基于预应力场分布的锚杆支护参数设计

为优化隧道施工预应力锚杆支护参数,通过模型试验与数值模拟相结合的方法研究Ⅳ级围岩条件下锚杆支护参数对预应力场分布的影响。结果表明:预紧力对锚杆预应力场的影响显著,预紧力越大,预应力场分布范围越大,锚杆主动支护作用越好;锚固长度过长会减小预应力场分布范围,锚固长度过短则不利于形成连续的压应力区,建议锚固长度取锚杆长度的30%~50%;锚杆间距越小预应力场叠加效应越明显,锚杆间距过小时在锚杆末端会出现拉应力区,建议锚杆间距取锚杆长度的42%。

支护参数对巷道围岩预应力场的影响

以巷道围岩应力场为零为基础,采用FLAC3D模拟手段,模拟支护参数对预应力场的影响,支护参数主要包括锚杆长度、锚杆间距、锚杆安装角度、锚固方式和锚杆预应力。并以模拟结果和实践为基础,提出该六要素在选择过程中应考虑的因素及重要性。

基于支护预应力场的松软围岩锚杆支护护表构件优选

针对石窟煤业松软围岩锚杆支护效果差的问题,采用实验室仿真试验对钢筋托梁、W钢护板2种护表构件的支护预应力场进行监测,得出各护表构件在支护围岩各区域的应力分布差异。试验结果显示,锚杆支护预应力场沿杆体由上至下形成“拉—压—压”的应力集中区分布格局,因表面接触方式不同,2种构件支护预应力场主要在围岩浅部压应力作用区域产生差异;在100 kN预紧力下,钢筋托梁、W钢护板的支护预应力在围岩表面峰值分别为0.8、0.6 MPa,W钢护板产生的0.15、0.05 MPa压应力区域面积较钢筋托梁分别增加41.67%、21.69%。W钢护板支护预应力在围岩表面分布更为平均,预应力整体扩散范围更高,可有效适应于松软围岩。将试验结论在现场进行了工业性试验,获得了较好的支护效果。

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。

不同锚索参数对预应力场影响的数值模拟研究

通过数值模拟对某矿2105回风巷不同锚索长度和预应力的支护效果进行分析研究,发现锚索长度越长,支护效果不一定越好;锚索预应力越大,支护效果越好;锚索长度和预应力的选取应相匹配起来,才能达到较好的支护效果。最终确定,在该矿2105回风巷中,4.3 m长锚索的预应力选择为200 k N;6.3 m长锚索的预应力值初步设计为250 k N。

基于分子动力学的薄膜铜预应力模型的建立与正确性验证

通过分子动力学方法建立的铜薄膜的仿真模型,并通过添加预应变的方法获得了预应力场模型。对于建立的预应力场模型模型通过可视化的方式以及内应力计算分析,发现:当预变形量大于等于8%时,模型内部的位错会释放形成位错模型,不是研究所需要的预应力场模型;当预变形量小于8%时,模型内部无位错形成,但存在预设的预应力场,是研究预应力场所需要的模型。该模型可以用来研究与应力场下薄膜初始塑性的形核及判据等。

端部锚固锚杆预应力场分布特征的大型模型试验研究

为了研究预应力端部锚固锚杆预应力场在围岩体中的分布特征,设计并制作大型锚杆支护应力场测试试验台。试验结果表明:(1)单根锚杆的应力场在空间中的分布形态类似于"石榴"状,随着扩散半径的增大应力等值面的分布逐渐由密到疏,应力值逐渐由高到低,分布范围逐渐由小到大;(2)在锚杆自由段两端和锚固段附近分别形成了2个压应力相对集中区和1个拉应力相对集中区,压应力主要分布在锚杆自由段附近围岩内,并向锚固段附近围岩扩散;(3)应力沿着锚杆轴线方向的分布规律与测线和锚杆之间的距离有关,应力沿着水平方向的变化规律与测线和模型表面之间的距离有关;(4)预紧力不同,应力场的宏观分布形态基本一致,但同一应力等值面的分布范围将发生显著改变。试验结果对更深入认识锚杆支护作用机制和工程中优化锚杆支护设计方案均有一定的指导意义。

复合材料纤维张力缠绕预应力场动态特性

复合材料纤维张力缠绕技术通过提高纤维的张力水平可充分发挥纤维高强、高模优势,在成型过程中对结构进行预紧,成为解决高速转动部件径向变形大、界面强度低等问题新的有效途径。将每一层纤维的张力缠绕等效为一个含预应力复合材料薄环的叠加,基于正交各向异性复合材料缠绕层和各向同性金属芯模弹性变形理论,建立了纤维张力缠绕力学解析模型,得到芯模和缠绕层预应力场随缠绕层数及缠绕张力的变化规律,并通过复合材料纤维张力工艺试验验证了力学解析模型的正确性。研究发现了纤维张力缠绕中预应力"饱和"现象,并确定了影响张力缠绕预应力场的两个主要参数:缠绕层环径向刚度比E_θ/E_r和张力大小T(r),为复合材料纤维张力缠绕成型工艺提供理论支撑。

组合岩层端锚锚杆预应力场分布规律模拟研究

在不考虑原岩应力的条件下,通过有限差分数值模拟软件FLAC3D,对软硬岩层不同组合条件下锚杆预应力场分布规律进行数值模拟研究。结果表明,在软岩和硬岩中,较高的连续压应力分布范围基本一致,但锚杆产生的压应力由软岩层向硬岩层方向传递的效果要明显优于压应力由硬岩向软岩传递的效果。现场支护中,可通过施加高预紧力来扩大锚杆支护有效压应力区范围;同时可调整锚固段或锚杆长度,使结构面位于压应力较高的有利位置,避免锚杆因水平应力的影响出现剪断或离层现象。

大断面煤巷桁架锚索支护预应力场研究与实践

针对大断面煤巷围岩控制难题,分析了高预应力桁架锚索支护技术的优越性。采用FLAC3D模拟分析了大断面煤巷条件下,桁架锚索长度、布置角度、孔口帮距和预紧力对支护预应力场的影响：锚索深入顶板长度以6～8 m为宜,布置角度以15°～20°为合理,孔口帮距为1.4～1.6 m最佳,增大锚索预紧力能大幅减弱岩层的受拉破坏情况,减少顶板岩层下沉。基于此提出了高预应力桁架锚索和常规锚杆索联合控制技术,结果表明：大断面煤巷支护完成15 d后实现自稳,巷道顶板下沉量小于95 mm,两帮移近量小于80 mm,顶板离层量小于5 mm。

地应力作用下裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响

为深入了解裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响,采用将锚杆预应力在裂隙围岩中形成的应力场-锚杆预应力场从围岩应力场中分离出来的方法,系统地研究了地应力作用下裂隙位置、长度和倾角对锚杆预应力扩散机制的影响。研究发现:裂隙长度对锚杆预应力场的影响最显著、次为倾角、再次为位置。裂隙长度存在阈值;随其长度增加,拉、压应力峰值区位置发生转移,拉应力峰值单调增加,压应力峰值则先增大再减小。随裂隙向围岩深部移动,拉、压应力区位置发生互换,拉、压应力峰值总体呈减小趋势。裂隙倾角90°时的锚杆预应力场与30°~75°时的显著不同;随裂隙倾角增大,拉应力峰值按减小→增大→减小的规律变化,压应力峰值先减小再增大。

深部煤系软岩大巷全断面锚注修复技术研究

为解决深部煤系软岩大巷变形剧烈、持续时间长且支护困难的问题,以王洼煤矿8煤层南深部集中运输大巷为工程背景,采用现场勘查、矿物组分分析、围岩应力测试、数值模拟分析等方式,揭示了造成深部煤系软岩大巷产生强烈变形的主要原因,得出加强深部煤系软岩大巷支护的控制思路,并在此基础上根据煤系软岩的劣化程度和支护失效特征,提出了基于全断面高强锚索支护+喷浆+全断面注浆锚索锚注支护+钢棚支护的主被动联合补强修复支护方案,并建立了修复支护的“三个阶段、四个步骤”工艺体系。研究结果表明:8煤层南深部集中运输大巷围岩成分复杂、质地软弱、遇水易膨胀崩解,且处于高地应力环境,应力集中系数达到1.46,总体表现出变形速率快、持续时间长、变形量大的特点;原支护设计存在支护强度不足、未针对软岩特性采取有效措施的缺陷,导致顶板、巷帮部分锚杆锚索破断失效;进行全断面锚注修复支护后,形成高强度、范围大、连续性强的预应力场,预应力场有效影响深度增大至原支护的1.5倍。现场试验监测显示:补强修复支护后,大巷巷帮及顶底板变形趋于稳定,表明全断面锚注修复支护工艺对深部煤系软岩大巷的稳定性控制效果显著。

任楼煤矿大断面切眼成巷及稳定性分析

针对大断面切眼巷道掘进过程中顶板离层严重、表面位移变形量大等难题,以安徽省皖北煤电任楼煤矿72513工作面切眼为研究对象,开展大断面切眼巷道围岩控制技术研究,利用Fl AC3D软件对不同的支护方案进行了数值模拟,通过分析不同支护方案的预应力场分布规律,最终确定锚杆网索联合支护方式,并对支护参数进行优化,且进行现场施工。对巷道变形进行现场监测,结果显示,该支护方案有效的抑制了围岩变形,达到了很好的支护效果。

缓倾斜煤层回风上山软岩支护参数优化研究

针对黑龙煤业12采区回风上山岩性强度低,易发生变形破坏,导致原有支护方式失效的问题,基于理论分析、数值模拟和现场试验等方法对巷道支护方案进行优化设计研究,确定优化后锚杆直径为∅22 mm,间排距为800 mm×800 mm,锚索直径及长度为∅18.9 mm×7300 mm,间排距为1600 mm×2000 mm,在巷道变形破坏严重区域使用注浆锚索,在围岩变形上,优化支护方案较原支护方案在顶底板移近量和两帮变形量控制效果上分别提高约71.52%和78.76%,优化方案提高了支护区域的稳定性,有效保证工作面的安全高效生产。

CRDM管座多道焊焊接残余应力计算方法研究

使用有限元方法,预先分析控制棒驱动机构(CRDM)管座区域过盈配合产生的预应力场,再通过依次模拟多道焊加热和冷却的过程,开展CRDM管座坡口的焊接残余应力数值模拟研究,分析冷装工艺和多道焊焊接残余应力对CRDM管座的共同作用,分析焊道之间的冷却时间的影响,为工程设计和修复提供支持。

锚杆支护参数对预紧力场敏感性影响的数值分析

以徐矿集团新疆赛尔能源有限责任公司三矿大巷为研究对象,展开锚杆支护参数对其所产生的预应力场敏感性数值计算研究,在不考虑原岩应力场的条件下,运用FLAC3D数值模拟软件,分析锚杆(索)预应力场对其直径、长度、预紧力和密度的敏感性。基于锚杆预应力场对其参数敏感程度不同,提出锚杆支护参数选择的范围和方法。

大断面破碎巷道全空间桁架锚索协同支护研究

针对深部大采高综放工作面回采巷道由于断面大、破碎、扩容、大变形等,而导致常规支护极易发生不协调变形失稳的问题,基于对潞安矿区大断面软弱破碎巷道围岩变形破坏机理的系统深入分析,从三维空间支护协同承载与围岩协调变形角度,提出了全空间预应力桁架锚索协同支护新技术,阐明了全空间桁架锚索的支护结构、支护机理及其优越性。通过对全空间桁架锚索协同支护方案进行设计,并采用FLAC3D对其支护效果进行数值模拟分析,得到不同预紧力条件下全空间桁架锚索支护巷道顶板预应力场三维空间分布规律,表明全空间桁架锚索支护能够形成三维封闭的承载结构。

锚杆锚索同排协同支护在南关矿的应用研究

针对南关矿高水平应力条件下三采区轨道巷变形量大,难于支护的问题,以锚杆锚索同排协同支护思想为指导,通过现场观测、数值模拟及理论分析,对巷道掘进后围岩中应力演化规律及变形破坏机制进行了研究,提出锚杆锚索同排布置协同支护方案,对比了原支护方案及优化支护方案的预应力场和围岩变形情况。结果表明,锚杆、锚索布置方式及预应力协同后,最大限度发挥了锚固构件力学性能,提高了围岩的自承能力,减小了巷道围岩变形量。现场应用与监测数据表明,锚杆锚索同排协同支护方案具有良好的支护效果,可以有效控制巷道围岩。

预应力钢丝缠绕剖分-组合挤压筒

挤压筒是挤压机的核心部件。传统挤压筒基本上是自预紧组合筒结构,但在大吨位挤压机中应用有很多困难。该文提出了基于预应力钢丝缠绕技术的剖分-组合式挤压筒的设计方法。钢丝缠绕可以提供全预应力场的保护,从而可以用剖分式外筒代替整体式外筒,用铸钢代替锻钢,显著降低了挤压筒的制造难度和成本。采用有限元方法进行了分析,论证了预应力钢丝缠绕挤压筒结构的可行性和优势。该设计方法在中国建设的世界最大吨位360 MN挤压机项目中得到了实际应用。

掘进巷道锚杆支护参数研究

为了保证巷道围岩的稳定性且能达到快速掘进的目的,以李雅庄矿6071工作面为研究对象,通过数值模拟手段,建立计算模型,采用锚杆(索)单元模拟锚杆(索),分析不同锚杆长度和不同锚杆间距时的预应力场的分布特征。