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。     

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。     

高预紧力锚杆在深部煤巷支护中的应用

深部煤巷围岩表现出非线性力学特性,高预紧力锚杆支护能够有效控制深部煤巷的顶板离层,减少围岩破碎区、塑性区范围。数值模拟和现场试验表明,对原支护锚杆增加预紧力后巷道围岩变形得到有效控制,取得了良好的支护效果。     

预应力锚杆在辛置煤矿复合顶板巷道中的应用

为保障10-430B工作面回采巷道复合顶板围岩的稳定,根据复合顶板的具体特征,通过分析预紧力在复合顶板中的分布规律及预紧力与预紧扭矩之间的关系,确定锚杆预紧扭矩为400 N·m,并结合复合顶板特征进行高预应力锚杆支护参数设计,在复合顶板巷道采用高预应力锚杆支护后进行巷道表面位移的观测,以验证支护效果。结果表明:10-430B1巷道采用高预应力锚杆支护后,巷道掘进期间顶底板及两帮的最大变形量分别为143 mm和203 mm,保障了复合顶板巷道围岩的稳定。     

掘进巷道锚杆预紧力的确定及应用研究

通过改善巷道锚杆的预紧力的方式可控制掘进巷道局部位置出现冒顶、片帮等现象,文章通过理论分析、数值模拟以及现场实测的方法,计算了巷道顶板锚杆预紧力并分析了其影响因素,探究了不同顶板锚杆预紧力条件下巷道围岩的垂直变形量,最终确定巷道的顶板锚杆的合理预紧力。主要得到如下结论：在锚杆预紧扭矩一定的前提下,随着锚杆直径不断增加,锚杆预应力会逐渐减小;在锚杆直径一定的前提下,随着锚杆预紧扭矩的不断增加,锚杆预紧力不断增大。随着巷道顶板锚杆预紧力的逐渐增加,巷道顶板下沉量逐渐减小,当锚杆预紧力由100kN增加至150kN时,巷道顶板的最大下沉量则由72.28mm减小至64.12mm。巷道顶板锚杆的预紧力应不小于130kN,并最终确定为150kN,经现场实测巷道顶板下沉得到良好控制。     

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。     

复合顶板动压巷道变形破坏机理与锚杆支护技术

薛虎沟煤矿为解决复合顶板巷道围岩控制和支护困难,通过理论分析、数值模拟并结合工程实践,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了分析及应用。结果表明复合顶板动压巷道围岩变形破坏主要是锚杆支护的主动支护作用效果差,特别是复合顶板岩层节理裂隙发育程度高,会使巷道顶板的稳定性大幅降低;结合矿井实际地质条件,采用锚杆、锚索联合支护技术,提升了锚杆、锚索的预紧力,增强了联合支护的支护强度,提高了联合支护的主动支护效应,可有效控制复合顶板动压巷道围岩的变形破坏。     

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。     

弱胶结软岩煤巷锚杆索-围岩变形协同控制方法研究

针对西部弱胶结软岩煤巷顶板支护易失效问题,在探究弱胶结泥岩物性组分及破坏力学特征基础上,分析弱胶结软岩巷道围岩破坏特征,揭示弱胶结软岩巷道顶板破坏失稳机理,提出弱胶结软岩高预紧力下锚杆-围岩变形协同机理,开发相应支护设计方法,并进行应用实践。结果表明:(1)弱胶结软岩黏土矿物含量高,微裂隙发育造成其强度小、黏聚力小、胶结性差、易碎胀,在低围压条件下就产生剪切滑移破坏,提高其等效黏聚力和围岩应力水平是提升其抗变形能力的最有效途径;(2)弱胶结泥岩特性、高水平应力及低锚杆(锚索)预紧力等因素综合作用下,弱胶结软岩顶板易发生整体性下沉,内部破裂严重,破裂范围最大达4.0 m,尤其是煤岩界面破裂剪胀使部分锚杆-锚索破断失效,加剧顶板破裂下沉;(3)锚杆支护作用体现在提高锚杆加固范围内岩层等效黏聚力,锚索支护则强调对其支护范围内岩层提供较强的支护应力,两者工作阻力越高支护效果越好;(4)高预紧力下锚杆与锚索联合支护时,锚杆、锚索变形与顶板变形下沉协同、相适应,且要最大程度发挥锚杆-锚索支护效能。现场应用表明,按照高预紧力锚杆-围岩形变协同支护后,弱胶结软岩巷道顶板控制效果好,达到设计预期,该方法为弱胶结软岩巷道支护提供参考。     

大跨度复合顶板切眼支护数值模拟及实践

针对平沟煤矿020901工作面切眼顶板下沉严重、使用的支护圆钢锚杆大量破断的问题,通过FLAC3D数值模拟软件,分别对普通低预紧力圆钢和高强高预紧力螺纹钢锚杆支护条件下切眼围岩的垂直位移分布特征、塑性区的分布特征进行分析,结果表明,该支护可有效抑制切眼围岩塑性区的发展,控制顶板离层变形,增强了围岩承载能力。将该支护技术应用于020902工作面切眼支护控制效果良好。     

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。     

复合顶板松软煤层锚网喷支护实践

通过分析贵州省青龙煤矿复合顶板松软煤层巷道原支护失败原因,并结合巷道的控制原理,提出巷道的控制技术:采用喷浆封闭围岩防止复合顶板风化破碎;用高预紧力、高强锚杆控制复合顶板的早期离层和提高围岩自身的承载能力;在允许两帮合理变形的同时,用高强锚杆提高两帮煤体强度;最后对帮角加固,防止帮角剪破坏。     

锚网支护巷道设计与施工全程动态控制技术研究

结合云驾岭矿八采区复杂条件下巷道支护实际情况,从锚杆拉拔力检测、合理预紧力的确定、预紧力变化与巷道围岩变形观测等方面全程动态控制,总结出锚杆预紧力减小速率与巷道围岩变形规律,根据计算公式对巷道掘进工作面锚杆预紧力及时作出调整,延长了有效支护周期,减少了巷道维修工作量。     

极近距煤层下位煤层巷道围岩控制原理及应用

为了解决极近距煤层巷道支护技术难题,分析巷道围岩特征及变形规律,总结已有支护形式,提出围岩控制原理。概括为:①利用高强度锚杆施加的高预应力,把巷道开挖初期形成的叠合梁顶板转变成组合梁顶板,显著降低煤岩层顶板的挠度和应力,提高顶板浅部煤岩层的强度,增强其承载能力;②采用短锚索提供高预紧力,串联顶板深浅部煤岩层,增大组合梁的厚度和强度,再降低煤岩层顶板的挠度和应力,提高顶板整体结构的稳定性;③选用高强度锚杆加强两帮支护,控制煤帮变形和破坏,确保巷道整体稳定。据此提出水峪矿5116面运输巷支护设计,巷道围岩变形得到显著控制。     

山西杜儿坪煤矿压力显现巷道高预紧力锚杆锚索联合支护方案

杜儿坪煤矿井下压力显现时巷道易发生整体变形,锚杆支护强度无法满足要求,由此带来了一系列安全、经营、生产等方面的问题,综合分析认为巷道原支护方案的锚杆预紧力较小,无法及时有效地控制围岩离层、滑动、裂隙张开等非连续变形;锚杆的强度、结构与其附属件不匹配;现有的托板无减摩垫片和调心球垫等为导致锚杆支护失效的重要原因。在此基础上,经过对锚杆附属材料进行力学性能检测,以该矿73903轨道巷为例,提出了高预紧力锚杆锚索联合支护方案。研究表明:该支护方案以锚杆、锚索共同支护为主,锚索的深层锚固,扩大了锚固区范围,并对围岩施加了较强的预紧力,进一步提高了巷道顶板的承载能力,巷道围岩稳定性得到了有效控制(巷道顶板位移量小于100 mm,两帮变形量小于60 mm),巷道掘进效率得到了大幅提升,支护成本降低较显著,对于类似矿山有一定的借鉴价值。     

浅谈动压影响巷道的围岩变形机理与支护分析

为了减少动压留巷巷道在掘进期间受高地应力发生的巷道变形、顶板受到基本顶回转引起的不均匀沉降而发生的层间错动,采用高预应力强力一次支护理论进行巷内锚杆支护。对巷道浅部围岩必须大幅提高锚杆支护的初期强度和刚度,通过施加足够预紧力并通过组合构件实现预应力扩散,将围岩锚固成一整体,提高锚固体的强度,阻止围岩的裂隙扩展,防止围岩变形进一步恶化;对于较深部的围岩,其变形具有一定的延性,应采用高预紧力锚杆锚索协调支护,补偿围岩侧向应力损失,抑制新裂纹的产生和扩展。特别是对于松软煤帮围岩的控制,对两帮采用分部强化支护,抑制围岩变形尤为重要。     

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。     

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。     

小峪煤矿8104工作面进风巷支护设计探索

为得到8104工作面进风巷支护设计参数,采用数值模拟方法对比了3种支护方案条件下巷道围岩塑性区分布、应力分布及位移情况.数值模拟结果表明:巷道围岩应力受锚杆/索长度影响较大,增大锚杆/索长度可以有效控制巷道围岩应力集中程度,而锚杆/索预紧力对巷道围岩应力集中程度影响较小,但锚杆/索长度及预紧力在控制巷道围岩变形方面均能够起到明显作用.现场对工作面开采期间巷道围岩变形量进行监测,结果表明,巷道顶板最大移近量为93.6 mm,两帮最大移近量为70.8 mm,这说明现有支护能够较好维持巷道围岩的稳定性.     

阳泉矿区复杂困难巷道支护技术研究及工程应用

针对阳泉矿区15~#煤层地质条件恶劣、应力高、巷道围岩变形大、复杂困难巷道比例高的问题,提出了高预应力强力锚杆支护系统。以地质力学测试为基础,研发高强度锚杆支护材料,采用高效的高预应力施工机具,通过大幅提高锚杆支护系统初始预紧力,实现支护系统的高刚度,保持巷道围岩完整性和稳定性。采用数值模拟方法,研究15~#煤层在采用沿顶板和沿底板不同布置条件下巷道围岩应力和塑性破坏情况。研究结果表明,高预紧力强力锚杆支护系统成功解决阳泉矿区不同类型复杂困难巷道支护难题,巷道变形破坏情况明显好转,并在阳泉矿区得到了大范围的推广和应用。