Numerical simulation of the effect of coupling support of bolt-mesh-anchor in deep tunnel

The mechanical effects of bolt-mesh-anchor coupling support in deep tunnels were studied by using a numerical method, based on deep tunnel coupling supporting techniques and non-linear deformation mechanical theory of rock mass at great depths.It is shown that the potential of a rigid bolt support can be efficiently activated through the coupling effect between a bolt-net support and the surrounding rock.It is found that the accumulated plastic energy in the surrounding rock can be sufficiently transformed by the coupling effect of a bolt-mesh-tray support.The strength of the surrounding rock mass can be mobilized to control the deforma-tion of the surrounding rock by a pre-stress and time-space effect of the anchor support.The high stress transformation effect can be realized by the mechanical coupling effect of the bolt-mesh-anchor support, whereby the force of the support and deformation of the surrounding rock tends to become uniform, leading to a sustained stability of the tunnel.

顶板冲击荷载作用下锚网支护巷道变形破坏规律研究

为研究顶板冲击荷载作用下锚网支护巷道的变形破坏规律,以华亭煤矿250104运输巷为背景,采用FLAC^(3D)分析了不同冲击荷载波速、角度以及偏轴距条件下锚网支护巷道围岩的应力、变形以及塑性区变化特征。研究结果表明:顶板冲击作用下,巷道顶板及两帮岩体塑性区将向上方及两侧逐渐扩展,且其最大位移呈指数衰减式增长;随顶板冲击荷载波速增大,巷道周边岩体最大位移呈指数递增式增大;随顶板冲击荷载角度增大,巷道顶板及两帮最大位移呈“S”形增长变化,冲击角度为90°时对围岩稳定性最不利;随顶板冲击荷载偏轴距增大,巷道顶板及冲击侧帮部岩体最大位移出现先增后减的变化规律,冲击偏轴距等于5.0 m时对巷道安全威胁最大。

锚杆支护网片动载力学性能试验研究

为了合理选择冲击地压巷道锚杆支护所需的网片,通过实验室试验从网片变形、承载力、位移及吸能等四个维度对比研究机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片的动载力学性能,得到了两种网片在冲击载荷作用下的变形破坏方式及吸能特性。研究结果表明:冲击载荷作用下,机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片破坏变形集中区域不同,机编焊接钢筋网片以“十字”形式向中心变形,破坏主要集中在钢筋网与固定压板接触处,钢塑复合聚酯网片破坏主要集中在受冲击载荷中心部位及聚酯网与固定压板接触处;网片冲击力时程曲线可分为缓慢承载阶段、波动稳定承载阶段及衰减阶段,随着冲击载荷的增加,机编焊接钢筋网片冲击力峰值明显大于钢塑复合聚酯网片,机编焊接钢筋网片对冲击地压巷道的支护能力更强;网片位移变形随着冲击能量的增加逐渐增加,机编焊接钢筋网片可抵抗冲击能量大于5000 J,钢塑复合聚酯网片可抵抗冲击能量为2000 J。

基于HyperMesh的某航天产品结构螺栓连接处理方法研究

目的为具有多螺栓连接复杂结构、处于在研阶段的某航天产品提供螺栓连接处理方法。方法利用Hyper Mesh软件,选择4种螺栓连接处理方法,建立组件有限元模型,进行模态分析,比对其固有频率与振型;对具有螺栓连接的简单结构,采用同样计算方法,比对计算和试验验证结果。结果 4种螺栓连接处理方法得到的低阶振型一致,但固有频率有所区别。结论实体螺栓处理方法适合于该产品改进设计需求,该方法可为类似结构的建模及分析提供参考。

层理劣化影响下破碎顶板巷道变形机理及控制研究

为解决层理劣化的破碎顶板下巷道支护难题,以辛置煤矿东四运输延伸巷为工程背景,研究了该巷道层理劣化的顶板变形破坏规律,提出了相应的支护对策,并进行了现场应用。采用FLAC3D中的interface单元,建立了含层理的巷道顶板模型,分析了层理影响下破碎顶板变形破坏特征,对比了不同支护方案的巷道围岩变形规律。对层理劣化的顶板,高预应力锚杆能充分提高顶板自承载能力,进而降低锚杆支护密度,既能控制巷道围岩变形,亦能提高掘进速度。最终,将提出的支护对策应用于现场,监测数据表明:该支护对策能保证巷道围岩稳定,且有利于提高巷道掘进速度,对类似的层理劣化的破碎顶板下巷道支护提供了参考。

锚网−围岩接触面注浆充填预应力施加技术

针对松软煤体巷道护表构件主动支护效应差、局部裸露围岩破碎范围持续扩大导致的锚杆、锚索失效问题,开发了网后注浆面型预应力施加技术并进行了实验室试验及现场验证。首先分析了锚网支护围岩变形破坏方式及控制方法,阐述了网后注浆技术原理;其次开展了不同规格型号金属网的网后注浆实验室试验,分别得到了主动面型预应力施加过程中锚杆受力、注浆压力、护表构件变形量及面应力演化规律;最后开展了现场工况下的顶板及两帮网后注浆试验,得到了护表构件在一定变形量前提下的面型预应力施加值,验证了网后注浆技术的适用性。研究结果表明:①金属网与煤壁之间存在间隙是导致支护系统主动支护能力差和锚杆、锚索支护失效的主控因素,围绕金属网与煤壁接触面凹凸不平的结构间隙进行注浆填充、全面封闭围岩是完善锚网支护系统的技术手段;②在金属网与围岩之间进行注浆充填可实现面型主动预应力的施加,面应力变化趋势主要分为:初始面应力恒定阶段、面应力上升阶段、面应力降低至稳定阶段;③网后注浆过程中,面应力变化趋势与注浆压力、金属网变形量紧密相关,面应力上升过程中,注浆压力、金属网变形量也随之升高;④网后注浆可缓解锚杆托盘应力集中程度,面应力上升过程中可使得应力集中的锚杆预紧力呈现出小幅度降低趋势,受力较为均匀的锚杆预紧力呈现出同步上升趋势。所得研究成果有望成为锚杆支护配套技术,为复杂困难巷道治理提供技术储备与理论参考。

巷道中锚网索联合支护方案的应用分析

锚网索联合支护作为1种新型支护技术,具有支撑力度大、可防止巷道变形等优点,被广泛应用于煤矿巷道支护中。首先介绍了锚网索联合支护技术的基本原理和适用范围;然后,针对具体工程情况,在巷道形态、围岩情况和上覆厚度等因素影响下设计了1套支护方案,并进行了实践;最后,对施工过程和支护效果展开了详细分析,针对存在的问题提出了解决措施。

沿海地区30年龄期螺栓球网架加固技术研究

某电厂干煤棚为斜放四角锥形双层筒网壳,属于螺栓球网架结构。因年久失修,结构本身锈蚀严重,须进行加固改造。采用“杆件更换、支座加固、彩钢板屋面更换”等方案施工。结构处于邻海环境中,重点关注后续使用期间耐久性,故对结构进行除锈防腐处理。结果表明,加固后的钢结构煤棚承载能力显著提升,可连续不间断满负荷运行168 h,投入使用后,钢构件防腐涂层无明显皱皮、流坠、气泡等缺陷,满足规范要求。

浅埋煤层工作面回采巷道支护设计及参数优化

针对浅埋煤层支护强度不合理的问题,以某矿浅埋煤层工作面地质条件为工程背景,通过理论计算获得巷道初步支护方案,进一步运用数值模拟技术进行巷道支护参数优化,并验证了巷道的稳定性。结果表明,锚杆为∅18 mm×2100 mm,间排距1100 mm×1200 mm,锚索为∅15.24 mm×6500 mm,沿巷道中线布置1列,排距为3300 mm时,在保证支护效果的情况下,回采巷道整体上围岩变形和破坏范围较小,更有利于保障矿井生产安全,提高经济效益。研究成果可为合理设计浅埋巷道支护方案提供经验借鉴。

慈林山煤业沿空掘巷让压支护技术应用

为解决小煤柱沿空掘巷煤柱支承应力较大以及采空区顶板坚硬岩层断裂产生动载破坏围岩支护的问题,对慈林山煤矿15208工作面运输顺槽沿空掘巷支护存在的问题进行分析,开展单泡让压管和双泡让压管抗压试验,同时优化锚杆、锚索的施工。结果表明让压管能够提高锚索的延伸率,在压力显现时能够吸收围岩传递的能量,保证锚杆、锚索的有效性;在此基础上对帮锚索的优化能保证支护强度的同时还能提高生产效率并降低支护成本。

多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明:各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。

沟门金矿巷道支护方案的研究与优化

沟门金矿以矿岩工程质量指标RQD值作为巷道分类依据,应用FLAC3D数值模拟软件开展不同类别巷道的数值模拟,并对支护效果进行分析。巷道数值模拟结果表明:围岩级别Ⅱ~Ⅳ级巷道采取喷锚网支护方式,根据不同巷道断面、围岩级别明确了喷射混凝土厚度、锚杆网度等支护参数;对于Ⅴ级围岩,最佳支护方案为喷射混凝土+钢支架,其中C30喷射混凝土厚度100 mm作用是封闭裸露岩体,钢支架间距宜为1.5 m。

干河煤矿半煤岩巷大排距锚网索支护技术研究

以干河煤矿2^(#)煤层2-3011巷为背景,通过现场实测、数值模拟等手段,探究提高单根锚杆支护效能的措施,确定锚杆、锚索的最优布置参数,通过矿压监测验证优化方案的可行性,结果表明:优化条件下,掘巷期间和工作面回采期间巷道围岩稳定性好,掘进速度提高1.4倍,在经济、安全、技术等方面均取得很好效益。

沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究及应用

针对新大地煤业区段留设20 m宽煤柱存在煤炭资源浪费、巷道处于侧向集中应力影响范围的问题,提出留设合理煤柱沿空掘巷技术方案,通过理论计算和数值模拟分析,确定了工作面煤柱留设的合理宽度为9.0 m,并设计了巷道支护方案。工程应用表明,巷道顶底板移近量约为300 mm,两帮位移量约为360 mm,均在设计可控范围内,满足工作面安全生产需求。

深井大倾角煤层巷道围岩控制技术探讨

针对长城三矿深井大倾角煤层回采巷道掘巷后出现显著非对称破坏问题,分析1905S运输巷原支护失效原因,针对深井大倾角回采巷道围岩赋存特征提出锚网索联合支护优化方案。通过顶板布置高预紧力锚索提升顶板岩层承载能力,限制顶板离层变形,同时增大帮锚杆密度提升煤体抗变形能力。现场监测数据表明:采取大倾角回采巷道锚网索联合支护技术后,有效控制巷道断面收敛量,同原支护相比巷道变形量降低了60%。研究成果可为类似深井大倾角回采巷道的掘进提供借鉴。

8102高应力软岩巷道支护参数设计与应用

8102高应力软岩巷道拟使用锚网索喷+锚注联合支护方式,并设计了支护参数。本文采用FLAC3D模拟未支护、初次锚网索喷支护、二次锚注支护后巷道围岩变形及塑性区分布情况,分析可知,设计的支护参数可保证8102巷道围岩稳定性。现场围岩变形量监测结果表明,巷道围岩变形主要集中在前30 d内,二次锚注支护需在初次支护30 d后进行。

近距离煤层采空区下巷道位置选择与支护技术

铺龙湾矿5112运输巷受上部采空区及残留煤柱影响,巷道掘进后围岩变形量大;通过理论计算及数值模拟分析,得到巷道布置位置与区段煤柱、边界煤柱最小错距均为9.0 m;根据上煤层采空区底板应力分析情况,对该巷道采用“锚网索+W钢带+工字钢”联合支护技术;通过现场监测数据表明,该支护方案能够有效控制围岩变形,从而保证了巷道稳定性。

锦程煤矿21010运输顺槽支护设计及应用

为优化锦程煤矿21010运输顺槽支护方案,综合运用理论计算、数值模拟、矿压监测等手段进行探讨,确定巷道围岩稳定性类别为Ⅲ类;结合数值模拟研究确定锚网索联合支护具体参数;掘巷期间监测巷道表面变形量,成巷约30天后围岩基本稳定,顶底板、两帮移近量均小于70 mm,表面变形量在设计允许范围内,支护设计方案应用效果良好。

综采工作面快速过老巷联合支护技术应用

为解决15111工作面回采过老巷可能出现大面积来压和片帮冒顶等危害,保证回采安全,对老巷的破坏情况进行分析后,将老巷顶板划分为裂隙发育区和垮落区,并有针对性地采取锚网索支护、高分子材料注浆加固联合支护方案。通过加强支护,使老巷顶板破碎围岩固结,并提高了围岩的稳定性和整体性。在工作面回采通过老巷过程中未发生大面积来压和片帮冒顶现象,确保了工作面回采安全。

高应力区巷道松动爆破卸压支护技术应用

基于5311巷掘进期间受构造应力以及邻近采空区残余应力作用下,巷道迎头20 m范围内顶板破碎严重,锚杆(索)支护失效率高等技术难题,决定对高应力区巷道顶板采取松动爆破卸压支护技术。应用效果表明:巷道顶板采用松动爆破卸压技术后,将围岩内高应力转移至围岩深部,有效降低了集中应力对巷道围岩的破坏作用,提高了围岩应力拱强度,巷道顶板下沉量由原来的420 mm减小至180 mm,顶板锚杆(索)失效率由原来的11%降低为2%。