巷道顶板锚固体应力波传播特性数值试验与应用

煤矿巷道顶板树脂锚杆锚固质量应力波法无损检测的实质在于准确测试并分析应力波的传播特性,目前对锚固体中应力波传播特性的认识并不全面。本文数值计算不同围岩类型、不同岩层组合、不同密实度、不同工作载荷锚固体模型中应力波的传播特性。数值计算结果表明锚固体不同失稳模式下的波导特征存在差异性,即:锚固体中波速与围岩岩性具有很好的相关性,依据波速可识别围岩岩性;层状锚固体围岩分界面处应力波发生反射,根据反射特征和反射时间可确定岩层属性和位置;提出一种依据底端反射波幅值比判断密实度的方法;围岩越"坚硬",锚杆横向振动固有频率越大,且高阶固有频率与轴向工作荷载近似呈线性关系。利用开发的无损检测仪现场测试分析了顶板锚固体中应力波的频率域曲线,依据测试的横向振动频率曲线可判别顶板锚固体的失稳模式,对于易失稳的顶板便于采取及时主动加固措施避免灾害发生。     

动载扰动下巷道锚固承载结构稳定性影响因素分析

针对冲击地压巷道锚固承载结构破坏机理的复杂性和变形影响因素的多样性,基于响应面法试验设计和数据分析功能,采用有限差分数值软件动力模块,定量化研究围岩强度、震源距离、震源强度、原岩应力、支护强度等单一因素以及多因素交互作用对巷道锚固承载结构变形的影响规律.结果表明:单一因素和多因素交互作用对锚固承载结构变形都有显著影响,单因素影响程度依次为围岩强度>震源强度>震源距离>原岩应力>支护强度;通过增大震源传播距离、增加动载衰减系数、提高支护强度、增加围岩自承载能力、减小静载应力集中均可以有效降低冲击地压巷道锚固承载结构的变形量;多因素交互作用下巷道锚固承载结构的破坏模式可分为锚杆断裂型、锚固脱黏型、岩体主导型和复合型.针对不同的破坏模式,提出高冲击韧性锚杆全长预应力支护、"外锚内注"和"深部卸压-浅部强支-巷表防护"等控制技术.研究结果可为冲击地压巷道锚固承载结构稳定性控制提供理论依据.     

冲击载荷作用下锚固围岩损伤破坏机制

为研究冲击地压巷道锚固围岩损伤破坏特征,以实际发生冲击失稳的巷道为例,分析了冲击载荷作用下锚固围岩动载响应特征,现场测试了冲击载荷作用后围岩损伤、锚固界面损伤及锚固性能,对比分析了冲击载荷前后锚杆力学性能。研究结果表明:冲击载荷作用下,巷道锚固围岩和锚杆与锚索受反复压拉压作用,导致锚固系统锚固性能降低与失效;冲击载荷作用后,巷道围岩节理、裂隙发育,完整性差且强度大幅降低,锚固性能劣化或失效;锚杆支护材料性能降低,杆体延伸率降低13. 8%,抗拉强度降低6. 6%,冲击吸收功降低24. 3%,锚杆产生塑性变形,晶粒扭曲、畸变,微观金相组织紊乱。采用锚固注浆、高预应力全长锚固以及高强度、高伸长率、高冲击韧性锚杆与锚索联合支护,可以有效提高冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性。     

多类型复合顶板锚杆预应力场分布特征及支护优化

针对煤矿巷道顶板岩层结构的多样性与复杂性,通过大范围顶板原位强度测试和围岩结构窥视,对巷道顶板结构类型进行划分,对比分析了不同顶板类型和锚固参数下锚杆预应力场的分布特征,对复合顶板巷道锚固参数进行了优化,结果显示:晋能集团阳泉矿区主采煤层巷道顶板类型可分为软弱型、软硬相间型、下硬上软型和硬软相间型;无论是单一岩层还是复合岩层,锚杆预应力整体上呈“两拉一压”的分布特征;在复合岩层中,层理面是阻碍锚杆支护应力传递的主要因素,层理面越多,形成的有效压应力范围越小;通过施加高预紧力和使用大护表构件,可以有效扩大锚杆压应力区范围;通过调整锚固长度或锚杆长度,使层理面位于压应力较高的区域,可以有效避免巷道顶板垂向离层和水平错动。以软弱型顶板巷道为例,开展复合顶板巷道围岩锚固支护优化现场实践,验证了理论研究的可行性。     

深部回采巷道锚杆(索)防冲吸能机理与实践

为解决深部冲击地压巷道大变形、支护体失效破断难题,以义马常村煤矿21220下巷典型冲击地压巷道为试验现场,采用井下调查、室内试验及理论分析等相结合的方法,分析了冲击载荷下巷道围岩变形破坏机制、高冲击韧性锚杆(索)防冲吸能机理及其应用效果。结果表明:深部回采巷道易冲击大变形的主要原因在于高叠加集中应力,使厚层坚硬岩层释放高积聚弹性能,而现有支护结构强度低、吸能特性差及无法协同防冲,导致支护结构各个被击破而失效;与传统支护材料相比,高冲击韧性锚杆(索)强度高、吸能能力强,合理布置锚杆(索)支护参数可提高其协同防冲的工作区间,通过支护系统吸收冲击地压释放的能量,降低剩余能量对巷道围岩的破坏效应。研究成果在井下进行了工业性试验,试验结果表明:新开发的高冲击韧性锚杆破断载荷342 kN,冲击吸收功166 J,高强锚索破断强度1 770 MPa,伸长率8%,高强金属网静载荷承载能力15.7 kN,单位面积吸收能量达到2.2 kJ/m²。冲击载荷作用下,锚杆和锚索分别在各自安全可靠工作区间内承载,锚杆和锚索轴力呈锯齿状波动,但高冲击韧性支护材料均未出现脆性断裂失效。巷道两帮移近...     

淮南矿区地应力场分布特征及其演化过程

本文提出一种水压致裂和应力解除地应力测试之间数据转换和有效性验证的方法，统计得到了淮南矿区500～1 050 m埋深范围内84组有效地应力测试数据，绘制地应力分布矢量图，结合淮南矿区地质构造特征和历次构造运动，回归分析了淮南矿区地应力场分布特征及其演化过程，得出如下结论：淮南矿区地应力场类型整体为构造应力场，应力场量级以高应力场为主，局部属于超高应力场；随着埋深的增加，最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力量值逐渐增大，水平应力增加幅度小于垂直应力，应力场类型表现出由构造应力场向自重应力转变的趋势；淮南矿区多数测点最大水平主应力方向为NEE-WE向，局部为NW-SE向，区域构造主应力场方向大部分继承了喜马拉雅运动期的NEE-EW向，局部保留了燕山运动中期的NWW-SEE向；新生代松散层在煤系地层堆积，决定了垂直应力的大小。