缓凝型水泥浆液配合比优化及锚孔浆岩界面特性影响研究

针对预应力锚杆后张法施工中自由段浆液流动性和缓凝效果差的工程难题,提出使用标准型聚羧酸减水剂作为掺加剂以实现水泥浆液缓凝并提高其工作性能,探究其对锚孔浆岩界面特性的影响。采用室内试验、SEM电镜扫描等手段,结合Matlab多目标优化等方法,对掺加减水剂的缓凝型水泥浆液的锚固性能及配合比优化展开研究,得出适用于预应力锚杆自由段的注浆材料及其最优配合比,并与现行规范推荐配合比进行锚孔横断面结石特性对比试验。研究结果表明:1)随着水灰比增大,水泥浆液的流动度和凝结时间增大,体积结石率和抗压强度减小;随着减水剂掺量的增大,水泥浆液的流动度和凝结时间增大,体积结石率减小,减水剂对浆液抗压强度影响较小;2)未掺加减水剂时,浆液结石体致密性随着水灰比的增大而降低,掺加减水剂使得浆液结石体表面局部存在相对较大尺度的孔或孔隙,对宏观结石体强度有一定影响;3)通过Matlab多目标优化方法推荐了缓凝型水泥浆液最优配合比为水灰比0.3,减水剂掺量1.85%,相关性能参数符合规范要求,且流动度与抗压强度较规范推荐配合比分别提升了72.3%和107%;4)浸水围岩会弱化浆岩界面的抗剪强度,因此在锚杆灌浆过程中保证横断面结石率有利于提高浆岩界面的抗剪强度,本文提出的最优配合比浆液抗剪强度优于规范推荐配合比浆液。

厚煤层小煤柱护巷耦合支护技术的优化与应用

长平矿原采用25~30m大尺寸煤柱护巷,为提高煤炭资源回收率,以4309工作面小煤柱沿空掘巷为工程背景,综合运用理论分析与工程类比等方法,确定小煤柱最佳尺寸为6m。沿空巷道采用综掘工艺,浅掘进、轻扰动的掘进方式,配合邻近巷道爆破切顶卸压工艺,选用锚网索耦合支护方式,及时对裸露围岩进行喷浆封闭,滞后注浆加固,有效提高煤柱抗压强度。现场矿压监测表明,巷道变形均在可控范围内,满足4309工作面安全生产需求。

高压旋喷钻机变截面工艺应用于近海锚杆施工的研究

为保证近海地区抗浮锚杆的施工质量和应用效果,提出并介绍了高压旋喷钻机变截面施工工艺,通过在成孔过程中控制锚杆成孔直径,实现下大上小的变截面锚杆结构,从而提高锚杆的抗拔力,可以很好地克服地下水及地质条件差对抗浮锚杆施工的影响。依托青岛太平洋梦时代广场C地块二期工程案例实施情况,证明高压旋喷钻机变截面施工工艺具有施工速度快、经济效益好、质量高、抗拔力大的优点,值得进一步推广应用。

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。

破碎顶板大断面煤层巷道支护技术研究

针对东沟煤矿2202工作面运输巷原"锚杆+锚索+钢筋梯子梁+锚网"联合支护不能有效提高巷道破碎顶板下位岩层的刚度,支护效果不明显等问题,分析了巷道变形破坏特征及原因,通过现场观测、块体力学分析和FLAC3D模拟计算等手段对支护控制技术进行系统研究,提出采用"锚网索+注浆锚杆"的联合支护方式,提高了岩体结构面的黏结力,改善了破碎围岩的力学特性,有效解决了破碎顶板大断面煤层巷道大变形的问题,可为类似地质工程条件支护技术提供参考。

大断面软弱煤巷锚固注浆支护技术研究

针对山阴姚寨煤矿三采区的大断面软弱破碎煤岩巷道强度低、完整性差、变形严重等问题,提出了采用锚固注浆技术进行加固,注浆孔采用深浅相间的排列方式,同时注浆采用双液法。巷道支护加固后监测结果显示:巷道变形量在前10d变化相对较快,可达总位移的58%左右,10~20d变形量逐渐变小,20d后慢慢趋于稳定;总变形量较原支护方式降低17%左右;锚固支护与注浆联合支护的方式,有效的解决了巷道稳定性与变形的问题。

千米深井大断面软岩巷道锚喷—注浆加固技术

针对千米深井大断面软岩巷道围岩持续变形的控制难题,在总结附近区域巷道支护经验和分析软岩巷道持续变形失稳原因的基础上,提出采用多层次锚喷及注浆加固技术,即三层喷浆、两层锚杆和一次壁后注浆的综合治理方案。现场实践表明:该方案可有效增强支护结构的整体性和承载能力,解决高应力软岩巷道围岩控制难题。

大断面动压回采巷道围岩变形规律及其控制技术

针对大断面动压回采巷道大变形问题,以成庄矿近20 m^2的强扰动回采巷道为例,采用数值模拟及现场实测的方法,对围岩破坏特征、变形规律以及稳定性控制技术进行分析。研究表明：断面尺寸的增大及强回采扰动迫使巷道发生非对称性变形,内部发生分区破坏;采掘应力作用下巷道围岩变形破坏具有明显的阶段性特征;对于大断面动压回采巷道稳定控制,单一的传统支护方式已难以奏效,需采用新型＂三高＂锚杆及注浆加固等分区协同支护技术;实例中采用该技术支护巷道后,底板底鼓量减少450 mm,两帮移近量减少800 mm,巷道变形得到了有效控制。

深井大断面硐室锚注网喷联合支护技术

淮南张集矿区第二副井箕斗装载硐室属于深井大断面硐室,针对工程所处地质情况和基于现有支护技术手段的分析,提出采用锚注网喷联合支护技术对硐室进行支护。支护后的现场监测结果表明:该支护技术能够很好地控制围岩变形,保证了硐室围岩的稳定和矿井的高效生产。

大断面硐室锚喷注联合支护技术

为解决大断面绞车房硐室支护难度大且变形严重的问题,以中泰矿业三水平轨道绞车房为研究对象,运用FLAC3D软件分别分析了绞车房硐室在锚杆、锚索联合支护和锚喷注联合支护状态下围岩的稳定性,对锚喷注联合支护技术进行了现场试验。研究结果表明:锚杆、锚索联合支护条件下硐室两底角受到较大的水平应力,竖直应力集中于底板,这是原支护条件下U型钢破坏和底鼓的原因;锚喷注联合支护技术下硐室各方向上的围岩应力相对均匀,硐室两帮移近量为43 mm,顶底板移近量为21 mm,硐室围岩变形得到了有效控制。

极高地应力软岩隧道贯通段变形控制方案研究——以兰渝铁路木寨岭隧道为例

为了解决极高地应力软岩隧道越岭核心贯通段大变形控制难题,以兰渝铁路木寨岭隧道施工为例,通过现场试验和数据分析,得到如下结论:1)确定了越岭核心贯通段的长度;2)提出了越岭核心贯通段"4层初期支护结构+径向注浆+长锚杆+长锚索"综合变形控制方案;3)得到了贯通段多层初期支护结构变形控制效果;4)说明贯通段施工及变形控制方案可行。

大埋深软弱破碎顶板大断面切眼全锚注支护技术

大埋深软弱破碎巷道围岩强度低、应力高,结构松软,变形量大,难支护。平煤四矿23160工作面首次采用大工作阻力电液控ZY10000-23/45D型支架,对工程要求较高,工作面切眼断面达27.8 m 2,掘进施工难度较大。根据工程实际,结合数值分析结果,确定23160工作面大断面切眼采用高强度锚杆、大阻力锚索联合支护,优化支护参数,适时进行喷浆和注浆锚索二次加固,最大限度地发挥围岩的承载能力,增大了切眼的支护强度,减少了巷道的变形量,有利于提高大采高综采工作面单产水平,促进矿井安全高效生产,可创造很好的经济效益和社会效益。

深井大断面“三软”硐室全断面二次锚注加固试验研究

为了更好地解决深井大断面"三软"巷道或硐室围岩难支护问题,基于赵庄煤矿盘区泵房的地质条件和变形破坏特点,提出了由初次高性能锚网喷支护和二次锚注支护组成的动态迭加耦合支护技术方案,并给出了详细的技术参数。研究结果表明:通过二次锚注加固,可形成积极主动有效的全断面锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,实现与巷道围岩的共同承载,提高了支护结构的整体性和承载能力,并使支护体内锚杆、锚索均转化为全长锚固,能够保证硐室围岩和支护结构较长时间内的稳定。工程应用实践表明,全断面二次锚注加固技术有效地控制了硐室变形,支护效果良好,具有良好的技术推广价值。同时,也为其他"三软"巷道或硐室的支护设计与施工,提供了理论依据和实践参考。

大断面高应力巷道围岩控制技术

针对山东某矿大断面高应力巷道支护难题,采用现场调研、理论分析和数值模拟方法,分析了大断面巷道在不同地应力作用下围岩应力分布及变形破坏规律,提出了注浆加固与二次锚网索支护相结合的新型支护技术,并开展现场工业试验。试验结果表明,该支护技术能够有效地控制高应力大断面巷道围岩变形。

非均质复合岩巷围岩破坏机理及底鼓控制技术

深部高地应力、层间软弱夹层(结构面)等复杂应力环境下复合煤(岩)巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理论建立底鼓力学模型,推导了底板破坏半径R0的显式解析式,并借助ZDY钻孔窥视仪对围岩内部损伤裂隙发育程度进行量化表征。建立UDEC数值计算模型反演了原支护下复合岩巷围岩应力、裂隙发育特征以及位移分布规律,综合分析了复合岩巷底鼓变形机理。结果表明:高地应力、邻近岩石极限强度差异大、底板岩性差、底板无支护或弱支护是复合岩巷产生底鼓大变形的根本性原因。结合现场调研及数值模拟分析结果,基于“固底–强帮”整体支护、“强–弱–强”组合承载圈分梯次加固底板的控制思路,提出了一种“全断面锚索+预制块反底拱”锚注联合支护技术应用于复合岩巷底鼓返修实践中。现场监测结果表明,巷道返修60 d内底鼓缓慢变形直至趋于稳定,最大底鼓量约为67.9 mm,相比原支护条件下底鼓变形量降低了95%,大大降低了巷道重复返修的可能性,确保了该矿煤炭资源安全高效开采。

深井嵌套式变截面巷道交岔点稳定性控制研究

深部矿井中,保持具有长服务年限的开拓巷道围岩稳定性十分重要,而井底车场中常存在两交岔点近距离连接使用的情形,在深部软岩环境下易出现大变形、支护失效等问题。以某煤矿嵌套式变截面巷道交岔点组围岩控制为工程背景,通过现场调研、地质勘查明晰了其具有3.9 m近距离嵌套式连接结构、变截面和大断面的属性及大范围穿层的特性,分析了在深部流变围岩下原支护方案失效的原因。为此进行精细化数值建模分析,得到主巷在三角岩柱侧的应力沿轴向存在“降低—叠加—恢复”的应力分区,两巷交叉角度越小,区域在轴向的距离越长,支承压力峰值及范围越大;变截面段随着截面的逐渐增大,围岩应力集中范围在横向与竖向均增大;塑性区在连接段发生多重叠加,宽度增加两倍以上,同时存在明显的穿层不连续状况,其范围在变截面巷道段及连接段急剧扩大。由此提出以中空注浆锚索为主的分段锚注强化控制方案,并经现场窥视与监测,加强支护有效保障了深井交岔点组围岩的稳定。

敞开式TBM掘进过节理密集带施工技术

为确保TBM能安全顺利地通过花岗岩节理密集带,以南疆吐库二线中天山隧道进口为例,通过现场实践,采用刀盘内施作超前自进式锚杆,注新型聚氨酯化学浆液,围岩出护盾后径向注浆补加固等方法,有效地控制了围岩变形坍塌,提高了设备利用率,确保TBM安全、高效地通过了花岗岩节理密集带。

富水软岩大断面交岔点巷道失稳控制实践

为了实现富水软岩大断面交岔点巷道的稳定控制,分析了榆树井煤矿富水软岩大断面交岔点巷道掘进失稳的形成及原因,制定了更为经济有效的支护结构和合理的支护参数,采用了关键部位补强支护+全断面锚注+U29型钢支架拱部、肩部使用固棚锚索支护+底板砌筑钢筋混凝土反底拱等复合型全封闭支护手段实现巷道稳定。实践结果表明:此类复合型支护手段可以有效控制富水软岩大断面交岔点巷道的稳定,通过观测,巷道在修复45 d以后已经呈现稳定趋势,巷道收敛变形速率为0.012 mm/d。

中空注浆锚索在大断面硐室支护中的应用

采用中空注浆锚索支护大断面永久硐室,实现了锚注一体化,提高了锚索的承载力,巷道两帮和顶底板移近量明显减小,顶板深部离层得到了有效控制,取得了良好的支护效果,节约了用于补强支护的成本。表明以中空注浆锚索为基础的锚注支护方式对大断面硐室的支护稳定性具有显著的效果,值得推广应用。

九里山矿大断面岩巷锚注加固技术研究

基于九里山矿15采区轨道下山的工程地质条件及变形破坏特征,采用FLAC3D软件模拟分析了巷道围岩破坏机理,发现采动影响下巷道围岩特别是两帮破坏范围较大,因此提出锚注加固方案,并进行了工程实践。通过数值模拟和现场实测,认为该加固方案效果明显。