巷道围岩协同锚固系统及其作用机理研究与应用

为了研究巷道围岩锚固过程中客观存在的多尺度、多层次控制变量的竞争与合作过程,以及由其产生的系统演化规律,提出了巷道围岩协同锚固的研究思路。借鉴协同原理和方法,从协同锚固的内涵、基本特征、系统组成等方面,构建巷道围岩协同锚固系统,提出该系统研究的主要内容、研究思路及方法。在此基础上,进一步分析锚杆(索)系统内部的协同作用以及锚杆(索)系统与围岩系统之间的协同锚固机理,并提出协同锚固设计的一般流程、内容和方法。研究表明,协同锚固系统强调子系统在宏观及微观上的协作与优化,通过协同作用使系统性能在宏观整体上大于各子系统、要素之简单总和,因而是优化局部、增强整体性能的一项控制机理及技术,更加符合巷道围岩稳定性控制的本质和需求。     

深部巷道围岩协同锚固机理

针对深部巷道围岩控制过程中遇到的难题,以协同论为理论基础和方法指导,在前期研究和工程实践的基础上,提出深部巷道围岩协同锚固机理。通过分析巷道围岩控制系统的组成因素,介绍协同论对围岩锚固的描述方法,提出结构协同、强度协同、刚度协同、锚固时机协同、预紧力协同、变形协同等协同作用机制,以此初步建立协同锚固机理的研究框架。研究表明,协同锚固系统在宏观整体功能大于各子系统之简单总和,即产生"1+12"的协同增强效应,这对于深部巷道围岩稳定性控制来说是最为根本和至关重要的,也更加符合煤矿安全生产的本质要求。     

回采巷道不同锚固结构稳定性研究

运用理论分析和现场试验的方法,对普通锚固结构和整体拱形锚固结构的稳定性进行对比研究.结果表明,巷道采用普通锚固结构存在着结构松散,巷道易于失稳,而采用整体锚固结构大大提高了巷道围岩的整体稳定性的结论.     

全长锚固锚杆与围岩相互作用的现场实测研究

使用全长锚固锚杆以来，急待解决的是对围岩支护作用的研究。通过光弹性模拟实验、理论分析及有限元数值计算，并为验证上述研究成果，在郑州局米村矿－１５０水平回风暗斜井中进行了现场实测。     

全长锚固锚杆支护软岩巷道围岩承载结构力学响应解析

为研究高应力软岩巷道围岩在全长锚杆锚固后围岩力学承载结构的稳定性,考虑软岩峰后强度软化时的扩容特性和全长锚固锚杆受力边界条件,建立了全长锚固锚杆力学模型,推导得到锚杆受力解析式。并通过将锚固力等效为体积力的形式建立了全长锚固围岩力学模型,将其由浅及深依次划分为锚固残余区、锚固塑性软化区、非锚固塑性软化区及弹性区,推导了各分区的应力表达式。结合工程算例分析了空间效应、扩容系数、锚杆长度和托盘反力等因素对围岩应力和锚杆受力的影响规律。结果表明：受空间效应影响,巷道变形破坏呈现渐进式发育,借此提出了“锚固调控区”的概念,即在全长锚固锚杆支护过程中,围岩的虚拟支护力和锚固力处于此消彼长的状态,从而抑制围岩应力向深部转移,有效减小了塑性区范围。锚杆安装时机越早,作用于杆体的围岩变形越大,且与围岩之间更易形成共同承载体;锚杆轴力与扩容系数呈正比关系,随着扩容系数增大,锚固力增长速率显著加快,保证了锚杆对围岩径向应力的恢复作用;锚杆长度越大,围岩/锚固剂界面粘结范围越广,使得沿杆体的轴力分布及其峰值明显增大,进而使围岩切向应力峰值区向洞壁方向偏移;全长锚固锚杆托盘反力对残余区和塑性区边界的影响较小,...     

巷道围岩渗水对树脂锚杆锚固力的影响性分析

在围岩渗水严重的巷道,进行树脂锚杆的锚固时,锚固力往往低于理论计算值,其可靠性难以保证.结合现场和实验室试验,对树脂锚杆锚固时,钻孔内有流水和钻孔内有积水条件下锚固力的影响进行了分析,并结合现场应用,提出了在此条件下提高锚固力的一些途径.     

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。     

基于锚杆加固作用的圆形巷道围岩弹塑性分析

为研究锚杆支护机理及控制巷道围岩稳定，基于锚杆加固效应，将锚杆的支承作用考虑成作用于锚固区围岩的体积力，将锚杆的加固作用视为增强了锚固区围岩的强度参数|建立巷道计算模型，并进行弹塑性分析，导出了巷道围岩应力、位移解析解。结合算例，将理论计算值与实际监测值进行了对比，比较了锚杆支护与未支护时围岩应力，同时进行了围岩变形的影响参数分析。结果表明：锚杆支护改善了塑性区围岩应力状态，提高了围岩自承载能力|锚杆长度、间排距的参数设计遵循“长而疏、短而密”原则。文中理论解析解考虑了锚杆加固效应，为认识锚杆支护机理提供了理论参考，也能为巷道围岩控制提供合理的锚杆支护方案。     

厚锚固板理论在巷道锚固支护中的应用研究

根据厚锚固板理论优化了古书院煤矿15 #煤层盘区轨道巷和盘区回风巷锚固支护方案,定量确定了锚固支护参数;对厚锚固板结构支护条件下的巷道矿压显现过程进行了现场观测,结果显示,巷道变形量明显减小,取得了良好的支护效果.     

深部回采巷道超前压力区锚索梁协同锚固试验研究

针对深部回采巷道采用液压支架进行超前支护所产生的生产工序多、人员多、作业空间小且存在安全隐患等问题,基于协同锚固机理及技术,提出以锚索梁锚固来取代液压支架支护方式.在分析回采巷道变形破坏特点的基础上,用自然平衡拱理论计算锚索长度和布置密度,并对锚索锚固力、布置方式、钻装角度等主要变量及参数进行协同设计,然后进行工程试验...     

锚杆锚固力与巷道围岩变形关系研究

文中摒弃过去片面地通过增大预紧力和提高锚杆质量来提高支护效果的研究方法,从锚杆与围岩构成的"支架-围岩"体系入手,根据围岩不同变形阶段与锚固力的关系,结合围岩强度和位移的时间效应,提出锚杆初锚力要"恰当",工作锚固力要有"余量"的理论.     

巷道围岩协同锚固系统研究

以山煤集团左云东古城煤业有限公司Z103运输顺槽为研究背景,利用FLAC3D数值模拟软件分析了不同预紧力下锚杆提供的垂直应力,确定了锚杆预紧力为25 kN是最佳选择.工程应用表明,在25 kN预紧力下,90d内巷道顶板的位移量为79 mm,且两帮和底板的位移量也较小,为安全生产提供了保障.     

基于锚固复合承载体理论的软岩巷道围岩控制

深部软岩巷道一直是煤矿巷道围岩控制的难题.针对贵州盘江恒普煤业21126运输巷掘进期间围岩变形剧烈、多次维修但效果有限、严重影响施工安全和掘进进度的难题,采用锚固复合承载体理论计算了锚固复合承载体的承载能力,分析了巷道破坏的原因,提出了巷道支护参数优化方案.数值模拟和现场应用验证结果表明,巷道变形较优化前有了显著降低,...     

准备巷道围岩结构稳定性分析

本文针对准备巷道围岩的结构特点，建立岩体大变形塑性应变软化模型计算并分析其稳定性特征，表明围岩结构组成型及软弱结构的存在对准备巷道整体稳定性起关键作用。     

回采巷道围岩结构与裂隙分布特征及锚杆支护机理研究

通过对西山、汾西、霍州等矿区9个煤矿21个煤层的调查统计,将回采巷道顶板按岩性与层次结构特征分为多层薄层顶板、复合顶板、厚层整体顶板和厚煤层顶板4种类型.针对不同围岩结构,通过相似材料模型试验,研究了巷道在无支护和锚杆支护条件下的变形破坏规律,指出了不同围岩结构的巷道支护重点,并对锚杆的支护作用进行了初步的分析.     

锚喷支护巷道围岩承载结构研究

以郭庄矿三水平回采巷道应用情况为例,首先采用金属工字钢进行支护,巷道变形量大,难于维护,支护效果差,不能满足实际需要。为了提高围岩的承载能力,采用锚喷支护进行了实验性的研究,取得了较好的支护效果。结合大量的实践数据,采用FLAC3D数值分析软件,从监测点的收敛变形、垂直方向的应力、水平方向的应力等方面比较说明了锚喷支护优越于料石砌碹支护,从实测结果来看锚喷支护技术能有效解决大变形巷道围岩难支护的技术问题,使巷道在变形过程中趋于稳定,形成稳定的承载结构。     

围岩性质对树脂锚杆锚固性能影响的研究

运用数值模拟方法分析了树脂锚固剂锚固界面上剪应力大小在不同性质围岩情况下的分布规律,指出对于不同性质的围岩,锚杆拉拔载荷对锚杆锚固性能影响较大,锚杆锚固长度与锚固剂厚度对锚杆锚固性能影响较小,同时在载荷保持不变的情况下,锚杆与树脂锚固剂界面处的剪应力峰值随着围岩弹性模量的增加而增加,剪应力峰值越大,岩体越容易屈服。     

超前锚固是巷道安全施工的有效途径之一

本文通过对大桥煤矿一350m水平主要回风石门巷道进行超前锚固的工业性实验，分析了超前锚固的机理，认为在合适的巷道围岩条件下，超前锚固是安全施工的一个有效途径。     

煤矿巷道围岩结构特征

依据巷道围岩的层状特征以及工作面的开挖空间特征，将采空区老顶岩层的断裂情况概括为煤壁内断裂和煤壁外断裂两种类型；根据巷道与采空区的位置关系，将巷道分为3种类型：煤体—煤体巷道、煤体—煤柱巷道、煤体—采空区巷道，并对巷道围岩结构特征进行了系统分析。