近距离煤层不规则遗留煤柱下回采巷道围岩稳定性研究

针对近距离煤层不规则遗留煤柱下回采巷道稳定性差、支护困难等问题,以内蒙古某矿20314辅运巷为工程背景进行研究。根据近距离煤层实际开采条件,采用FLAC~(3D)软件模拟研究了上下煤层工作面回采后不规则煤柱下巷道垂直应力变化规律。研究表明:近距离上下煤层工作面回采后,在采空区之间遗留形成的三角型边角岩层区域出现垂直应力集中现象;遗留煤柱下的巷道受到本煤层工作面侧向支承压力与上部残留煤柱支承压力的双重影响,垂直应力大于巷道两帮煤体抗压峰值强度,则巷道出现破坏。     

预紧力对锚固体抗动载冲击能力影响的试验研究

为了探讨锚杆支护体系中预紧力的大小对动载条件下大断面硐室围岩稳定性的影响,采用分离式霍普金森压杆试验研究了不同预紧力作用下锚固体的冲击破坏响应.获得了锚固体的动态应力-应变曲线,分析了预紧力对锚固体动载变形与强度特征的影响,以及冲击破坏过程中裂纹扩展与锚杆动态应变演化特征,探讨了预紧力对锚固体抗动载冲击能力的影响,发现锚杆预紧力改变了锚固体的受力状态与变形特征,锚杆高预紧力能够通过提升锚固体的刚度、强度强化锚固体的抗动载冲击性能.研究结果表明:提高锚杆预紧力有利于提升锚固体刚度及动态承载能力,锚杆预紧力与锚固体刚度强化系数、锚固体抗冲击能力强化系数呈二次函数关系,且当锚杆预紧力超过6 N·m时,锚固体刚度强化系数与抗冲击能力强化系数幅度分别为34%,31.4%;当试验预紧力由0 N·m提升至15 N·m时,锚固体抗动载能力相对增加了2.377倍,同时锚固体刚度提升了1.449倍.高预紧力具有两方面积极作用,一方面为锚固体提供了附加压应力场,改变了锚固体的受力状态,抑制了裂纹激活;另一方面,高预紧力意味着杆体抗拉形成的"轴压紧固"效应更加明显,限制了裂隙面滑移扩展,等效增加了裂纹的等效断...     

深部大断面硐室动静载作用下锚固承载结构稳定机理研究

针对动载扰动条件下深部大断面硐室围岩锚固支护结构稳定性差、支护设计不合理等问题,以新巨龙煤矿井下煤矸分离大断面硐室为例,采用现场调研、理论分析和室内试验等手段,研究在深部冲击应力与高围岩应力叠加构成的复杂应力环境下大断面硐室围岩锚固支护结构损伤演化特征,构建动静载荷作用下深部大断面硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,获得深部大断面硐室围岩锚固支护结构破坏机理并对深部大断面硐室的围岩锚固支护设计提出合理建议。结果表明:1)深部冲击应力与高围岩应力叠加是大断面硐室围岩变形破坏的主要原因,在受到强动载冲击时,深部大断面硐室顶板、两帮锚杆(索)受损严重,很容易造成顶板大面积垮塌及帮部煤体突出;2)通过室内SHPB动态冲击试验获得了动静载组合作用下,加锚试件的强度和峰后回弹斜率均随着动态应变率的增大而升高,加锚试件对动载冲击能量的耗散能占比与动态应变率呈现出正相关的特性,锚固界面(锚固剂/锚杆、锚固剂/岩体)的黏结程度在锚固体对应力波能量耗散过程中起到了关键作用;3)深部大断面硐室锚固承载结构的失稳破坏是由于动载作用下硐室围岩、锚固剂和锚杆三者之间不协同变形造成的剪切滑移及锚固体受动载压缩变形导致的。提高硐室围岩、锚固剂和锚杆的抗滑移特性,增加锚固密度提高抗压缩变形能力可有效降低动载应力波对深部大断面硐室围岩支护结构的影响。研究成果对井下永久硐室及巷道的加固工程具有一定的理论指导和借鉴意义。     

冲击动载作用下加锚岩体抗冲时效试验研究

冲击动载作用下巷道围岩锚固承载结构的破坏是深部煤炭资源开采的突出问题,深入研究动载作用下锚固围岩的抗冲机制具有重要意义。采用分离式霍普金森压杆研究了冲击动载作用下无锚、端锚、全锚和全锚+柔性锚杆4种锚固岩石试件的冲击破坏响应,获得了不同锚固岩石动态应力应变曲线,分析了锚固方式对加锚岩石试件动态裂纹扩展发育的影响,通过对比锚固岩石冲击破坏过程中锚杆与岩石的动态应变演化特征,结合锚固界面滑移破坏形态,提出了锚固岩石抗冲时效的概念,并以锚杆与岩体两者协同变形为原则提出冲击动载作用下保障锚固围岩稳定的合理建议。研究结果表明:(1)冲击动载作用下锚固岩石应力应变曲线呈"闭口型",锚固岩石动态强度与应变峰值的排序为:无锚岩石<端锚岩石<全锚岩石<全锚+柔性锚杆岩石;(2)冲击动载作用下锚杆与岩石之间的变形可分为"协同变形阶段"、"不协同变形阶段"和"失效阶段",其中锚固岩石在前两个阶段抵抗动载冲击的作用为"抗冲时效";(3)锚固岩石抗冲时效与岩石/锚固剂和锚固剂/锚杆之间不协同变形直接相关,提高岩石、锚固剂和锚杆的抗滑移特性及协调变形能力可有效延长锚固岩石抗冲时效的时长,降低冲击...