巷帮-支护体本构模型及长螺纹扩帮锚杆研究

基于螺纹钢锚杆拉伸试验与巷帮围岩深部位移变形监测,建立了锚杆安装后的本构模型与巷帮围岩峰后强度区、塑性区以及弹性区的本构模型,并分析了锚杆参数对巷帮围岩本构模型的作用效果。结果表明：当锚杆安装后的锚固段位于弹性区围岩时,锚杆能同时控制巷帮峰后强度区与塑性区的变形,且能保证锚固段强度。针对大变形巷道中,锚杆长度不足,锚索延伸率较低,片帮或扩修后支护材料失效的难题,新研发了长螺纹扩帮锚杆。该锚杆具有“锚固点深”、“延伸性好”和“多次复用”的特性,且特有的长螺纹段可解决巷道片帮和扩修后需要补打锚杆锚索的难题。     

对接长锚杆在深井大采高窄煤柱巷道支护中的应用

为解决深井大采高窄煤柱巷帮破碎深度大和锚索延伸率低的问题,提出了采用巷顶对接长锚杆取代锚索,巷帮刚性长螺纹对接长锚杆取代短锚杆的支护技术。基于现场实测和FLAC3D数值模拟确定了对接长锚杆支护方案,优化了锚杆支护参数,并进行了现场对比试验,结果表明:锚索支护效果与顶板下沉量有很大关系,由于锚索支护强度高,但在顶板下沉量超过锚索延伸量时,大量锚索发生破断、失效,然而对接长锚杆均无破断现象,起到了较好的支护作用;帮部刚性长螺纹对接长锚杆支护在掘采期间均能较好地控制两帮移近量,并缩短了两帮变形稳定时间。     

深部软岩巷道巷帮长锚杆支护技术

为了解决深部软岩巷道巷帮变形大、扩帮后需补打锚杆的问题,在赵固二矿1105工作面回风巷两帮进行了围岩破坏规律研究,结果表明,煤壁、煤柱帮的深部裂隙扩展区范围可达3.3 m,巷帮破坏深度较大,常规锚杆长度小,锚固段不能锚固到深部稳定的区域,难以有效支护巷帮。通过对长锚杆结构、力学性能及优越性分析,认为长锚杆更能有效控制深部软岩巷帮变形,据此,提出了巷帮长锚杆支护技术。在赵固二矿1105工作面回风巷的现场应用也表明,巷帮采用长锚杆支护技术后,两帮移近量较小,达到40~70 mm后即趋于稳定,长锚杆锚固力最终稳定在140~150 k N,支护效果良好。     

深部巷道长锚杆支护技术研究及应用

分析了深部巷道围岩变形破坏特征主要为围岩变形量大、变形具有持续性和不可控性,提出采用长锚杆支护技术进行深部巷道的支护。数值模拟分析了不同支护系统巷道围岩的塑性区分布,结果表明:深部条件下巷道塑性区范围较大,加大支护强度对塑性区改变较小,普通锚杆锚索支护不再适用;深入研究了长锚杆的围岩控制机理,并说明了其在深部大变形巷道支护中的优越性。现场工业性试验表明,采用长锚杆支护后,围岩控制效果更佳,且帮部长锚杆在扩帮时能够被重新利用,支护效果较好。     

长锚杆(索)在破碎顶板巷道的应用

为了提高软岩破碎顶板巷道支护效果,减小巷道二次维修量,降低巷道支护成本,实现锚杆"三高一低"的支护要求,对铁峰煤矿408回风巷掘进过程中所受应力进行分析,提出了长锚杆支护技术。通过实际应用发现,大锚杆(索)支护技术实现了顶板连续梁作用,降低了巷帮支撑应力作用,减少巷道二次维修成本费用,取得了显著成效。     

可接长锚杆及其在巷道顶板支护中的应用研究

对于大变形巷道,由于顶板下沉量较大,容易造成锚索破断或支护失效。为避免巷道顶板事故的发生以及多次补强支护,研发了一种适用于大变形顶板的可接长锚杆,由左旋螺纹钢金属杆体、杆体墩粗连接头、杆体连接螺栓及锚尾螺纹组成。经过现场试验,其表现出与相同直径的普通螺纹钢锚杆同样的力学性能。在神东集团保德煤矿进行现场试验,并对试验巷道进行顶板深基点位移监测和可接长锚杆轴向受力监测。监测结果表明,可接长锚杆可以与顶板围岩同步变形,避免了因锚索伸长率低而被拉断进而引起的冒顶事故,可接长锚杆能够较好的控制大变形巷道顶板的下沉变形。同时,对其支护成本进行了分析,结果表明,用可接长锚杆取代锚索进行补强支护,可以大幅降低巷道的补强支护成本。     

锚杆锚索协同支护技术及实践

通过分析张双楼煤矿深部巷道围岩失稳机理,提出采用锚杆、锚索协同布置方式,从提高锚索预紧力、增打帮锚索、改进金属网连接工艺等多方面进行了支护参数的优化。现场应用证明,优化后巷道表面位移量大幅减小,大幅减少了锚杆失效和网兜隐患,避免了巷道反复扩修,保证了安全生产,支护成本降幅也十分明显。锚杆锚索协同支护技术的应用,取得了较好的围岩控制和降本效果。     

近距离煤层采空区下回采巷道围岩控制技术研究与应用

为对近距离煤层采空区下12509工作面皮带巷的围岩控制技术进行研究,在对2#煤进行围岩地质力学测试、可锚性试验分析及锚杆支护理论的基础上,根据巷道顶板与上位采空区间厚度的变化,采用三种支护方式结合对巷道围岩进行控制,并通过矿压监测对支护效果进行分析。结果表明:在巷道实施三种联合支护方案后,12509工作面皮带巷的表面位移能够满足巷道掘进与回采期间的变形要求,锚杆、锚索的受力状态比较稳定,顶板无离层现象,该支护方案能有效控制巷道围岩变形。     

跨采岩巷关键部位非均匀加固技术及工程应用

分析了跨采岩巷受采动影响的失修变形机理,提出了跨采过程中对该巷道的两顶角和两帮底采用"锚杆 关键部位加强支护"的锚注支护技术,即顶角处补打小孔径预应力锚索,帮底增加一定角度的底角锚杆,同时对巷道实行水泥水玻璃浆液的注浆加固技术.此外,根据巷道与上方跨采工作面距离的大小及围岩破碎的地质条件及时调整锚杆、锚索的排距参数,形成非均匀加强支护.监测结果证明了加固支护技术对同类巷道支护参数的确定或受采动影响严重需加固支护的巷道有借鉴意义.     

张拉高预紧式锚固体强度强化机制研究及工程应用

针对平煤四矿己₁₅-23090运输巷扩帮后锚杆无法重复预紧、锚固体强度减弱等问题,提出了新型张拉预紧式锚杆配套设备,研究预紧力对锚杆锚固性能的影响。通过数值模拟、单轴压缩试验,分析不同预紧力下,岩体强度及内部裂隙发育特征得出:(1)张拉高预紧式锚固体可有效提高岩体的峰值强度和残余强度,增强其极限承载能力;(2)高预紧力能约束内部张拉和剪切裂隙的发育,提高了岩体的整体性。巷道试验后,张拉锁具使锚杆预紧力普遍达到60kN以上,使用锁具紧固锚杆后,巷道帮部位移量比原支护方式减少了44.3%,解决了扩帮后锚杆因尾部螺纹长度不足而无法重复预紧的问题,降低了施工强度及支护成本。     

高强度锚杆失效原因分析及对策研究

介绍了赵固一矿开拓大巷应用高强度锚杆支护的情况,对部分高应力集中巷道高强度锚杆失效的原因进行了分析.通过增加锚杆体强度,发挥锚杆高强支护和锚网索联合支护的作用,发挥工程监测技术作用,进行动态支护设计等措施,改善了巷道的支护效果.     

软岩巷道高强锚杆辅助锚注支护机理及应用

基于软岩巷道变形破坏规律,对高强锚杆辅助锚注支护加固机理进行了研究分析．采用有限差分软件FLAC^2D,对深部软岩巷道使用普通锚喷支护、高强锚杆支护和高强锚杆辅助锚注支护前后围岩变形破坏规律进行了数值模拟,对锚注支护前后围岩的位移及塑性区的变化情况进行了系统分析,并与现场实测结果进行了对比．结果表明,锚注支护利用锚杆与注浆相结合的方法,显著提高了围岩的强度和承载能力,极大地提高了软岩巷道的支护效果,扩大了锚杆的使用范围,能有效控制软岩巷道的围岩变形,具有显著的经济效益．     

高强让压锚杆支护效果数值模拟研究

高强让压锚杆支护就是在高强锚杆托盘和螺母之间加一让压环,通过让压环在一定压力下的变形使围岩卸压,可有效地控制住复杂难支护巷道的大变形.采用大型三维岩土工程数值模拟软件FLAC3D,对高强让压锚杆支护前后围岩变形破坏规律进行了数值模拟,对高强让压锚杆支护前后围岩的应力、位移及锚杆轴力的变化情况等进行了系统分析.结果表明,高强让压锚杆支护显著改善了巷道支护效果,有效地控制了复杂困难巷道的损伤变形.     

新型树脂式可回收锚杆支护效果分析

为了既能满足回采巷道的支护强度,又能在采煤机截煤前撤除工作面煤帮的锚杆,介绍了新型树脂式可回收锚杆的结构组成,分析了其锚固特性和支护机理,对锚固力和支护效果进行了数值模拟,并进行了井下锚固力测试、回收性能试验和巷道变形监测。结果表明:新型树脂式可回收锚杆的杆体强度高,锚固力可靠,对岩性适应范围广,控制围岩效果好,安装回收方便,回收率高,能够满足回采巷道的支护要求。     

巷道锚杆尾部破断机理及合理结构的设计

应用材料力学理论,阐明了锚杆支护时锚尾一定受到偏心载荷作用和顶板锚杆破断的机理.通过理论分析和实验,提出了一种防止锚尾破断的新型锚杆,以及锚杆结构形式和加工制造工艺.论述了杆体直径与锚尾螺纹直径的合理级配关系,比较了金属粗尾锚杆和普通锚杆在不同载荷作用下的挠度值.证明了新型粗尾锚杆可以解决顶板锚杆破断问题.     

锚杆预紧力对煤矿巷道支护效果的响应特征研究

为从理论上揭示锚杆预紧力对巷道支护效果的作用机理,针对锚杆支护岩石巷道,建立了分析巷道围岩力学特征的理想弹塑性应变软化模型,获得施加预紧力锚杆支护后巷道围岩位移、应力分布的解析表达式,从理论上表明:提高锚杆预紧力对控制巷道围岩变形及改善巷道周边围岩的应力状态有积极的作用,有利于保持巷道围岩的稳定。并结合现场实际研究了锚杆预紧力对巷道支护效果的影响关系,研究成果对分析锚固作用机理及进行锚杆支护设计具有指导意义。     

基于FLAC3D的煤矿巷道锚杆支护技术研究

对煤层及顶底板围岩基本情况进行简要介绍的基础上,利用现场试验方法测量得到了锚杆的拉拔力。基于FLAC^3D软件程序分析了锚杆排距对巷道围岩稳定性的影响规律,发现当锚杆排距和间距为1.10 m和0.95 m、锚杆长度为2.40 m时,巷道围岩具有良好的稳定性并且施工成本最低。根据模拟分析最优结果,对锚杆支护技术方案参数进行了详细设计,两帮部位分别设置3根锚杆,顶板部位设置6根锚杆和2根锚索,同时利用金属网进行防护。将设计的锚杆支护技术方案应用到实践中,对各项围岩稳定性指标进行连续监测发现,支护效果良好,能够确保煤矿生产的安全性。     

千米深井巷道围岩强化动态控制技术研究

对朱集矿千米深井软岩巷道的支护形式进行了研究,通过对锚架注联合支护下巷道的破坏原因分析,并结合巷道收敛位移监测结果、巷道破坏形态观测,得出结论:千米深井软岩巷道采用锚架注联合支护方式能适应高应力软岩巷道压力和变形的需要.     

超高强热处理锚杆开发与实践

我国煤矿锚杆强度偏低，对冲击吸收功没有指标要求。通过对煤矿井下锚杆破断情况调查及分析，发现锚杆破断强度低、夹杂物含量高、冲击韧性不足、抗冲击能力不够是造成杆体脆断的重要原因，冲击韧性值低是发生脆断的材质内在因素。介绍了超高强热处理锚杆的主要工艺，对超高强热处理锚杆材料进行了拉伸、拉扭弯及力学性能实验室试验，数据显示这种材料在受拉、扭、弯的情况下可以承受较高的载荷，特别是冲击吸收功指标，是热轧强力锚杆的数倍。在潞安集团漳村煤矿动压巷道进行了井下现场试验，对超高强热处理锚杆受力情况进行了监测，锚杆施加预紧扭矩后初始预紧力为52~98 kN，受力稳定后最大受力为223 kN，小于其破断极限，矿压监测数据表明，支护系统有效地控制了围岩的变形，支护效果良好。     

冲击巷道锚网支护参数优化研究

本文以华亭煤田巷道支护为工程背景,基于工程地质条件,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,对巷道进行锚杆与锚索联合支护的数值模拟及参数匹配。在动力学条件下,对华亭煤田巷道的锚固支护进行研究,总结巷道开挖和支护中围岩变形的规律,揭示锚固支护机理。结合理论分析,在对锚杆、锚索联合支护设计的基础上,采用FLAC2D软件进行数值模拟计算,分析支护前后围岩位移变化情况,并揭示破坏机理。以顶底板和两帮相对移近量作为第一组指标,以锚杆(索)受力和变形作为第二组指标,对支护方案进行优化。