破碎围岩巷道锚注支护参数优化及应用

针对新河矿业730采区南部轨胶联络巷围岩松散破碎、变形严重情况,利用Comsol Multiphysics有限元分析软件探讨了不同注浆参数对浆液扩散的影响;并在此基础上,研究不同注浆锚索布置形式对注浆效果的影响。结果表明:浆液扩散半径会随着注浆压力增大、注浆时间延长而逐渐增大,每增大1 MPa注浆压力浆液扩散半径平均增长率为30.95%,每延长1 min注浆时间,浆液扩散半径平均增长率为25.67%;注浆锚索的布置形式决定了注浆加固圈的范围,当采用“六边形”布置方式时,其注浆加固圈范围相对较大,且顶板两侧不会出现漏浆的情况。基于数值模拟结果,确定了新河矿业南部轨胶联络巷锚注支护的注浆压力为4 MPa、注浆时间为8 min,注浆锚索布置方案为“六边形”式。工程应用表明:优化后的注浆参数有效地控制了巷道围岩的变形与破坏,取得了良好的工程效果,同时也为此类巷道的注浆加固提供了有效依据。

全长预应力锚注支护下深部巷道控制效果对比研究

本文基于后注浆的全长预应力锚注支护工艺,并通过对FLAC3D软件中内嵌PILE结构单元修正,提出了全长预应力锚注支护数值模拟方法。在此基础上,开展了地应力、原岩强度等级、支护构件长度、布设间距、注浆强化指数与预应力6种因素下巷道围岩控制效果数值模拟对比研究,揭示了各类因素对围岩变形量、塑性区演化的影响规律,构建了全长预应力锚注支护下控制效果敏感性评价指标,将影响因素依次划分为围岩强度、地应力、锚注支护构件设计3个层级,并根据各因素敏感性层级给出了工程措施建议。最后,以现场典型软弱破碎地层巷道为工程依托,研发了具有强度高、可施加预应力等优势的组合式高强注浆锚杆与高强中空注浆锚索。通过现场应用,验证了全长预应力锚注支护可有效增强软弱破碎围岩自承载能力,充分发挥锚固构件的支护潜力,限制巷道围岩变形破坏。

基于COMSOL的定长锚注浆液扩散规律及工程应用研究

为研究裂隙岩体精准定长锚注技术,采用COMSOL数值模拟与现场试验相结合的手段,分析了不同注浆长度对孔隙水压力及浆液扩散范围的影响规律。研究结果表明:增加注浆长度能够提升孔隙水压力,但对其影响程度呈现减弱趋势,注浆长度2 m时处于相对饱和的状态,在该长度下能够达到或接近最佳的注浆效果。最后,在深部强扰动、高应力复杂条件巷道中开展了工程现场应用,新型定长锚注支护方式增强锚固承载体整体强度的同时使其具有一定的缓冲让压性能,巷道的稳定性得到显著提高,可以实现多次扰动围岩巷道的长期稳定控制。

软岩巷道全断面锚注支护技术应力分布特征研究

针对软岩巷道分析其失稳变形破坏过程,提出全断面锚注支护技术,采用数值模拟方法研究赵固一矿在原支护方案和全断面锚注支护方案下的塑性区分布及垂直应力情况。结果表明:在原支护方案下,底板塑性区破坏深达4 m,两帮处的集中应力分布明显,最大集中应力系数为1.48。当采用全断面锚注支护方案后,巷道围岩形成统一整体,底板塑性区范围减小至1 m以内,两帮处的集中应力基本消失。结合现场监测发现,顶板离层在支护后期基本趋于稳定,巷道日均表面变形量约为2 mm/d,巷道围岩状态整体稳定,支护效果明显。

高应力破碎围岩巷道锚注支护技术

为解决东曲煤矿28204工作面顺槽在掘进过程中围岩变形严重问题,分析了巷道围岩及顶板变形、裂缝时空演化规律,根据围岩的阶段变形特征确定了最佳注浆时间,提出了新型巷道锚注支护技术并进行了效果评价。结果表明,28204轨道顺槽570~670 m试验段顶板最大下沉量为35 mm;轨道顺槽670~1150 m和皮带顺槽1030~1150 m正常推进阶段工作面采空区平均垮落距离为3.6 m;超前5 m范围内最大顶板下沉量为100 mm,实现了高应力破碎围岩巷道的有效控制。

豫西“三软”煤层软岩巷道锚注支护技术应用

针对白坪煤矿13111上底抽软岩巷道底鼓、顶板破碎、围岩变形量大等问题,采用水理性试验和电镜扫描的方法对巷道围岩变形特征进行分析,得出巷道底板和帮部泥岩层中伊蒙混层含量较大,岩层遇水容易发生膨胀和泥化现象,导致巷道围岩产生破坏变形,据此建立数值模型,给出3种支护方案,并进行数值模拟分析,得出采用“锚网+喷浆+锚索+锚注”支护方式控制巷道围岩变形效果最好。应用效果表明,巷道在采用新设计的支护方案后,巷道两帮移近量最大为95 mm,顶底板移近量最大为118 mm。巷道围岩变形能够得到有效控制,达到预期效果。

巷道锚注支护研究及工程应用

随煤矿开采不断进行,传统锚杆支护能力逐步减弱,导致巷道稳定性降低。基于此,对巷道锚注支护工艺进行研究,研发出新型组合高强度注浆锚杆与新型高强中空注浆锚索,并以此为基础设计新型巷道锚注支护工艺。在山西某矿开展实际应用并实时监测,结果表明支护效果显著。

基于新奥法理念的软弱地层深埋隧道锚注联合支护效果研究

以久马高速中的阿尔炯隧道深140m的Ⅳ、Ⅴ级围岩段与神座隧道深357m的Ⅳ、Ⅴ级围岩段为背景,对大埋深条件下软弱破碎围岩隧道的施工方法及隧道支护技术进行数字模拟和现场监测研究。结果表明:以“改善围岩强度为主、增强支护力为辅”的联合支护,能通过增强和利用围岩的自承能力来达到控制围岩变形的目的,是较合理的深埋软弱围岩隧道支护技术。根据数值模拟和现场监测显示,相比普通锚喷支护,采用锚注联合支护可明显提高深埋软弱围岩隧道洞壁变形的控制效果,并且还可缩短围岩趋稳时间。

钻锚注一体机在红层泥岩隧道预应力锚杆施工中的试验应用

针对高速铁路隧道预应力锚杆施工,选用合适的施工设备、预应力锚杆及树脂药卷类型和施工方法,是保障高速铁路隧道施工安全和控制分险的关键。本文以成渝中线高速铁路中梁山红层泥岩隧道预应力锚杆施工为工程案例,从钻锚注一体机的设备选型、预应力施工方法、锚杆选型,进行了现场施工可行性分析,总结出了高铁隧道钻锚注一体机施工红层泥岩隧道预应力锚杆的施工工艺。

软岩巷道顶板全长预应力锚注支护机理研究与应用

针对软岩巷道围岩节理裂隙发育、变形量大、常规锚杆(索)支护手段难以有效控制、容易引发安全事故的现状,以曹家山煤矿为背景,分析了常规预应力锚杆(索)锚固工艺的优缺点,提出了全长预应力锚注支护技术。应用结果表明:该支护形式满足矿井安全生产需要。

深部高应力采动巷道锚注支护参数优化研究

利用FLAC^(3D)内置的Fish语言编程,提取巷道围岩位移量与塑性区范围,揭示不同断面形状与埋深条件下巷道围岩变形和塑性区扩散随应力释放率的演化规律,优化了锚注支护参数(锚杆和锚索的长度、间排距、预紧力,注浆范围),提出了锚注分步联合支护技术,模拟分析不同支护参数对围岩稳定的控制效果。数值模拟结果表明,锚注分步联合支护技术,可有效控制深部高应力采动巷道围岩大变形破坏,可保证巷道围岩与支护结构的长期稳定及使用安全,具有良好的工程应用价值。

西山矿区极近距离煤层群采空区下工作面超前锚注支护技术研究

西山矿区极近距离煤层群采空区下回采巷道变形破坏严重,且通常以“单体液压支柱和工字钢梁或增设π型梁棚”等高强度传统超前支护为主,支护时间长、成本高,职工劳动强度高,危险系数大,对工作面的安全、高效生产影响极大。以西山矿区东曲煤矿29204工作面(位于9#煤层)为工程背景,项目采用现场调研、数值模拟和现场工业性实验等相结合的研究方法,对极近距离煤层群采空区下工作面超前锚注支护技术进行了系统性研究。研究表明:通过建立一套“融合矿压实时在线监测系统和锚注支护精细化管理平台于一体的新型锚注超前支护体系”,从支护设计、注浆参数、方案优化、锚注支护全生命周期管理等方面进行深入研究,现场应用效果良好,工作面完全替代超前单体液压支柱支护后,顶板最大下沉量2mm,两帮无变化,实现了工作面的安全高效回采。

综放工作面小煤柱动压巷道切顶卸压-锚注加固协同控制技术研究

针对多层坚硬顶板综放工作面留小煤柱巷道围岩变形破坏严重的问题,提出了动压巷道切顶卸压-锚注加固协同控制技术。以付家焉煤业10103运输巷为工程背景,通过矿压监测分析了多层坚硬顶板留小煤柱巷道的围岩变形规律,围岩变形经历3个阶段:微变形阶段(超前50 m)、缓慢变形阶段(+50~-125 m)、快速变形阶段(-125 m之后)。结合地质力学测试,揭示了小煤柱巷道的大变形机理主要有3个:留小煤柱巷道围岩力学强度较低、多层坚硬顶板结构失稳产生的大动载、巷道原有支护参数不合理等。基于此提出了切顶卸压-锚注加固协同控制技术,给出了关键参数,并进行了工业性试验,采用该技术后的顶底与两帮变形量分别减小了71.9%与72.4%。

浅埋深薄基岩巷道锚注加固技术研究

针对红柳林煤矿浅埋深薄基岩巷道顶板锚固力低的难题,分析了风化基岩分布特征以及矿物成分,开展了薄基岩注浆加固试验,分析了薄基岩巷道注浆加固机理,提出了巷道锚注加固技术方案,并开展了井下工程实践,分析了工程应用效果。结果表明:风化薄基岩黏土矿物成分含量高,增大了顶板岩体软化和膨胀变形,影响巷道围岩稳定性;井下注浆充填了风化基岩裂隙,封堵了顶板水渗流通道,提高了顶板完整性,增大了薄基岩层的抵抗破坏的能力;通过锚索注浆达到了较好的注浆固结效果,锚杆(索)初期受力缓慢增大,随后基本保持稳定,锚杆受力55~67 kN,锚索受力92 kN左右,顶板离层量3 mm左右,巷道围岩变形明显减小,达到了较好的巷道支护效果,表明锚注加固技术可有效解决浅埋深薄基岩巷道变形控制难题。

沉积变异区巷道变形特征及厚层锚注控制技术研究

针对沉积变异区巷道围岩应力集中度高、变形破坏严重等问题,本文以赵楼煤矿7303工作面运输顺槽为工程背景,基于现场调研总结归纳了沉积变异区巷道围岩三类变形破坏模式,模拟对比分析了完整岩层与沉积变异巷道掘进过程中矿压显现特征,沉积变异巷道围岩局部应力集中程度高、岩层分界面处易形成离层产生分区破坏,塑性区明显增大;进一步提出厚层锚注控制技术,利用柔性注浆锚杆实现了厚层锚固与注浆改性的有机结合,提出了修复加固方案并进行了工业性试验。研究结果表明:锚杆索支护阻力稳定,巷道围岩变形速度减慢,变形量控制在100 mm以内,裂隙发育在基础锚固层内,巷道控制效果良好。

大断面破碎顶板巷道锚注支护技术研究

以腾晖矿2-205综放工作面为背景,结合2-2051回采巷道具有大断面及部分区域顶板破碎的特点,拟采用注浆锚索和单体液压支柱配合π梁的复合支护方式对顶板破碎区域进行补强支护,以保证回采期间巷道顶板安全。通过分析2-2051回采巷道超前支承压力分布规律,指导其补强支护设计。分析了注浆锚索补强支护原理和强度,并开展巷道补强支护强度计算,在此基础上完成了巷道支护方案设计。研究结果表明:采用注浆锚索和单体液压支柱配合π梁的复合支护方式,结合巷道围岩结构特征、超前支承压力分布规律、注浆锚索补强支护原理和巷道补强支护强度计算,分析、计算得出了合理的支护方案参数,有针对性地做到了顶板破碎区域补强支护方案的实施。现场工业试验结果表明,回采巷道顶板破碎区域采用锚注补强支护技术后,巷道顶板变形得到有效控制,可以满足回采工作面安全高效的要求,对其他类似条件的矿井具有工程推广价值。

强采动煤层大巷群变形破坏特征与锚注修复加固技术研究

煤层大巷群易受强烈采动影响,造成围岩剧烈变形破坏与支护结构严重失效,如何有效控制强采动煤层大巷群围岩稳定性对于保障矿井正常安全生产具有重要意义。本文以万家庄煤业一采区煤层大巷群为工程背景,分析了强采动大巷群变形破坏特征及影响因素,提出了大巷群“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案,开展了强采动大巷群修复现场工业性试验,并进行了修复过程中注浆量与注浆效果、锚杆锚索受力、围岩变形等监测分析。研究结果表明:强采动煤层大巷群在两翼工作面强采动应力叠加作用下呈现全断面变形破坏模式,相比于普通锚杆(索)支护,采用“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案后,大巷围岩最大垂直位移减小了80.5%,最大水平位移减小了76.3%,有效控制了围岩变形,现场实际应用效果良好。研究成果为强采动煤层大巷群围岩稳定性控制提供了一定的理论依据与工程参考。

渗流条件下隧道锚注复合围岩体的解析方法

锚注法是富水隧道工程中常见的地层加固和止水工法,目前仍缺乏可以同时考虑锚杆−围岩力学相互作用和注浆防水抗渗作用的解析理论。以径向锚注复合围岩体为研究对象,基于达西定律和应力均布法将注浆加固后围岩内的孔隙水压力以及锚杆对围岩的相互作用力代入被加固围岩的应力平衡方程,构建出锚注复合围岩体微分方程,求解出复合围岩体及原岩的渗流场、位移场、有效应力场及锚杆轴向应力场的解析解并进行有限元验证和对比。对比结果表明:解析结果与有限解结果一致;与仅注浆的工况相比,锚注加固可改善围岩的应力状态。然后,基于所得解析解,揭示并讨论了锚注加固参数、支护力、二衬抗渗压力等参数和条件对隧道锚注复合围岩体安全系数的影响规律。规律指出:锚注范围、锚杆密度因子及支护力的增加使安全系数分别以先快后慢、准线性及先慢后快的趋势提高;二衬抗渗压力的增加虽然可减小涌水量,但不利于隧道的稳定。最后,基于所提出的解析解给出了锚杆的参数优化设计方法并给出算例。上述研究成果可为渗流隧道的锚注加固设计提供解析理论参考。

深厚含水围岩预锚注初期支护的圆洞力学模型及其开挖安全分析

为解决深部地下工程面临的高水压支护设计和施工方面的理论难题,提出基于预锚注初期支护的高水压圆洞力学模型。首先,将岩土力学“流固耦合”原理应用于预锚注支护下开挖卸载力学模型的解析,获得应力场、位移场、渗流场的解析求解表达式,并通过有限元数值解对解析解的正确性进行验证;其次,图形化展示径筋支护参数对初期支护区围岩的应力场的影响规律;最后,基于最大有效剪应力求解和Hoek-Brown岩体破坏准则,诠释采用预锚注支护来确保洞体安全开挖的原理,揭示径筋参数、洞口直径对开挖卸载安全的影响规律。结果表明:1)解析解与数值解的规律基本一致;2)预锚注初期支护可从2方面提高开挖后围岩的安全性,一是通过增大围岩径向应力以降低洞边固体有效剪应力,二是通过提高岩体完整性使得围岩屈服面外扩增大;3)径筋参数对承载安全的影响程度由大至小依次为径筋直径、径筋数量、径筋长度;4)径筋锚注支护作用获得的安全系数随着洞径的增大而逐渐降低。

智能锚注一体台车钻臂运动学研究

为实现在作业过程中的钻臂自动定位,对智能锚注一体台车钻臂运动学进行研究。以钻臂机械结构为依据,运用D-H方法建立了8自由度钻臂的运动学方程。基于蒙特卡洛法分析钻臂的可达工作空间,在MATLAB中仿真出钻臂的工作空间云图和投影图。根据钻臂的结构特点和关节运动范围提出了一种钻臂运动学逆解算法。针对大断面隧道锚杆作业过程,在台车理想状态和倾斜状态下对钻臂运动学逆解算法进行验证。结果表明:(1)智能锚注一体台车钻臂可达工作空间可以满足大部分隧道施工使用需求;(2)钻臂逆运动学算法计算效率高,在台车理想状态和倾斜状态下均表现良好。