煤矿回采巷道围岩控制理论探讨

分析了巷道围岩变形、强度特征以及支护力作用机理,提出了涵盖巷道围岩-支护相互作用全过程的波动性平衡理论;对锚杆作用力的产生机理及其对岩体作用的力学效应进行了探讨;将锚杆作用的力学本质概括为提高锚固体的内聚力、弹性模量,减小锚固体的泊松比,改善锚固体的应力状态;对锚杆受力演化机理进行了探讨,揭示了锚杆轴向力随锚固体变形而演变的3阶段特征以及第一、第二临界变形概念,以及第二临界变形与锚固长度成正变关系和确定锚固长度时应考虑巷道变形的观点;依据破碎岩体不能承受拉应力但在支护作用下仍具有较强抗压能力的特性以及不同厚宽比条件下板的力学特征,提出了厚锚固板理论。     

锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究

锚杆预紧力在巷道支护中发挥着重要作用,但其对锚固体强度强化特征的研究仍存在不少问题;以砂蜡材料、预紧力锚杆和平面应变约束装置制作锚固分离体,在RMT-150C实验机上对其力学特性进行了研究。实验结果表明：锚固体的峰值强度、残余强度的强化系数和岩体强度、锚杆预紧力呈正相关,岩体强度一定时,随着锚杆预紧力的增大,强化系数逐渐增加,锚杆预紧力对锚固体峰后残余强度的强化大于对锚固体峰值强度的强化。锚固体的应变-应力全程曲线与锚杆受力存在着对应关系,锚固体屈服之前,锚杆受力增加缓慢;屈服点之后,受力急剧增加;峰后软化阶段锚杆受力逐渐增加,摩擦阶段锚杆受力处在不断的调整下降中。预紧力一定时,岩体强度越高,锚杆受力增加幅度越小;岩体强度一定时,高预紧力锚杆受力增幅较小;软弱岩层破坏后,锚杆载荷的损失比坚硬岩层大,预紧力锚杆对软弱岩层的作用比坚硬岩层明显。现场实践表明,提高锚杆预紧力能够有效控制围岩的变形。     

基于锚杆拉拔的临界锚固长度测试研究

基于锚杆拉拔锚固段受力分布规律及杆体屈服强度,提出了临界锚固长度的确定方法,并进行了数值模拟和现场拉拔试验进行验证。数值模拟表明,锚固段临界锚固长度是存在的,现场拉拔结果表明,基安达矿回采巷道顶板临界锚固长度为0.9 m以上,帮部临界锚固长度为0.7 m。     

含软弱夹层锚固体变形过程中锚杆受力分析

为了解锚固体变形过程中锚杆受力特征,采用物理模型试验方法,对含软弱夹层锚固体变形过程中锚杆受力演化规律和沿杆长分布规律进行研究。研究发现,锚杆受力特征与锚固体变形过程密切相关,随锚固体变形,锚杆逐渐进入拉、压、弯、剪受力状态。锚固体屈服前,锚杆受力变化缓慢、沿杆长分布较规律(弯矩除外);锚固体屈服后锚杆受力变化剧烈、沿杆长分布一致性差,软化段开始出现稳定段。锚固体横向变形量与锚杆伸长量间的差异使锚杆受轴力作用,轴向变形沿杆长的非均匀分布使锚杆受横向剪应力作用并弯曲。软弱夹层对锚杆受力的影响主要体现在锚固体屈服后,轴力沿杆长分布曲线在软弱夹层内出现拐点,软化段时软弱夹层内锚杆轴力演化曲线出现平台段。     

基于实际围岩变形的全长锚固锚杆杆体应力分布特征分析

在全长锚固锚杆支护过程中,锚杆与围岩之间会相互作用,进而引起锚杆应力分布变化。为探究全长锚固锚杆正常支护过程及临界失效时锚杆应力分布规律,以围岩变形为基础,建立了锚杆-围岩相互作用模型,推导出锚杆在正常支护过程中及临界失效时轴力及剪应力沿杆长分布解析表达式,进而获得了轴力及剪应力沿杆长分布曲线。并在考虑锚杆及锚固剂弹性模量、锚杆及锚固剂横截面面积等锚固参数的条件下分别分析了围岩条件、锚杆长度、托锚力对全长锚固锚杆杆体应力分布的影响。结果表明:在全长锚固锚杆正常支护过程中,杆体应力分布符合中性点理论;影响锚杆轴力、剪应力分布的因素有围岩条件、锚固参数、托锚力;在锚杆正常支护过程中,全长锚固锚杆杆体应力分布符合中性点理论,随着围岩变软,锚杆为了限制变形,中性点向孔口方向移动且所受轴力、剪应力增大;托锚力影响杆体应力分布,托锚力越大,轴力分布越不均匀,且孔口到中性点处剪应力越小,中性点到杆端剪应力越大。所以在工程实际中可实时监测锚杆托锚力,依靠本文理论依据可深入揭示锚杆支护过程中受力特征;在锚杆支护临界失效时,围岩越坚硬,剪应力及轴力越大,且分布更加集中;锚杆长度影响全长锚固锚杆的支护性能,但在锚杆长度超过一定范围后再增大锚杆长度并不能显著提升锚杆的锚固效果。     

锚杆失效对巷道围岩变形影响的模拟研究

为了研究锚杆失效对巷道围岩变形的影响,采用数值模拟计算的方法,对锚杆支护发生失效的判断准则,以及锚杆失效后的锚杆锚固力变化规律和围岩变形规律进行了较为系统的研究,确定了防止锚杆失效的锚固长度应大于1.5 m,并为深部沿空巷道锚杆支护提供了更加接近实际情况的支护系列及参数。     

预应力锚固锚杆围岩耦合预紧力分析

通过分析锚固在煤层和粉砂岩中的锚杆和围岩协调变形,对围岩体破坏时锚杆轴应力进行理论推导,确定锚杆上施加的预紧力的计算公式。并在工程应用中软岩巷道顶板最大离层量控制在80 mm,两帮收敛值为100 mm,巷道变形控制效果良好。     

巷道围岩锚固体变形破坏特征的试验研究

为了研究巷道围岩锚固体的破坏特征及裂隙演化规律,模拟组合载荷作用下巷道围岩锚固体的变形破坏失稳过程及锚杆工作阻力的变化.试验结果表明:当侧压系数1≤λ≤1.4时,锚固体则出现垂直于锚杆的水平层理;当1.4＜λ≤1.6时,锚固体出现细小裂纹,锚杆托板陷入岩层,锚杆间出现片状脱落,锚固体下部岩层松动破坏,锚固体稳定,而锚固体外出现和岩层层面呈30°～40°的倾斜裂纹;当λ=2.0时,锚固体内外岩层离层量增加,锚固体下部片落块度和深度增加,托板失去作用,锚固体整体失稳;λ和巷道围岩锚固体裂隙维数D呈正变关系.随着λ的增加,各锚杆工作载荷相差不大,呈波状降低趋势;巷帮锚固体承载能力变化不大,而顶板锚固体承载能力逐渐降低.水平载荷对巷道顶板锚固体的稳定性影响较大,其离层量随λ的增加而加大,内部出现不均匀沉降.     

考虑锚固复合承载体效应的巷道安全支护参数分析

考虑锚固复合承载体对巷道支护力和变形量的影响,以锚固复合承载体为结构基础,依据岩石的极限拉压破坏准则并结合芬纳-卡斯特奈公式,对圆形巷道支护力和变形量进行分析研究,推导出锚杆支护巷道最小支护力和最大允许变形量的表达式。基于该表达式经算例分析得出：圆形巷道最小支护力和最大允许变形量与巷道埋深呈线性相关;随着锚固复合承载体厚度和内摩擦角增加,巷道最小支护力减小,巷道最大允许变形量增大;在计算锚杆支护的圆形巷道最小支护力和最大允许变形量时考虑锚固复合承载体的作用更合理。     

不同锚固长度下巷道锚杆力学效应分析及应用

为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议措施,并通过开展现场试验验证了本文理论研究成果的正确性。研究表明：锚杆受力主要集中在锚固段端头1/3范围内,且沿长度方向杆体剪应力与轴力不断递减;在软岩中更利于锚杆锚固作用的发挥;施加高预紧力,并留设一定的自由段长度,有利于锚杆预紧力在围岩中扩散,可形成有效的锚固围岩承载结构,充分发挥杆体支护潜力;当锚杆布设间距较大时,可通过提高预紧力、适当减少锚固长度来增加预紧力对围岩的控制效果。     

可回收树脂锚杆锚固段锚固特性研究

通过ANSYS模拟出锚固段与围岩接触面上剪应力τ和正应力σ的分布曲线和相应数据,得出该锚杆的主要锚固作用发生在锚固段的深部;锚固段底部处于挤压膨胀状态,由库仑准则可知,接触面上正应力提高了锚固段围岩的抗剪强度.     

锚网喷+桁架结构锚索支护技术

介绍了潘西矿在矿井深部大断面绞车房硐室设计采用"锚网喷+锚索桁架"相结合联合支护方式的工程实践。不仅提高了施工进度,而且降低了支护成本,成功地解决了矿井深部大断面硐室的支护难题。     

顺槽巷道机械锚固装置的研制

顺槽巷道机械锚固装置的研制,为在井下救援的设备提供一个可靠的锚固点以及充足的救援能力,使工人能在安全的环境下对井下设备进行快速救援,提高了救援效率和工人安全性。     

扩展传统的岩石锚固技术

主要介绍了膨胀锚杆的锚固性能。这种锚杆不仅可以用于硬岩，而且还可以在不适合其它锚杆的条件下加以应用。     

全长锚固锚杆的锚固效应分析

从提高围岩力学性质、为围岩提供约束以及与围岩的相互作用关系等方面对全长锚固锚杆的锚固效应进行了分析,指出全长锚固锚杆能够快速增阻,有效地结合了围岩自身的强度,增强了巷道围岩的稳定性。     

锚杆钻机的应用与发展

介绍了我国锚杆支护的发展历程,并分析了当前锚杆支护的现状。着重分析了我国当前使用的三大锚杆钻机的研制现状,并介绍了维护与保养的办法。     

旧巷改造的锚固技术方案

通过对巷道围岩现状调研,确定了适宜的支护原则:中等支护强度原则、预紧力及预紧力扩散原则和及时支护原则。依据大厚度锚固板理论和整体锚固结构理论制定了合理有效的锚固支护方案,支护效果甚佳。现场矿压监测发现旧巷具有变形小,短期即可稳定,锚杆(索)受力小,锚固结构仍有较大承载潜能特点。     

水泥锚固剂质量的现场判断

水泥锚固剂是锚喷支护的重要材料之一.在施工现场不具备检验水泥锚固剂实物质量条件时,可以将它加水调成合适稠度的浆体后团成圆球,通过观察其凝结、发热,以及强度上升过程中的表观现象,大概判断出初、终凝时间及30min时的强度,从而估计出能否达到拉拔力要求,以便做到在安全上心中有数.     

浅谈掘锚一体化技术

随着锚杆支护技术的快速发展,掘锚一体化技术已成为建设高产高效矿井的关键。简述了目前研究掘锚一体化技术的必要性、国内外现状、关键技术,以及三一重型装备有限公司在掘锚一体化技术方面的研究。