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。

全长锚固支护技术在冲击地压沿空巷道中的应用

沿空巷道端锚锚索锚固强度低,围岩控制效果差。全长锚固支护可明显改善支护-围岩系统整体性和力学联系,针对性开发全锚锚索和高稠度、高粘滞性注浆材料,可有效增加巷道抵抗冲击变形能力和系统阻尼耗能性能,应用于赵楼煤矿冲击地压倾向沿空巷道支护,显著提高锚索锚固性能和降低巷道变形,且施工工艺简便,成本低。

深部巷道高强全锚注一体化技术研究与应用

针对深部高应力软岩巷道受高构造应力挤压产生大变形失稳的难题,提出了高强全锚注全方位、大范围、深层次注浆加固围岩,实现高强中空锚杆(索)由端锚向全锚转化,同时固结围岩、提质增强,提高了围岩与支护结构体的耦合自承能力;平煤一矿三水平下延戊一上山采区回风上山试验段采用高强锚注材料、高性能中空锚杆(索)、高压注浆对围岩进行大范围、深层次锚注,并通过巷道表面位移、深部离层变形、破裂情况窥视等综合方法确定了高强锚注合理时机,实测两帮变形量小于10mm,顶板测点平均下沉变形量200mm左右,经简单修复即可实现巷道的长期稳定。

深井巷道高强锚注一体化技术与工艺应用研究

针对深部地层力学环境条件下高应力软岩巷道围岩大变形控制难题,总结分析了深部巷道围岩控制的4种技术途径,提出了深井巷道高强全锚注支护控制理念,通过高强中空注浆锚杆、高强中空注浆锚索对围岩进行大范围高压注浆,实现围岩承载结构的延扩及自承能力的提升。试验表明:高强锚注支护能够充填围岩宏观裂隙、挤压楔固密实围岩孔裂隙,改善围岩力学性能,有效控制了离层向纵深发展。

锚注一体化支护在破碎软岩巷道修复中的应用

软岩巷道围岩强度低,破碎范围大,巷修周期短,严重影响矿井正常生产。采用锚网喷一次支护和锚注一体化二次支护相结合技术方案,在扩修后锚网喷支护基础上,对破碎软弱围岩进行注浆改性增强治理,采用的高强度注浆锚杆、锚索既作为支护材料,又作为注浆通道,将浅部注浆与深部注浆强化为一体,提高了围岩的自承能力。通过对锚注一体化支护技术机理的分析,结合对锚注一体化支护施工工艺和注浆技术要求试验对比,总结了锚注一体化支护技术经验和取得的成果。经锚注一体化支护1年后,巷道两帮和顶底板未出现明显变形,围岩深部离层得到了有效控制,其支护效果良好。

深埋巷道地应力特征及优化支护设计

针对深部巷道地质环境复杂及围岩变形剧烈、巷道变形量达数百毫米的现状,提出以地应力测量为前提、测力锚杆全程监测为基础、高预紧力全长锚固技术为核心、通过数值模拟加以修正的动态支护优化设计方案。以淮南潘三煤矿1621(1)工作面运输巷道为例,采用应力解除法对地应力进行实测,在巷道关键位置安装测力锚杆实时监测并记录锚杆轴力,结合数值模拟对优化前后的支护方案进行对比。结果表明,深部巷道以水平应力为主,随着巷道掘进方向与最大水平主应力方向夹角的增大和主应力差的增加,巷道变形迅速增大;采用现有全长锚固支护时施加的预紧力较低,巷道浅部顶板变形剧烈,未能发挥全长锚固的优势;采用高预紧力结合全长锚固优化支护来提高围岩的抗变形能力,改善围岩特性,增加围岩有效应力,可减小巷道变形,优化支护效果比较显著。

富水条件三软煤层沿空巷道支护设计优化

针对小屯煤矿沿空巷道顶底板岩性松软、沿空煤柱浸水失稳、围岩持续大变形等问题,通过现场围岩变形监测和拉拔试验,分析原有支护条件下围岩的变形特征和破坏原因,并对支护方案进行优化,提出"两帮中空注浆锚杆(锚索)高强预注+顶板高强全锚+底角注浆加固"的支护方案。经现场工业试验巷道的底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量分别减少了38%、77%、40%,优化后的支护方案有效地控制了巷道围岩的变形破坏,保证了沿空巷道的稳定性,取得了良好的支护效果。

“三高一大”高强锚注支护工艺优化与应用研究

深部软岩巷道围岩本身强度低,自承能力差,具有易风化、遇水膨胀等特性,且应力水平高、来压快,导致巷道开挖后极易松动破碎,变形严重且持续时间长,难以实现巷道长期稳定。高强锚注支护技术采用高强锚注支护材料、高强抗缩性注浆材料、高压注浆模式对大范围围岩进行注浆加固,提高初期支护强度,采用最优化注浆参数和工艺实现浆液的全扩散和强固结,强化支护体系与围岩力学联系,在巷道周围形成不同深度和厚度的组合加固拱结构,提高围岩的整体性和承载能力,有效控制塑性区的发展和变形,保证了巷道长期稳定性。现场工程试验表明,采用高强锚注支护巷道围岩变形较小,帮部和顶部稳定性较好,对确保矿山的安全高效回采具有重要的意义。

急倾斜煤层跨采巷道预应力全锚支护研究与应用

受急倾斜煤层采动应力分布特征特殊性影响,底板跨采巷道矿压显现特征和承载结构明显区别于一般巷道,以代池坝煤矿31345工作面底板跨采巷道+320 m东大巷补强加固工程为背景,通过力学模型和数值模拟分析急倾斜煤层回采前后,+320 m东大巷围岩变形和次生应力转移范围,结果表明:跨采巷道在处于原岩应力场不利条件下,工作面回采又导致其处于垂直应力降低和水平应力增高的非等压受力状态,巷道围岩稳定性控制难度较大。针对性提出了以高预紧力、高压注浆、高强固结和及时注浆全锚为核心的预应力全锚支护技术方案,后期开展了工业性试验,取得了良好巷道支护效果,在跨采期间受动压影响后巷道稳定性明显提高,有效地控制了巷道围岩的变形破坏,满足了跨采巷道正常使用要求。

小屯煤矿三软沿空巷道锚注支护试验研究

小屯煤矿6中煤顶板、低板岩性较为松软,含有大量的伊利石、蒙脱石等遇水膨胀性矿物。沿空巷道原支护采用树脂端锚,巷道两帮移近量和底臌量将近1000mm,严重影响矿井生产。采用注浆锚杆、注浆锚索对沿空巷道锚注支护,现场检测证明锚注支护技术体系可以有效控制三软沿空巷道的变形和破坏。

全锚支护体系在三软沿空巷道支护中的应用

针对小屯煤矿沿空巷道小煤柱透水失稳,围岩遇水软化、巷道严重变形等问题,采用数值模拟和现场观测对沿空巷道的受力及变形进行分析,开发了锚注式组合锚杆并提出了"顶板加强护表,两帮加大锚注"的锚杆锚索全锚支护方案。经过现场应用对比,该支护体系下煤柱变形降低了75%,底鼓量平均降低70%,巷道能够保持稳定。

深井软岩巷道高强全锚注支护机理与技术应用

针对深井巷道围岩脆延性转化及地质（工程）软岩大变形力学特性,通过力学试验、实测检验等综合研究方法,对高强锚注支护作用机理进行了初步探索。研究表明：高强全锚注支护实现了由传统端锚向全锚的转变,支护系统刚度提高了5.8倍,抗剪强度提高了0.4~0.5倍,扩大了支护结构的有效承载范围,改善了围岩应力状态,提高了围岩自承能力;平煤一矿千米埋深回风上山试验段采用高强中空注浆锚杆、高强中空注浆锚索进行高强全锚注支护,巷道两帮移近量5 mm,顶板最大变形量600 mm,相比原支护,显著降低了围岩变形量,简单修复即可实现巷道持久稳定。

预应力锚索全长锚固机制的力学分析及应用

为了分析预应力锚索全长锚固对巷道围岩的加固作用,采用理论分析方法研究了端锚阶段围岩体轴向附加应力与弱面的抗剪性能和全锚阶段围岩体轴向附加应力与弱面的抗剪性能。结果表明:端锚阶段通过预应力将浅部围岩卸载应力转移到深部;全长锚固后提高支护刚性与支护靶向性;全长锚固具有解耦吸能柔性支护性能。预应力全长锚固较端锚支护,支护性能大幅提高,其技术在煤矿现场成功应用,取得了显著的技术、经济效益。

预应力端锚锚杆全锚后承载分布特征分析

为了分析锚固方式对锚杆承载特征的影响程度,便于巷道锚杆支护设计选型,本文采用理论分析和现场实测的方法,对比了全锚锚固和端部锚固条件下锚杆轴向力与剪应力分布特征。研究结果表明:锚杆承载分布特征与锚固条件、预应力、锚杆直径和围岩强度等密切相关;锚杆轴向力沿锚固段呈现单向递减趋势,锚杆剪应力沿锚固段呈现先增大后减小趋势,主要分布于锚固段400 mm范围内;在受岩层离层错动影响时,轴向力是约束围岩破坏的主导因素,剪力中性点呈现逐步向外侧转移的趋势,相较于端部锚固,全长锚固后锚杆对围岩变形和破坏敏感度更高,应力承载范围集中在离层破坏区域,应力峰值明显降低,应力分布更均匀平缓。根据研究结果可知:全长锚固可明显提升围岩-支护系统整体强度和刚度,在巷道支护初期就采用全长锚固支护方式,更具有支护主动性,可以更充分利用锚杆强度性能,及时消除围岩应力集中,技术优势明显。

深部原岩应力测量及其对巷道稳定性影响分析

平煤一矿北三风井埋深超过1000m,受岩石强度低,持续高水平应力作用影响,巷道变形严重,支护难度大,成巷效果极差。开展地应力测量工作,分析巷道所处地应力场的特点和规律,为巷道支护设计、矿井与采区布置提供科学依据。

深部巷道全长预应力锚注支护机理研究及应用

讨论全长预应力锚固支护的实现方式,提出基于注浆加固技术的全长预应力锚注支护工艺,并将其对围岩强化作用划分为轴向主动支护贡献、横向被动支护贡献与注浆加固贡献等3部分,建立各支护贡献值的理论计算公式,分析不同锚注参数对各支护贡献值的影响规律,揭示全长预应力锚注支护机理。在此基础上,研发提出新型高强锚注支护技术,并进行现场应用。研究表明:全长预应力锚注支护方式通过注浆可使锚杆自由段钻孔及围岩裂隙得到有效充填,保证自由段轴向主动支护贡献值与锚固段横向被动支护贡献值可同时达到最大值,还可有效提高注浆加固贡献值,是实现围岩最优控制的有效途径之一。新研发高强组合式中空注浆锚杆具有强度高、可施加高预应力等优势,可实现全长预应力锚注支护效果,现场应用后,围岩变形破坏得到有效控制,验证了全长预应力锚注技术的优越性与有效性。

基于Hoek-Brown强度参数的含顶煤巷道锚索支护力预测及应用

针对含顶煤巷道顶煤松散破碎、易产生离层并下沉破坏等特性,将非线性Hoek-Brown强度准则引入顶煤破坏分析中,构造了锚索悬吊支护条件下的顶煤曲线型破坏力学模型,利用塑性上限理论推导得到了含顶煤巷道顶板锚索支护力的理论计算公式,分析了不同顶煤厚度、Hoek-Brown强度参数及上覆岩层压力等参数对顶板锚索所需支护力的影响规律.在此基础上,提出了相应工程建议措施,并结合现场工程实例进行了应用分析,可为含顶煤巷道支护设计及施工提供一定理论指导.研究表明:含顶煤巷道顶板锚索所需支护力与锚索布设间距、顶煤厚度、岩体扰动系数D、岩体重度及上覆岩层压力正相关,与地质强度指标I_(G,S)、岩性系数m_(i)及抗压强度负相关.其中,上覆岩层压力、岩体扰动系数D、地质强度指标I_(G,S)对顶板锚索所需支护力影响效果显著,在实际巷道支护设计中应受到足够重视.