板最小,锚固结构破坏特征随支护强度的增加由张拉裂纹为主的脆性破坏向剪切滑移为主的塑性破坏转化;多源地球物理信息响应特征与荷载-位移曲线具有良好的耦合关系,随着支护强度的增加,锚固结构内部单位时间破坏次数逐渐减少,电磁辐射强度及脉冲数均逐渐减弱;声发射事件与锚固结构裂纹萌生扩展呈现较好的对应特征,在模型进入非稳定破坏阶段,随着裂纹迅速扩展,声发射活动异常活跃;随着荷载的增加,锚固结构由于裂纹发育趋于松散破裂,视电阻率逐渐升高导致区域导电能力逐渐降低,随着支护强度的增加,锚固结构的高阻区形成时间变大而范围变小。     

煤矿锚索锚固力检测装置的研制及应用

由于缺乏有效的锚索锚固质量检测、监测手段和装置,锚索支护巷道经常出现锚固强度不够等现象,造成巷道失修。据统计,巷道年返修量均在15%以上,增加了支护成本和修护环节,制约了矿井安全生产。对此经研究与论证,研制出了一套应用性能好、适用性强的锚索锚固力检测装置。     

中空注浆锚索破坏规律分析及关键技术性能优化

针对中空注浆锚索在高地应力软岩巷道支护过程出现的技术难题,深入探讨了中空注浆锚索的破坏机理,并对注浆锚索的承载性能进行优化,进而实现注浆与支护一体化,防止顶板事故发生。结合朱集煤矿现场调研,主要在锁具附近发生剪切破断及钢绞线与注浆体-锚固体界面发生剪切滑移而导致退锚现象等,注浆锚索破坏率达到83.4%。采用力学计算与FLAC3D数值模拟的方法分析了钢绞线与注浆浆界面的应力状态和破坏机理,得出了注浆锚索的应力公式及应力分布规律,通过模拟实验得到了注浆锚索在不同注浆效果下的应力演化特征、剪切滑移特征和极限位移量的演化特征,并提出了对注浆锚索的减压抗震装置及出浆孔位置优化的关键技术。结果表明,锚索破坏率降低至17.3%,巷道变形量得到有效控制,注浆效果得到显著改善。     

深井复合高应力大断面巷道耦合支护技术研究及应用

根据锚杆支护围岩强度强化理论，研究锚杆支护对岩体弹性模量、内聚力、摩擦角的影响；锚固体破坏前弹性模量、内聚力的变化；锚固体处于残余强度时等效内聚力、摩擦角的变化，并对锚索支护理论和顶板冒落拱形状进行分析，在此基础上对支护参数进行优化，最后运用收敛计对巷道支护优化前后表面围岩收敛变形进行对比，得出该耦合支护技术是合理有效的。     

锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响

为了分析锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响规律,研究了锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距的影响。分析了围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律,得出:围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律主要分为3个阶段,然后对锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距对锚固复合承载体承载特性的影响进行了研究。研究得出,随着锚杆直径的增大,顶底板的移近增速逐渐减少;当锚杆长度达到一定数值后,增加锚杆长度,并不能对巷道围岩的加固起到有效的强化作用;锚杆支护密度越大,锚杆所受的残余应力和峰值应力越大、围岩抵抗变形能力越强、复合承载体的强度越大。研究为煤矿巷道支护的设计提功了理论基础。     

巷道锚杆支护特性分析与应用

巷道锚杆支护时,围岩的切向应力和径向应力处于锚杆锚固段位置时,存在一个跳跃。当锚杆长度一定时,锚杆支护强度对围岩塑性区半径和对巷道位移的影响会随着锚杆工作阻力值的提高而逐渐减弱。当锚杆工作阻力强度一定时,锚杆支护巷道围岩应变软化半径、巷道周边位移、破碎区半径都随着锚固区半径增加,在开始阶段明显减少,呈现双曲线函数关系,而当达到一定阶段后,其变化逐渐减缓,呈近乎水平线变化。采用高强力、高预应力锚固支护,在必要时配合注浆加固,能够有效控制巷道围岩的变形,以取得较好的支护效果。本文对简单分析巷道锚杆支护的特性,对巷道锚杆支护应用进行探讨。