长期载荷作用下柔性锚杆力学特性及工程应用

以联合强化支护为主的控制技术是当前深部煤巷围岩控制的主要手段,复杂化的支护形式明显降低巷道掘进效率,采掘矛盾突出,已成为制约煤矿高效生产的普遍性难题。而不受巷道高度限制且能实现快速安装的柔性锚杆已在静态拉伸下表现出良好的力学性能,可有效解决巷道安全与掘进效率相制约的问题。为研究柔性锚杆在长期载荷作用下的力学特性和动态变化特征,通过自主研发的锚杆(索)耐久性实验系统对柔性锚杆进行长达5个月加载实验,分别设置无处理对照组、不同淋水环境和不同安装角度3种相似工程环境,并对长期加载后的柔性锚杆开展静态拉伸实验。结果表明,与未经长期载荷作用的柔性锚杆相比,长期加载对柔性锚杆力学性能影响较小,峰值力仅降低1.2%;淋水环境下柔性锚杆出现多处锈蚀,其峰值载荷和延伸性能较无处理对照组均出现降低,分别降低8.6%和21.4%,而经防锈处理的柔性锚杆能保持自身的力学性能;不同安装角度的柔性锚杆有差异性的力学行为,角度过大时对柔性锚杆的承载能力带来不利影响;现场应用时,要确保柔性锚杆经过防锈处理且安装角度不宜过大。最后,在大倾角强动压巷道、高应力大断面巷道和厚顶煤巷道等复杂条件巷道中进行柔性锚杆单一化支护技...     

深井围岩固流耦合相似模拟材料力学参数多元线性回归预测分析

深井围岩固流耦合相似模拟材料饱水状态下的单轴抗压强度(Rc)和弹性模量(E)是固流耦合相似模拟试验中的重要指标,为了研究该模拟材料饱水状态下的性质,通过实验室单轴压缩和不同应力渗透系数等物理学测试,验证固流耦合相似材料与深井岩石模拟的相似性,并将实测自然状态下相似材料的Rc、E与单位体积吸水率作为操纵变量,用于统计预测饱水状态下相似材料的Rc和E,基于多元线性回归理论,建立了相似材料的Rc和E值的多元线性回归预测模型。经F检验和t检验的计算结果证明,回归模型取量得当,模拟性强。     

条带煤柱充填开采围岩充填体相互作用分析

采用相似材料模拟方法,以岱庄煤矿膏体充填开采为背景,研究了条带煤柱膏体充填开采煤柱、充填体和围岩之间存在相互作用的空间关系,并与垮落法开采作对比分析,研究结果表明:充填开采上覆岩石离层不明显,岩梁曲率变形小;充填体对煤柱提供侧向约束力,降低了煤柱所受的最大垂直应力;充填体参与支撑顶板时,形成"煤柱-充填体-煤壁"共同支护顶板的结构,该结构可以有效地控制开采沉陷。模拟研究结果与现场实测基本相吻合。     

高预紧长锚固低密度快掘支护技术研究与应用

为提高掘进效率,姚桥煤矿在7704综放工作面材料道试用了高预紧长锚固低密度支护技术,顶板采用单一柔性锚杆支护,锚杆排距放大到1. 2 m。监测表明,顶板总体控制效果理想,围岩内部裂隙控制到浅部,顶板较平整。2019年3月份在7703材料道采用此技术掘进进尺616 m,达到近年来历史最好水平。     

深埋复合顶板煤巷破坏特征及跨界锚注分级连续化支护技术

为解决深埋复合顶板巷道围岩大变形的问题,以新安煤矿3205工作面材料巷为工程背景,采用现场分析与UDEC数值模拟相结合的手段,分析了复合顶板巷道变形破坏特征及其影响因素,基于巷道顶板厚层锚固原理,提出了跨界锚注分级连续化支护技术方案,通过现场监测和模拟结果验证了新方案的可行性。研究表明：初期支护强度对巷道的维控至关重要,优化后的支护方案有效控制了巷道围岩变形,顶板及两帮变形量分别降低了64%和63%;并且大幅抑制了围岩裂隙发育,最大裂隙深度由9.56 m降低至3.26 m;新支护方案构建了顶板厚层稳固的锚固岩梁结构,可以维持巷道长期稳定承载。     

基于NMR的低渗岩体硅溶胶吸渗注浆试验研究

为研究纳米硅溶胶对含泥质低渗岩体的吸渗注浆机制,采用2种低渗人造岩芯开展了硅溶胶的无压自吸渗试验,并基于低场核磁共振(NMR)系统测试了低渗岩芯吸浆过程中微观渗流特征,从微观尺度揭示了吸渗过程中孔隙填充及封闭规律。结合岩芯孔径分布和硅溶胶凝胶生长规律分析了硅溶胶对低渗岩体的可注性,并讨论了硅溶胶的吸渗注浆机制和工程应用前景。结果表明：硅溶胶对低渗岩芯吸渗能力突出,亲和力为去离子水的92.2%。硅溶胶的吸渗曲线呈指数三阶段分布特征,其中0.1 mD岩芯吸渗过程主要受微孔控制,20 mD样品吸渗先后受中孔和微孔控制。岩体纳微孔隙特征和硅溶胶凝胶生长对硅溶胶吸渗注浆可注性影响显著,且可注性与毛细管力共同影响吸渗结果。硅溶胶吸渗注浆能够满足低渗岩体纳微尺度孔隙–裂缝封闭的工程需求。     

煤巷连续梁控顶理论与高效支护技术

结合应力强度因子、工程环境要素、顶板赋存结构等综合指标,提出以空顶自稳距离为基础参数的煤巷围岩分类方法,为分类实施高效掘进提供依据。针对煤巷顶板变形失稳和支护时效特征,揭示应力双向连续传递的稳定机理,建立低损伤连续梁控顶理论;研发不受巷道高度限制的柔性锚固技术,突破复杂条件高密度锚杆锚索组合支护技术的瓶颈,形成跨界长锚固大间排距单一支护技术。在鄂尔多斯矿区深部大断面煤巷创造了单排小循环施工、1. 5 m排距单一化柔性锚杆支护、月进1 040 m的掘进速度,形成了西部千万吨级深部矿井安全高效开采相匹配的高效快掘支护技术。     

煤巷顶板厚层跨界锚固原理与应用研究

深部采动巷道围岩控制是未来锚杆支护重点攻关方向.以葫芦素煤矿3个时期的煤巷为工程背景,通过钻孔窥视分析顶板渐进破坏特征,指出组合支护协同控制不足和施工效率不高的难题.为此提出单一化厚层支护系统,采用离散元数值模拟研究不同长度锚杆支护下巷道位移和围岩裂隙的演化规律,阐明锚杆长度与围岩损伤之间的关联机制;揭示锚杆端头损伤区...