高预应力锚网索联合支护在“三软”煤层回采巷道中的应用研究

以11-218回采工作面为研究对象,采用理论分析和现场监测研究方法,揭示“三软”煤层回采巷道变形的机理和破坏特征,采用FLAC 3D软件对三种不同支护方案的支护效果进行模拟研究。结果表明,高预应力锚网索联合支护技术能够有效控制巷道围岩变形,提高围岩稳定性,满足矿井安全生产要求,为矿井地质条件类似工作面巷道支护提供有益参考。

高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用

针对煤矿深部及复杂困难巷道条件,分析了锚杆支护作用,提出高预应力、强力支护理论,大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度,保持围岩的完整性,减少围岩强度降低;开发出高预应力、强力支护系统,包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料,力学性能得到显著提高;高预应力、强力支护系统成功应用于新汶矿区千米深井巷道,巷道变形降低70%左右,顶板离层仅为原来的5%,巷道支护状况发生了本质改变.实践证明,高预应力、强力支护系统可有效控制围岩变形与破坏.同时,提高顶板支护的刚度与强度可有效地减小煤帮压力和底臌.

全断面高预应力强力锚索支护技术及其在动压巷道中的应用

分析了目前煤矿锚索支护存在的问题,在高预应力强力支护理论的基础上,提出高预应力、长度较短的强力锚索,并全断面垂直岩面布置,是高地压、大变形巷道的有效支护方式.介绍了强力锚索及配套护表构件的力学性能,将强力锚索、拱形大托板及钢筋网组成全断面强力锚索支护系统,在锚索施加预应力的同时,给钢筋网也施加了较高的预应力,使钢筋网成为预应力支护系统的重要组成部分.在潞安矿业集团有限责任公司漳村煤矿一条与回采工作面对掘的、受2次强烈动压影响的巷道中,进行了全断面高预应力强力锚索支护技术试验,巷道支护状况发生本质变化.巷道两帮移近量比原支护方式降低90%,顶板离层几乎为0,围岩变形得到有效的控制.不仅解决了巷道支护难题,而且验证了支护理论的正确性.

新型高预应力锚索及锚注联合支护技术研究与应用

针对现有支护材料及工艺难以适用于深部软岩巷道大变形的支护难题,在理论分析、室内试验的基础上研发了新型高预应力锚索及其配套工艺,该新型锚索可施加初始预应力达70~100 k N,杆体延伸率10%~12%,可有效阻止开挖后围岩的快速变形,保持围岩的整体性和稳定性,并具有成本低、强度高、不易松动等优点;依据典型深部软岩巷道围岩变形特征及破坏机制,提出了以新型高预应力锚索和注浆锚杆为核心的联合控制技术,即支护初期采用以新型高预应力锚索为主,金属网、混凝土喷层为辅的柔性支护;后期进行全断面注浆,内外结合,从根本上提高支护强度。经现场试验证明,该技术能有效提高锚索受力状态,降低围岩变形速率,缩短围岩变形时间,围岩最终变形量只为原支护方案的30%左右,锚索平均受力提高了近4.7倍,取得了良好的支护效果,具有重要的推广应用价值。

高预应力复合主动支护系统在回采巷道的应用

为解决潘二煤矿回采巷道支护困难的问题,提出了高预应力复合主动支护系统一次支护理论,即大幅度提高复合支护系统的初期支护刚度与强度,特别是提高预应力,可以有效地减少围岩强度降低,保持围岩的完整性。通过数值模拟、工程类比及现场观测表明,高预应力复合支护系统可以在不同的复杂地质条件下多种巷道中应用,巷道支护状况相比以前发生本质变化。结果表明该支护系统可有效控制围岩变形与破坏,防止顶板离层,适用在潘二煤矿的回采巷道中。

高预应力强力支护系统及其在潞安矿区的应用

为了解决潞安矿区多条巷道支护困难的状况,提出了高预应力强力锚杆一次支护理论,即大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度,减少围岩强度降低,保持围岩的完整性。研究并新开发的强力支护系统成功应用于潞安矿区多种条件巷道,巷道支护状况发生本质变化。结果表明高预应力强力支护系统可有效控制围岩变形与破坏,是适合潞安矿区的一种全新的支护方式。

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson's ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明:巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300~500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。

深部井巷工程高预应力NPR耦合支护技术

深部煤炭资源是未来我国能源安全的重要保证,但受深部“三高一复杂”地质力学环境影响,深部井巷工程岩体大变形失稳问题日渐突出。为解决该问题,以支护-围岩相互作用为突破点,研发了具有高强度、高恒阻、大变形力学特性的系列NPR锚杆/索,构建了NPR锚杆的本构方程,并开展室内和现场综合力学试验,验证了NPR锚杆/索的独特力学特性;分析了NPR支护-围岩相互作用关系,推导了NPR支护岩体本构关系,阐明了采用NPR耦合支护后的开挖补偿力学效应,揭示了高预应力NPR耦合支护机理;结合大强煤矿实际工况,提出了深部泵房吸水井以NPR锚杆/索为核心的集约化硐室群NPR支护技术。数值分析和现场监测数据显示:高预应力NPR耦合支护技术可显著提高支护-围岩的承载特性,有效减小井巷工程岩体塑性区的分布及发展范围;支护后支护-围岩应力场趋于均匀化,围岩整体变形量减小68%以上,确保了深部井巷工程岩体的长期稳定。研究成果可为类似条件下的深部井巷工程稳定性控制提供借鉴。

深部厚顶煤巷道高预应力锚索梁支护优化技术研究

赵楼煤矿3302轨道巷为埋藏千米的深井巷道,在原支护条件下顶板沉降量大,围岩变形严重。针对此,采用钻孔窥视仪及地质雷达探测了巷道围岩的破裂区域,并对松动破坏规律进行了分析。根据探测结果,提出了高预应力锚索梁支护优化方案,利用离散元数值软件UDEC对方案优化前后的围岩裂隙分布及锚杆(索)受力进行了分析。数值模拟及现场监测结果表明,提高锚杆(索)预紧力可有效地控制锚固区内顶板离层,增强顶板的完整性;高预应力锚索梁支护方案显著改善了巷道围岩控制效果。

高预应力度混凝土梁抗震性能探讨

基于低周反复荷载试验,对高预应力度混凝土梁的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、延性、刚度退化等抗震性能进行了较深入的研究分析。研究表明:高预应力度混凝土梁具有优良的变形恢复能力以及较好的位移延性,总体上抗震性能较好。

特厚顶煤大断面全煤巷道高预应力锚杆(索)支护机理及应用研究

塔山煤矿3-5~#煤层8105工作面5105辅运巷为特厚顶煤大断面全煤巷道,受多种因素影响巷道支护困难。采用单轴、三轴压缩试验对比研究了煤体在不同围压下的破坏特征;揭示出锚杆、索的高预应力可使巷道顶煤和巷帮煤体由二向或低围压三向受力状态变成高围压三向受力状态。数值模拟结果表明,锚杆、索施加的高预应力并配套合理的护表构件可形成有效压应力区并实现预应力在煤体中的有效扩散,因而在保证可锚的前提下应尽量提高锚杆、索的预紧力,并采用合理配套的护表构件。5105辅运巷现场试验表明,高预紧力使得掘进与回采期间锚杆与锚索受力变化不明显,有效控制了巷道围岩强烈变形。

高预应力强力一次支护理论在多次动压影响巷道中的应用

沁新煤矿2~#煤层顶板为复合顶板,不利于巷道顶板支护,加之前期支护设计不合理,导致该煤层留巷巷道受多次动压影响后变形严重,服务期内多次维修,不仅增加巷道支护成本,而且对矿井生产造成严重影响。为此首先利用地质力学测试和围岩强度原位测试的方法了解围岩的基本形态,并针对原有设计中存在的问题,结合高预应力强力一次支护理论提出支护方案。

软煤层碎胀顶板巷道高预应力短锚索支护技术

以晋城矿区赵庄煤矿软煤层、碎胀顶板巷道为工程背景,采用数值模拟与理论分析方法,研究了预应力锚索在不同预应力及不同长度条件下的预应力场分布特征和支护应力对围岩承载区的作用,指出高预应力、短锚索的支护效果优于低预应力的长锚索。在分析原有巷道支护设计存在问题及围岩变形与破坏特点的基础上,提出高预应力、短锚索支护技术,该技术能大幅度提高锚索的预应力,并使其有效扩散到围岩中,有效控制顶板离层等有害变形,形成刚性顶板。同时,使二次应力分布更为平缓,减小集中应力,有利于控制巷道两帮变形和底鼓。

高预应力锚杆支护技术在霍州煤电的应用

在分析评价霍州煤电原有锚杆支护的基础上,重点从改进方向、高预应力锚杆支护材料体系、施工机具配套、典型条件下高预应力锚杆支护技术应用实例等方面,阐述霍州煤电集团高预应力锚杆支护技术体系的建立和推广应用。

高强度 高预应力耦合支护技术在深井软岩巷道中的应用

针对小康矿深井软岩巷道失修严重,频繁翻修,安全生产形势严峻等问题,进一步开展巷道加固技术的研究,提出高强度高预应力-耦合支护技术方案,经生产实践验证,解决了深井软岩巷道支护难的问题,实现安全生产。

高预应力锚杆支护技术及其在复杂困难煤巷中的应用

针对高应力等复杂困难巷道条件,分析了锚杆支护作用,提出高预应力锚杆支护原理,大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度,保持围岩的完整性,减少围岩强度降低;高预应力锚杆支护技术成功应用于枣泉煤矿高地应力巷道,巷道变形降低70%左右,巷道支护状况发生了本质改变。实践证明,高预应力锚杆支护技术可有效控制围岩变形与破坏。

松散破碎煤巷高预应力锚杆支护技术研究及应用

针对松散破碎煤层条件，提出高预应力锚杆支护设计原则，认为大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度及护表构件面积，保持围岩的完整性，减少围岩强度降低。高预应力锚杆支护技术成功应用于石炭井焦煤公司松散破碎煤层巷道，巷道变形控制在7％以内，巷道支护状况发生了本质改变。实践证明，高预应力锚杆支护技术可有效控制围岩变形与破坏。

高预应力强力锚杆系统在深部破碎巷道中的应用

根据金川镍矿的矿山工程地质条件,从巷道围岩变形与支护阻力的关系和高强预应力锚杆支护原理出发,结合国内外巷道支护的先进经验,通过三维离散元软件3-DEC数值模拟,提出了高预应力强力锚杆支护系统,巷道稳定性长期的监测表明,巷道围岩收敛变形得到了有效控制,取得了良好的支护效果。

深部软岩巷道高预应力增阻大变形锚杆研究及工程应用

为解决深部软岩巷道大变形、返修率高等问题,在前人研究基础上研发了一种新型高预应力增阻大变形锚杆,该新型锚杆主要由托盘、夹片、杆体1、杆体2、连接套、锥形套、滑移套管等组成,可以施加不低于120 kN的高预应力,让压点可控为180～240 kN,变形量可在150～1 000 mm内灵活调节,锚杆的破断力可达到350 kN左右,且在变形的过程当中能保持较高的渐增支护阻力;室内静力拉伸特性试验结果表明,该新型锚杆与传统锚杆相比,具有"先抗后让再抗,防断增阻"的优良特性;为进一步研究新型锚杆的力学支护机理,在建立该锚杆杆体轴向力学特性曲线的基础上,采用Fish语言编程对FLAC3D数值模拟软件CABLE单元进行了相应二次开发,数值试验获得的试验结果与室内试验结果基本完全一致,高精度模拟了大变形锚杆的轴向拉伸力学行为;典型深部大变形软岩巷道-金阳煤矿-500 m疏水巷变形机制研究表明,围岩强度低、地应力高以及锚杆初始预应力低是导致其变形的主要因素,采用传统等强螺纹钢锚杆支护已经无法解决三者之间的突出矛盾,必须设法加强支护强度降低围岩的变形速率,同时提高支护构件适应围岩大变形的能力,才能保持巷道围岩的稳定;为验证该新型锚杆的支护效果,提出了以该新型高预应力增阻大变形锚杆为核心的新"锚网喷"支护技术,数值模拟及现场监测结果表明,该支护方案可有效提高锚杆受力状态,降低围岩变形量,与原支护方案相比,围岩最终变形量减少了近60%,取得了良好的支护效果,具有重要的推广应用价值。

一次性快速紧固高预应力阻尼锚杆的应用前景

高预应力阻尼锚杆具有安装预应力大,安装工艺简单方便,安装速度快,适合于机械化作业的特点,特别适合在快速综掘巷道中应用,可以大大提高支护的速度、质量、安全系数及生产效率。本文阐述了高预应力阻尼锚杆的工作原理、使用方法及优势,指出了高预应力阻尼锚杆推广前景。