基于支护预应力场的松软围岩锚杆支护护表构件优选

针对石窟煤业松软围岩锚杆支护效果差的问题,采用实验室仿真试验对钢筋托梁、W钢护板2种护表构件的支护预应力场进行监测,得出各护表构件在支护围岩各区域的应力分布差异。试验结果显示,锚杆支护预应力场沿杆体由上至下形成“拉—压—压”的应力集中区分布格局,因表面接触方式不同,2种构件支护预应力场主要在围岩浅部压应力作用区域产生差异;在100 kN预紧力下,钢筋托梁、W钢护板的支护预应力在围岩表面峰值分别为0.8、0.6 MPa,W钢护板产生的0.15、0.05 MPa压应力区域面积较钢筋托梁分别增加41.67%、21.69%。W钢护板支护预应力在围岩表面分布更为平均,预应力整体扩散范围更高,可有效适应于松软围岩。将试验结论在现场进行了工业性试验,获得了较好的支护效果。     

预应力在锚杆支护中的作用

在分析目前复杂困难条件下锚杆支护存在问题的基础上，论述锚杆支护系统刚度，特别是预应力对支护效果的重要性.采用有限差分数值计算软件分析了不同预应力下锚杆、锚索产生的应力场分布特征，以及钢带对锚杆预应力扩散的作用.提出锚杆主动支护系数、强度利用系数、预应力长度系数、有效压应力区、预应力扩散系数、有效压应力区骨架网状结构及临界支护刚度等概念.井下试验表明，大幅度提高锚杆预应力可显著减小巷道围岩变形，有效控制顶板离层；钢带在预应力支护系统中起非常重要的作用；锚杆预应力存在临界值，达到或超过临界值后锚杆支护可有效控制围岩变形与破坏.     

单根锚杆不同工作载荷下支护应力场特征相似模拟研究

采用实验室相似模拟测试和分析了单根锚杆在不同工作载荷条件下围岩横向和纵向应力场分布特征。测试结果表明:锚固体轴向应力场由压应力核心区和扩散区构成,核心区位于锚固体近锚杆区域,由3个压应力集中区组成,整体呈"酒精灯"状分布。随着锚杆工作载荷的加大,轴向应力场在垂直轴向方向上无论应力值还是分布范围均明显增大,在锚杆轴线方向虽然应力值明显增大,但应力分布范围基本无明显变化。锚固体横向应力场沿锚杆轴向在锚杆周围形成前后2个比较明显的压应力集中区,浅部应力集中区在锚杆托板下方呈倒扣的碗状,锚固段附近压应力集中区呈对扣碗状。锚固体横向应力场整体应力值较小,约为轴向应力场应力值的1/4左右。随着锚杆工作载荷的加大,锚固体内横向应力集中区范围不断扩大,应力值不断提高,但位置和形态基本保持不变。     

锚杆支护组合构件对钢筋网加固作用试验研究

针对深井高地应力巷道因围岩大变形导致金属网严重破坏引发支护失效的问题,对高地应力巷道支护常用的钢筋网配合单体锚杆、钢筋托梁、W型钢带3种组合系统在垂直载荷作用下的力学性能进行实验室测试,分析了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统峰值强度、承载刚度、残余强度及卸压程度的影响规律,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网支护效应的加固特征。借助Ansys Workbench软件分析钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的整体位移变形量,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网横向、纵向股线的位移约束差异性。基于锚杆支护组合构件对钢筋网的不对称加固特征及边界网丝概念的提出,探讨了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统的加固机理。结果表明:①钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的承载性能可分为峰前承载区与峰后卸压区,W型钢带对钢筋网支护系统的强度强化作用是钢筋托梁的1.5倍,刚度强化作用是钢筋托梁的3倍。②锚杆支护组合构件对钢筋网的横向股线加固作用大于纵向股线加固作用,横向股线抗变形阻力分为垂直和水平两个分量,垂直分量由边界网丝与锚杆支护组合构件提供,水平阻力大小取决于边界网丝及焊接点剪切强度。③锚杆支护组合构件通过提高垂直约束作用、护表面积及护表区域内系统的抗变形能力增加钢筋网的支护强度与刚度。     

锚杆支护之主要组合构件性能浅析

组合构件是将锚杆、锚索组合在一起,共同支护围岩的部件,是锚杆支护系统的重要组成部分之一.不同的地质条件、不同的巷道围岩结构要求有不同力学性能的组合构件与之相匹配.对平钢带、W形钢带、M形钢带和钢筋托梁4种常用组合构件的结构尺寸和力学性能进行了详细的分析研究,总结归纳出各构件的力学性能和优缺点,以期为锚杆支护设计提供理论依据,使科研人员、工程技术人员能根据不同的地质条件合理选择不同的组合构件,以达到最大限度发挥锚杆整体支护效果的目的.     

锚杆支护组合构件的力学性能与支护效果分析

对目前常用的锚杆、锚索组合构件形式与力学性能进行了介绍,对比了不同组合构件的抗拉强度与抗弯刚度,分析了组合构件在锚杆支护系统中的作用。采用有限元数值模拟方法,计算了W形钢带在受拉、受弯及受剪状态下的应力分布与变形特征。介绍了组合构件在千米深井巷道、深部沿空留巷、松软破碎围岩巷道等复杂困难条件下的成功应用实例,包括巷道地质与生产条件,锚杆支护设计与支护效果。同时,分析了组合构件选择不合理时容易出现的压穿、撕裂、过大弯曲变形与折断、扭曲及各种组合破坏形式。针对不同形式的组合构件,提出了防止其破坏的建议。设计制作了测力钢带,在安徽淮南谢一矿的回采巷道中进行了钢带受力监测,初步研究了钢带在锚杆安装预紧阶段、掘进影响与稳定阶段的受力特征与变化规律。     

深井破碎围岩条件下煤巷锚杆构件合理配套

基于徐州矿区张小楼井24302工作面运输平巷的地质条件，在深井破碎围岩条件下进行了煤巷锚杆支护试验，介绍了锚网带索支护技术参数和不同构件配合支护的巷道矿压显现．根据顶板锚杆螺母撕裂和穿过托板与钢带导致的锚杆支护失效问题，在实验室完成了锚杆、托板、钢带和螺母等支护构件配合的力学性能试验．试验表明：直径20mm的螺纹钢锚杆杆体性能稳定，破断载荷均在186kN，杆体和螺母的螺纹配合完好，顶圆底四方螺母能与托板和钢带很好地配合，外接圆直径为38mm的六方螺母与托板和钢带不能很好地配合．深井高应力破碎围岩条件对锚杆支护系统中的锚杆、锚固剂、托板、钢带和螺母等构件的力学性能配合要求高，它们的力学性能应基于锚杆的破断力合理配套．     

大埋深高应力巷道让压支护技术研究

针对平煤四矿大埋深高地应力巷道支护现状及围岩特点,总结了深井高地应力巷道支护原则,提出采用高强可变形让压锚杆＋鸟巢锚索＋W钢带支护技术控制深井巷道围岩的持续变形,并进行了支护试验。     

锚杆托板组合构件协调作用原理及应用

针对浅埋大断面巷道快速掘进中因围岩表面不平整导致锚杆托板严重破坏引发支护失效的问题,采用实验室试验、数值模拟及理论分析相结合的方法对锚杆托板组合构件协调作用机理进行研究,构建锚杆托板组合构件力学模型,分析托板和调心垫圈在偏载作用下受力演化特征及不同锚杆托板组合作用下巷道的支护效果。小保当112207工作面大断面切眼巷道工业性试验结果表明:当锚杆托板组合构件协调性良好时,能有效降低锚杆尾部应力集中程度,提高锚杆预紧力,锚杆尾部不易发生损坏变形,且有助于锚杆预紧力施加,支护效果更好;锚杆托板组合构件相互锁死的情况下托板的最大集中应力大于锚杆托板组合构件协调性良好的情况下的最大集中应力。     

特厚煤层大断面托顶煤巷道支护机理及应用研究

为解决灵东煤矿Ⅱ_3煤层大断面托顶煤巷道支护难题。本文采用原位测试、实验室测试以及数值模拟等综合分析方法,分析了顶煤的强度特征、护表构件面积对顶煤应力分布的影响等。结果表明,对于强度偏低、裂隙较发育、顶板稳定性较差的顶煤,通过提高锚杆锚索预紧力并匹配面积大的护表构件更有利于预应力的扩散,形成较大范围的压应力区,有利于控制顶煤的整体稳定。并成功将该理念应用于首采工作面回风巷支护,顶煤完整性得到很好保持,顶板下沉量只有70mm左右,巷道围岩变形得到有效控制。本文为类似条件下巷道支护提供了有效手段。     

掘进巷道超前预挂护表网技术及应用

锚杆支护技术的关键是具有较大支护范围和较高的预应力,并由护表构件协同作用来扩散和传递,达到有效控制巷道围岩的目的。护表网是支护体重要组成部分。传统延挂网工艺存在延挂条件差、空顶时间长、质量难保证等诸多问题。菱形金属网超前预挂网技术在永久支护下延挂网,可有效防止片帮。作业条件的改善,提高了支护工效,保证了金属网崩紧、密贴巷表,更好地传递和扩散了锚杆的压应力,从而实现安全、快速、高质量支护。     

预应力锚杆支护应力场叠加效应试验研究

基于相似模拟原理,建立了锚杆支护应力场三维形态分布测试试验台,测试了单根锚杆在不同预紧力条件下的支护应力二维和空间分布情况,以及2根锚杆和4根锚杆共同作用时支护应力叠加分布情况。试验测试结果表明,锚杆支护应力在围岩内部形成了压应力区和拉应力区,随着预紧力的增加,压应力区的分布范围显著增大,拉应力区的分布范围相对固定;应力峰值集中在锚杆轴线附近,沿水平方向迅速衰减,导致应力等值面也由密集变稀疏;2根锚杆共同作用时,应力在2根锚杆中间区域叠加明显,10～200 kPa应力等值面的分布面积均有不同程度的增加,但不同应力等值面的分布面积增量差异显著,20～60 kPa应力等值面的增量占比均超过30%,其中40～50 kPa应力等值面的增量占比更是超过40%;当4根锚杆共同作用时,在适宜预紧力的条件下,部分应力等值面以非闭合面的形式分布在锚杆自由段两端,形成一个具有一定厚度的压缩带。     

大埋深高应力巷道让压支护技术应用

针对四矿矿井大埋深、高地应力巷道支护现状及围岩特点,总结了深井高地应力巷道支护原则,提出了采用高强可变形让压锚杆 鸟巢锚索 W钢带支护技术控制深井巷道围岩的方法,并在工程实际中进行了支护实践。     

大埋深高应力巷道让压支护技术研究

针对四矿矿井大埋深高地应力巷道支护现状及围岩特点,总结深井高地应力巷道支护原则,提出采用高强可变形让压锚杆+鸟巢锚索+W钢带支护技术控制深井巷道围岩持续变形的方法,并在工程实际中进行了支护实践.     

大断面煤巷锚杆锚索联合支护的应用

锚杆支护是一种先进的支护技术，它利用锚杆、锚固剂及其护表构件给围岩一定的支护强度，与围岩组成支护体系，承受各种围岩应力和采动应力，达到支护的目的。锚杆支护与传统的棚式支护相比具有初撑力高，承压能力强，增阻速度快，围岩自身得到加固，能充分发挥围岩自承能力等优点，并且具有运输方便，操作便捷，劳动强度低，     

深井破碎围岩条件下煤巷锚杆构件合理配套

基于徐州矿区张小楼井24302工作面运输平巷的地质条件,在深井破碎围岩条件下进行了煤巷锚杆支护试验,介绍了锚网带索支护技术参数和不同构件配合支护的巷道矿压显现.根据顶板锚杆螺母撕裂和穿过托板与钢带导致的锚杆支护失效问题,在实验室完成了锚杆、托板、钢带和螺母等支护构件配合的力学性能试验.试验表明直径20 mm的螺纹钢锚杆杆体性能稳定,破断载荷均在186 kN,杆体和螺母的螺纹配合完好,顶圆底四方螺母能与托板和钢带很好地配合,外接圆直径为38 mm的六方螺母与托板和钢带不能很好地配合.深井高应力破碎围岩条件对锚杆支护系统中的锚杆、锚固剂、托板、钢带和螺母等构件的力学性能配合要求高,它们的力学性能应基于锚杆的破断力合理配套.     

下沟矿特厚煤层锚杆支护实践

为研究适用于下沟矿特厚煤层受采动影响巷道合理的锚杆支护技术,通过理论分析、数值模拟与工程实践相结合,总结出一套较为成熟的锚杆支护技术采用高预紧力使锚杆产生的有效压应力区覆盖顶板,充分发挥锚杆的主动支护作用;顶板角锚杆最好垂直布置,最大施工角度不应超过10°;钢带可以使锚杆形成的有效压应力区显著扩大,彼此相互连接,形成连续的有效压应力带;锚索可将锚杆支护形成的次生承载结构与深部围岩相连,提高次生承载结构的稳定性,且通过高预紧力与锚杆形成的压应力区形成骨架网络结构,保持围岩完整性。     

基于松动圈现场测试的非对称变形巷道支护技术研究

针对山西省吉宁煤矿2103高应力综采沿空巷道帮部非对称变形、顶板下沉严重等矿压显现突出及围岩体破碎的问题,以巷道围岩松散破碎的超声波探测为依据,在原有支护形式的基础上进行了支护形式及参数优化.其中,临空侧采用高强蛇形让压锚杆配合锚索,实体煤侧采用玻璃钢锚杆,顶板采用锚网索配合JW型护表钢带的联合支护形式.巷道锚杆受力、...     

锚索支护传力机制与应力分布的数值模拟

采用FLAC^3D对锚索预应力在巷道围岩中形成的应力场－锚索预应力场分布特征进行了数值模拟.结果表明：在一定预应力条件下,单根锚索在其周围形成了类似“心”形的压应力分布区域,压应力在锚索尾部附近最大,锚固起始处附近次之,锚索自由段中部较小.锚索锚固段附近出现了拉应力区,但拉应力值很小;多根锚索形成的压应力区相互叠加,并连成一体,形成类似“鼓”形的整体支护结构,锚索预应力及主动支护作用扩散到大部分锚固区域.锚索预应力场分布形态与锚索长度、间距、排距、安装角度、预应力的大小及组合构件有关.     

松软煤层小煤柱巷道变形机理及支护技术

为解决天池煤矿小煤柱巷道变形严重问题,分析了邻近工作面采空后本工作面煤体内垂直应力分布情况。发现是侧向支承压力与超前采动应力叠加导致巷道围岩应力水平提高,同时锚杆(索)支护范围小和护表构件刚度低使巷道支护强度不足以抵抗围岩变形力。提出了增加锚杆(索)长度、提高锚杆预紧力、采用钢筋网和T型钢护板护表的新型支护方案。实践表明,新支护方案实施后,巷道两帮移近量相对降低50%以上,控制效果较好。