基于FLAC~(3D)的巷道围岩高强预紧力支护数值模拟

为解决深部高应力条件下复合顶板煤巷支护困难的问题,针对实际工程情况,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对不同预紧力条件下的巷道围岩位移及锚杆形成的附加应力场进行对比分析,研究发现:高强预紧力支护可以明显控制巷道围岩位移,锚杆之间的锚固压应力区相互叠加,形成一定厚度承压拱,围岩整体承载能力得到提高,最后提出高强预紧支护方案并应用于现场,监测结果显示该方案合理可行。     

基于FLAC^(3D)的巷道围岩高强预紧力支护数值模拟北大核心

为解决深部高应力条件下复合顶板煤巷支护困难的问题,针对实际工程情况,采用FLAC^(3D)数值模拟软件对不同预紧力条件下的巷道围岩位移及锚杆形成的附加应力场进行对比分析,研究发现:高强预紧力支护可以明显控制巷道围岩位移,锚杆之间的锚固压应力区相互叠加,形成一定厚度承压拱,围岩整体承载能力得到提高,最后提出高强预紧支护方案并应用于现场,监测结果显示该方案合理可行。     

高强锚杆在深部煤矿巷道支护中的应用

根据深部软岩条件下煤矿巷道锚杆支护效果不理想的情况，分析认为调整锚杆预紧力的大小是改善支护效果的有效方法。通过在具体支护中对螺纹钢锚杆、淮北预紧力锚杆、高预紧力锚杆进行对比试验，采用高预紧力锚杆支护有效地控制住了深部巷道围岩的变形，同时具有较好的经济效益。     

高强度锚杆支护技术及在大断面煤巷中的应用

在分析目前大断面煤巷锚杆支护存在问题的基础上,论述了对锚杆支护机理的新认识,开发了适合于大断面煤巷支护的高强度锚杆,并采用FLAC3D有限差分程序对不同锚杆支护参数巷道围岩应力场分布特征与规律进行了模拟分析。结果表明：预紧力是锚杆支护系统的决定性参数,增加锚杆预紧力能有效增大巷道围岩压应力场应力值及扩散范围;锚杆长度的选择应充分考虑锚杆预应力、巷道围岩破碎程度与可锚性;对于相同锚杆材料,直径越大强度越高,预应力扩散范围越大;锚杆垂直于岩面布置时,巷道围岩形成的压应力区分布更加均匀,锚杆预应力叠加效果更好。井下试验表明,高强度锚杆支护技术为大断面煤巷提供了有效的支护手段,巷道掘进期间两帮移近量25.0 mm,顶底板移近量16.6 mm,能有效控制围岩的强烈变形。     

深部煤巷锚杆支护合理预紧力研究

以王楼煤矿埋深-1 000 m的27304上顺槽为工程背景,探讨了深部煤巷锚杆支护合理预紧力的确定。采用ANSYS进行了不同预紧力下的顶板离层数值模拟,确定了锚杆合理的预紧力,并通过现场扭矩力转化试验确定了施工扭矩。现场矿压观测可知,煤巷开挖后围岩主要经历了迅速自稳阶段、锚杆(索)受力缓慢增长段及稳定阶段。巷道移近量及锚杆(索)受力、顶板离层等监测数据表明,支护方案合理有效。     

基于上限理论的深部巷道顶板锚杆预紧力简化设计方法

以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例验证了高强预紧力支护对顶板围岩的控制效果。研究结果表明:巷道开挖初期,锚杆支护构件只有施加足够预紧力,才可有效限制顶板围岩下沉破坏;随岩体强度参数增大,锚杆所需预紧力不断减小,而随锚杆布设间距与围岩应力增大,锚杆所需预紧力不断增加;在软弱或松散破碎围岩中,可通过采用高强、高韧性锚固支护构件并施加高预紧力或注浆加固等方式来获得较理想围岩控制效果。     

煤巷预紧力锚杆支护设计与巷道变形监测

本文介绍了煤巷预紧力锚杆支护摩擦构造梁作用机理，提出煤巷预紧力锚杆支护设计新方法，推导出锚杆预紧力的计算公式，并由预紧力值确定锚杆直径和锚固力。本文还介绍了井下实际应用所取得的良好支护效果和技术经济效益，同时指出监测是保证锚杆工作可靠性、锚杆支护巷道稳定性和保障安全的重要手段。监测内容除锚固力、预紧力、围岩变形、围岩离层和围岩动态监测外，还包括杆体质量、锚固剂和锚杆施工质量。通过监测，一方面可以分析围岩动态，发现异常及时采取加强支护措施；另一方面能及时反馈信息，为修改设计提供科学依据。     

断层破碎带煤巷锚杆支护技术及应用

分析了断层破碎带煤巷围岩变形破坏的原因,并提出了高强高预紧力锚杆支护、大延伸率锚杆支护、锚索加强支护等断层破碎带煤巷围岩控制技术。采用该支护技术在2401工作面回采巷道进行了工业性试验,取得了较好的围岩控制效果。     

煤巷锚杆预紧力损失特征及围岩控制机理研究

锚杆预紧力对维持煤巷围岩稳定具有重要作用，然而现场工程中因预紧力损失造成的巷道失稳现象普遍发生。分析了锚杆预紧扭矩与预紧力间的转化关系，研究了五家沟煤矿现场锚杆预紧力损失现象，揭示了锚杆预紧力损失行为特征及原因，并探究了不同预紧力损失率下锚杆对围岩应力及位移分布的影响。研究发现：现场锚杆预紧扭矩与预紧力基本呈线性正相关，但受支护构件间摩擦和巷道围岩条件影响，锚杆预紧力损失率均值范围为20%～58%,而锚杆预紧力损失加重可导致巷道浅部围岩应力下降，围岩变形及塑性区深度和体积增加，降低围岩的承载能力。研究可为现场锚杆预紧施工提供指导，提高支护初期巷道围岩的稳定。     

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。     

深部软岩巷道围岩稳定性综合分析及支护实践

针对城郊煤矿深部巷道围岩变形破坏现象,分析了深部巷道围岩工程地质特征,得出巷道围岩处于极不稳定状态,显现出较明显的高应力软岩巷道的变形破坏特征;数值计算结果表明,巷道四周角部位置形成了4个高剪应力区,剪应力约为2.1 MPa;而巷道底板所受剪应力较小,为0.1 MPa,但受底板两侧高剪应力区的影响较大。选取锚杆预紧力与锚索预紧力协同作用的支护方式对深部巷道围岩进行支护设计,不仅能够有效控制围岩的变形,而且能够使巷道围岩快速达到稳定,实现控制围岩大变形的目的。现场应用监测验证了协同支护方式对巷道的变形起到较好的控制作用,体现出预应力锚杆(索)的主动支护作用。研究结果对城郊煤矿深部延伸巷道围岩支护方式的选择具有重要的参考价值。     

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。     

王坡煤矿煤巷锚杆预紧力数值模拟分析

为确定王坡煤矿煤巷锚杆预紧力合理取值,解决由于锚杆预紧力不足导致的巷道围岩大变形问题,以王坡煤矿3314回风巷地质条件为背景,采用FLAC^3D有限差分数值计算软件,模拟在不同锚杆预紧力条件下巷道围岩水平位移与垂直位移情况,分析巷道表面位移量在不同锚杆预紧力下的变化规律,得出能使巷道围岩形成稳定支护承载结构的合理锚杆预紧力值,从而最大程度地利用围岩的自承载能力形成承压拱结构,有效减小巷道围岩变形量,减少支护成本,提高矿井经济效益。     

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。     

全长锚固预应力锚杆预紧力确定方法及其应用

预应力锚杆是提高围岩强度和保证巷道稳定的有效支护手段。基于单根全长锚固预应力锚杆在围岩中的作用机理,推导了预紧力作用下全长锚固预应力锚杆形成的锚固区内的应力分布规律。根据锚杆锚固区的两种破坏形式,提出锚杆最小和最大预紧力并推导了其计算公式。该公式在工程中的应用结果表明,在最小与最大预紧力之间,合理增大锚杆预紧力能够有效提高支护强度,对控制巷道围岩变形效果显著。     

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。     

不同支护形式下深部巷道支护对比试验研究

针对协庄矿1202E运输巷支护现状,通过现场工业性试验,对相同条件下深部软岩巷道采用原全螺纹钢锚杆支护、淮北高强锚杆支护和高预紧力强力锚杆支护3种支护形式进行对比试验研究,分析了试验结果。试验结果表明,全螺纹钢锚杆支护由于强度低、预紧力小,支护效果差,断面收缩率为45.5%;淮北高强锚杆支护在锚杆受力和控制巷道变形方面有所改善,但还不能满足支护要求;高预紧力强力锚杆强度与刚度大,实现了高预紧力,杜绝了锚杆拉伸破坏,有效控制了顶板离层和两帮位移,顶板离层量小于10 mm,底臌量在300mm以内,两帮移近量小于200mm,断面收缩率仅为13.6%。因此,相比前两种支护,高预紧力强力锚杆支护能更有效地控制巷道围岩变形发展,提高围岩的稳定性。     

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.     

受高水平构造应力影响的软岩巷道支护技术研究

针对白皎煤矿2410巷遭受高量值水平构造应力影响且围岩极其软弱的特点,对巷道变形特征进行了数值模拟研究。分析了裸巷开挖、低预紧力支护和高预紧力支护条件下巷道变形特征和塑性区分布情况,最终确定高预紧力强力锚杆索联合支护方案。方案实施后,矿压监测结果表明锚杆索预紧力较高时,巷道围岩变形得到有效控制,锚杆索最终稳定工作栽荷与初始预紧力相差不大。     

深部破碎围岩高预紧力加长锚固支护技术研究

针对深部受采动影响巷道围岩松散破碎难以支护的工程问题,考虑巷道围岩裂隙的存在,采用3DEC中DFN技术预制初始损伤围岩模型进行模拟拉拔试验,研究结果得出:破碎岩体中,端锚锚杆最易发生脱黏失效,且无法通过黏锚力控制浅部围岩,易出现片帮。锚固长度为700 mm时,拉拔载荷为130 kN即发生锚固失效;当锚固长度增加到1 400 mm时,锚固性能显著增强,且锚杆抗拔力提高了20.7%。当增加锚杆预紧力时,对巷道周边破碎围岩的控制效果显著增强。基于上述研究,提出深部破碎围岩锚杆高预紧力加长锚固支护技术,经工业性试验,高预紧力加长锚固技术使巷道变形得到有效控制,锚杆预紧力可达到60 kN以上,回采期间巷道帮部相对移近量减小了44.7%,显著减小了超前支护难度,提高了施工效率。