锚杆锚索联合支护数值模拟及现场应用

分析锚杆锚索联合支护作用机理.根据现场实测围岩参数,采用FLAC3D有限差分计算软件建立相应数值分析模型,模拟不同锚杆间距、不同锚索数量下的锚杆锚索联合支护效果,得出合理、经济的锚杆间距和锚索数量.并与现场试验相比较,验证了模拟的正确性.研究结果对类似巷道的支护设计有一定指导作用.     

巷道交岔点合理支护参数正交优化

为了寻求交岔点巷道合理的支护参数,基于正交设计试验,采用数值模拟软件Flac3D对不同围岩强度下交岔点巷道的支护参数进行了数值模拟分析,并对试验结果进行了极差和方差分析.研究表明:巷道交岔点应选取在侧压系数小于1的围岩内;围岩强度较低时,巷道支护参数的变化对围岩稳定性影响较大;锚杆支护可有效改善交岔点的稳定性,锚索在巷道围岩变形大且塑性区厚度小于锚索长度时支护效果才会比较明显.     

预应力桁架锚索支护模拟分析与应用

为有效控制煤矿巷道围岩变形,提出了预应力桁架锚索支护方案,利用有限差分软件FLAC进行了数值模拟,优化了桁架锚索角度、长度及锚索孔口与煤帮距离,并将研究结果应用于现场实践中,顶板下沉量被控制在120 mm以内,表明桁架锚索能有效抑制巷道围岩的变形破坏。     

STUDY OF DOUBLE-CABLE-TRUSS CONTROLLING SYSTEM FOR LARGE SECTION COAL ROADWAY OF DEEP MINE AND ITS PRACTICE

 针对深井大断面煤巷围岩支护过程中出现的顶帮大变形控制难题,综合现场调研、数值模拟、理论分析、井下试验及现场实测,分析围岩变形破坏特征,提出高应力大断面巷道围岩控制系统--双锚索桁架,并对其组成结构、控制机制、支护优越性、应力场分布特征、关键支护参数等进行系统化研究,得出：(1) 深井大断面煤巷围岩变形特征为：移近量大、敏感系数高、变形具有持续性及破坏针对性强;(2) 新型双锚索桁架控制系统在巷道围岩中形成厚承载层和梯次锚固体结构,提高锚固岩层抗拉(剪)强度,保障巷道围岩和支护结构的稳定性;(3) 模拟得出双锚索桁架在岩层中形成垂直顶板(帮)均匀预应力带,预应力分散度低,影响范围集中于锚索锚固点区域3～5 m处;(4) 详细介绍井下运用双锚索桁架控制系统的一典型深井大断面煤巷成功实例。研究成果在邢东矿区获得全面应用,对类似条件工程的支护技术具有一定的理论意义和实用价值。     

预应力锚索支护参数优化研究及在金川二矿区的应用

针对金川二矿区深部高应力采场巷道支护面临的困难,研究采用了以预应力锚索为主要支护手段的综合控制技术,并在1178m分段巷道进行了现场试验研究。首先,基于工程经验,确定了长锚索支护的初步设计参数;然后,采用了数值分析方法,进行了正交数值试验和支护参数的优化设计,由此表明,对Ⅲ类偏上的围岩（RMR为40）和受中等采动影响（β=1．20）,预应力锚索长度应为6．5m;对于受剧烈采动影响的1178m分段巷道,采用6．5m长锚索支护,其稳定安全系数达到1．28,故5．5m～6．5m长的锚索可满足分段道的稳定要求。     

金川深部高应力巷道锚喷支护设计与数值模拟技术

针对金川深部高应力巷道变形特征,首次提出了以预应力锚索为支护手段的综合控制技术,为预测支护效果和支护参数优化,进行了高应力挤压碎裂蠕变围岩的锚喷支护巷道稳定性数值分析研究。首先给出了综合控制技术中的两次支护型式和参数;然后,考虑巷道围岩的碎裂蠕变特性,研究采用了分段线性软化模型和剪胀特性参数,并探索提出了锚固体支护强度指标,定量考虑锚固围岩的强度效应;最后,采用提出的计算模型和分析方法,进行了1178m分段道数值模拟和参数优化,取得了较好的分析效果。     

中空注浆锚索技术在软岩高地应力巷道的应用

针对清水营煤矿软岩巷道围岩失稳变形严重现象,本文主要对失稳原因进行分析总结,提出以中空注浆锚索补强加固为主的支护方案。文章介绍了中空注浆锚索支护原理,进行了中空注浆锚索支护试验,发现巷道顶板和帮的位移变形明显减小,变形量得到有效控制,减小了围岩的松动不稳定范围提高了巷道的持续承载能力和稳定性取得了良好的支护效果。     

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统现场试验对比研究

针对巨野矿区深部高地应力厚顶煤巷道支护特点,以“先抗后让再抗”支护理念为指导,研制高强让压型锚索箱梁(PRABB)支护系统。该系统具有预紧力损失小、定量让压、支护力传递效果好、护表面积大等特点。分别以箱型支护梁和矿用12#工字钢为托梁设计了横梁、纵向单梁和纵向双梁共6种支护系统。以赵楼煤矿深部厚顶煤巷道为工程背景,利用数值试验对其支护效果进行初步分析,并在3302工作面顺槽进行6种支护系统的现场试验对比研究。现场试验结果表明：(1) 相对于原支护方案,6种锚索梁支护系统均能有效控制巷道围岩变形;(2) PRABB支护系统试验段巷道支护效果整体优于工字钢锚索梁方案,前者围岩变形量比后者小15%～25%;(3) 纵向单梁支护系统对巷道围岩的控制效果最好,纵向双梁支护系统次之,横梁支护系统相对较差。根据试验结果对钢梁不同布置方式的围岩控制机制进行分析表明：纵向单梁支护系统可有效控制厚顶煤巷道顶板关键部位的变形,调动围岩自承能力,使巷道变形得到较好控制。在深部厚顶煤巷道支护时,采用PRABB支护系统纵向单梁方案,可达到经济有效控制巷道围岩变形的目的。     

超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术

为解决超千米深井巷道支护难题,以新汶矿区深井巷道为工程背景,分析深部矿井地应力、围岩强度与结构等地质力学参数分布特征,超千米深井巷道围岩、支护体变形及破坏状况。采用UDEC数值模拟软件,研究不同支护方式与参数下超千米深井岩巷围岩变形、破坏特征与支护作用。基于实测与数值模拟研究结果,确定新汶华丰矿-1180回风大巷采用全断面高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合支护加固方式。详细介绍-1180回风大巷支护井下试验,包括支护参数设计、支护材料、底板注浆锚索施工工艺及矿压监测结果。通过分析围岩位移、顶板离层及锚杆、锚索受力监测数据,评价回风大巷支护效果。井下试验表明:高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合加固技术,能够有效控制超千米深井岩巷大变形,保持围岩长期稳定。最后,针对井下试验中存在的问题,提出改进意见。     

典型地质条件深部岩巷锚索合理支护长度和形式的选择

用淮北矿区的许疃煤矿3238底抽巷工程作为模型,使用FLAC3D软件模拟的方法对数值进行分析,进而分析地下巷道围岩松动破碎变形情况并建立数值计算模型。针对淮北矿区典型地质条件,依据地质条件差异、荷载差异,模拟计算岩性为泥岩时锚索的合理支护形式和长度。结果表明,围岩岩性为泥岩时,锚索长度可由l=6 300 mm减少至l=1 300 mm。所得结论可为今后类似巷道工程支护提供设计参考。     

沿空巷道围岩变形破坏机理及控制研究

回采条件下沿空留软岩巷围岩变形与破坏是目前深地资源开采中面临的主要问题。通过室内试验方法获得岩石的基本力学参数和不同围压作用下岩石的破坏特征,通过对回采巷道破坏机理和围岩的力学性质研究,提出了可靠的支护结构方案。研究成果表明:根据采空区巷道围岩的力学特性,发现了深部开采软岩巷道的破坏规律;通过采集施工现场的岩样进行室内试验研究,提出了沿空留巷的有针对性的设计方案,以锚杆和锚索为主,共同提供支护强度。     

三维锚索与巷帮卸压组合支护技术原理及工程实践

煤巷锚杆支护技术在顶板较完整的简单条件下应用很成功,普通锚索的作用主要表现为将下部锚杆支护形成的锚固承载结构整体悬吊于深部围岩中,起强化支护作用,对于顶板中存在稳定岩层的煤巷,它的作用非常明显;但当巷道顶部岩层为厚及特厚松软煤层时,还未见成熟的锚杆锚索支护技术。本文首次将三维锚索应用于煤矿煤层巷道的支护中,并从力学的角度,重点论述了三维锚索的支护原理;再辅助于巷帮卸压技术,三维锚索支护技术能解决松软厚煤层、特厚煤层沿底施工一次采全厚巷道支护的难题。在实践应用中,这项技术产生了巨大的经济效益和社会效益,在类似巷道极具推广价值。     

深部高应力动压巷道支护方法研究

深部高应力巷道的支护方法是目前的工程难点问题。中平能化集团十二矿31010己15煤层皮带巷和回风巷埋深超过1 000m,同时将承受上部保护层开采的动压作用,巷道稳定性不易控制。首先通过地应力测试和围岩松动圈测试,得知巷道为高地应力环境下大松动圈巷道;之后通过三维数值计算分析,获得了上部保护层开采过程中下部巷道的矿压显现规律,得知巷道将受到高应力动压作用。针对此巷道高应力动压特点采用卸压让压以及高强锚索的联合支护方法,即在围岩卸压让压的基础上采用高强锚索进行加强支护,同时采用单体柱进行局部临时加强支护。现场工业试验结果说明卸压让压以及高强锚索组成的联合支护系统可用于深部高应力动压巷道的稳定性控制。     

无煤柱自成巷短臂梁顶板补偿支护力设计方法及其影响因素分析

为实现无煤柱自成巷开采条件下短臂梁顶板结构安全稳定，研究短臂梁顶板结构平衡机制及其动态演化机制，明确锚索的补偿支护作用机制，利用Hoek-Brown强度准则和塑性力学中的上限分析方法分析锚索支护作用下短臂梁顶板围岩的冒落破坏机制，推导短臂梁顶板在摩擦垮落、动压影响、成巷稳定3个阶段的锚索补偿支护力计算公式，形成无煤柱自成巷短臂梁顶板补偿支护力设计方法。在此基础上，建立敏感性分析指标，分析不同参数对锚索补偿支护力的影响程度。研究表明：围岩应力、切缝参数、巷道宽度是锚索补偿支护力的主控因素，其中围岩应力为最敏感指标，据此提出短臂梁顶板稳定性控制相关工程建议。研究成果在新泰煤矿N00工法5101工作面运输巷进行了应用，现场应用效果良好。     

厚泥岩复合顶板煤巷围岩控制技术研究

 针对首山一矿11061工作面运输平巷厚泥岩复合顶板强度低、无稳定承载结构、顶板下沉量大的问题,通过监测巷道围岩破坏及离层发育,统计巷道破坏具体形式,分析得出复杂应力条件下厚泥岩复合顶板巷道破坏的力学机制。基于普氏拱理论,结合现场具体支护和破坏状况,提出“预应力锚杆+锚索承载结构,配合原生裂隙区域注浆加固”的改进支护方案：预应力锚索(杆)形成的主、次承载结构协同作用,在两承载层间的泥岩顶板形成压缩区限制离层发展;布置倾斜锚索与垂直锚索,限制巷道顶帮角处围岩塑性区扩展,防止锚索锚固点所在岩层破断失去承载能力。依据塑性圈理论和数值模拟等手段,确定锚杆、锚索等具体支护参数,利用分区注浆加固泥岩强烈膨胀与松动破坏区域。数值模拟和现场工程实践的结果表明：与原支护方案对比,改进的支护方案巷道变形量减少约50%,巷道围岩完整程度明显提高,有效地控制了厚泥岩复合顶板变形与破坏。     

阳坡泉煤矿10号煤层回采巷道支护设计

分析了阳坡泉煤矿10号煤层的赋存条件和现有回采巷道的使用现状,确定该矿回采巷道顶板为复合顶板,巷道支护形式采用"金属网+预应力锚杆+W钢带+锚索补强"的锚固支护方式。通过理论计算得出了巷道两帮和顶板的松动破坏范围,在此基础上确定了锚杆和锚索支护参数。工程实践表明,阳坡泉煤矿10号煤层回采巷道使用过程中巷道顶帮变形小,支护形式和支护参数合理,满足综采工作面安全生产的要求。     

软弱半煤岩巷围岩的变形机制及控制原理与技术

 以广西百色东笋煤矿为工程背景,针对力学强度较低的半煤岩巷道难支护问题,采用现场调查、室内试验、岩体测试与监测、数值计算、理论分析和工业试验等手段进行变形机制和控制技术等研究。首先,通过巷道变形情况的调查发现,东笋矿区半煤岩巷呈现大变形特点,变形主要出现在巷道的两帮,以中下部最为严重;进行围岩裂隙窥视与实验室力学试验,可知,巷道岩体强度较低,遇水崩解、膨胀,松动圈可达到4 m左右。然后,分析岩煤巷道破坏的主要原因与变形特点,认为支护失效与巷道失稳的主要路径为：围岩强度较低→节理裂隙发育(外界环境及扰动作用下)→碎胀变形→应力叠加及流变→大变形;最后,分析该类巷道的支护原理,提出以“桁架锚索”为核心的“锚、网、索、梁”综合支护技术。理论分析表明关键在于帮部的支护,即桁架锚索,桁架锚索既起到力传递作用,又增大帮壁煤岩体的受力面积,提高支护刚度。根据煤岩体变形与桁架锚索受力特点,设计一种反扣装置,该装置能提高锚索桁架钢的抗弯矩能力。应用表明,该综合支护技术能发挥“固帮”“强顶”和“抑底”等作用,从而达到全方面地提高巷道的稳定性。     

长春市某深基坑工程的预应力锚索轴力分布研究

为了研究预应力锚索的轴力分布及轴力损失规律,本文以长春市某深基坑支护工程为依托,利用Midas GTS NX有限元软件建立有限元模型,并将模拟分析的结果数据与预应力锚索轴力监测的测量数据进行了对比,得到的二者结果基本一致,这说明运用Midas GTS NX有限元软件进行深基坑支护锚索轴力数值模拟具有一定可行性。结果表明:在施加锚索过程中,锚索轴力分布类似锥形,轴力在自由段内最大,进入锚固段后逐渐减小并趋近于0,说明锚固段超过一定长度就不发生作用。对于多排锚索,上排锚索的轴力将因下排锚索施加而减小,土体开挖也会产生较大的轴力损失,为减小轴力损失、避免轴力损失产生的影响,设计时可适当提高轴力设计拉力值。     

复杂条件下交叉点巷道支护技术研究

交叉点是巷道支护工程中的难点,复杂条件下其支护难度更大。受集中应力影响,交叉点巷道顶板易下沉,巷道中间岩柱易破坏,普通的支护方法无法有效的控制交叉点围岩的变形。根据交叉点巷道破坏机理,提出了新的支护方法。用空间锚索桁架支护交叉点巷道,为巷道顶板提供全方位的支撑力。巷道中间岩柱是交叉点天然的支护体,用锚索贯穿岩柱,锚索上施加预紧力,为其提供水平方向的约束力。运用有限元分析软件对新的支护方法进行建模计算,验证其合理性。淮北临涣矿东部I9煤仓附近3号交叉点采用普通的支护方法,巷道围岩受动压影响出现局部破裂。该交叉点采用新的支护方法后,变形监测结果表明,巷道围岩的变形得到了有效的遏制。     

TBM掘进煤矿深井巷道锚杆支护设计

全断面掘进机（TBM）近年来在煤矿深井巷道掘进工程中应用日趋广泛。TBM掘进具有施工安全性好、掘进速度快、用工人数少、施工环境好等优点,因此,巷道的锚杆支护的合理性也显示出重要性。文章以淮南矿区某矿开拓大巷为背景,通过理论计算进行锚杆支护参数和锚索支护参数的计算,得出安全可靠的支护参数,为锚杆支护提供理论支持。