论在工程实际中实现锚杆(索)与围岩在空间上的耦合支护

通过对高应力软岩巷道锚网索耦合试件实验室试验,结合刚度耦合理论分析,找到了能够实现支护结构和围岩空间上刚度耦合的耦合试件,并在现场中进行应用,取得了良好的支护效果。

NPR锚杆/索围岩动力响应数值模拟分析

为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿采区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支护方案的数值模型,对比分析动荷载下硐室围岩以及锚杆的受力、位移情况.结果表明:25 MPa冲击荷载下,25根PR支护锚杆/索中21根已失效,围岩大面积失稳,耦合墙出现严重变形,硐室呈现内凸弧形变形破坏.而相同条件下,NPR锚杆/索均未失效,硐室围岩稳定性保持良好.

千米深井保护层开采巷道围岩锚杆索承载规律

为分析千米深井保护层开采巷道围岩锚杆索承载规律,以安徽朱集西煤矿13501工作面轨道顺槽为工程背景,采用现场实测方法监测下保护层开采后上覆13501工作面轨道顺槽掘进影响期间锚杆索承载状况。阐明下保护层开采影响下上覆煤层巷道围岩锚杆索承载规律,为巷道支护设计提供了理论指导。井下矿压监测结果表明,锚杆索支护结构补偿的支护方案,可以提高锚网支护承载结构的整体稳定性及承载能力,达到支护-围岩共同承载的目的,从而有效控制了此类巷道围岩的强烈变形。

长距离锚杆索支护煤巷在线围岩观测系统的应用

锚杆(索)支护掘进巷道一般采用每50 m设置围岩变形观测站和顶板离层观测站的方式进行围岩变形量、顶板离层量矿压观测,观测效率和准确性不高,尤其是长距离巷道人工矿压观测劳动强度大,差错率高。为降低长距离锚杆(索)支护巷道人工矿压观测强度,提高矿压观测效率和准确性,及时发现顶板离层量、离层速率等关键参数变化,防范顶板事故发生。陕西黄陵二号煤矿418工作面胶带巷采用在线围岩观测系统对巷道表面收敛、顶板离层、锚杆(索)受力等情况进行实时在线监测。依据监测数据分析巷道围岩变化情况,及时优化支护参数,采取可靠的顶板加固措施,有效防止了顶板事故发生。

软弱围岩锚网索支护数值模拟分析与应用

文章结合缸沟煤矿轨道下山工程地质实际条件,提出了具体的锚网索支护技术方案,运用FLAC2D数值模拟软件,深入分析了锚网索对围岩整体结构的加强效果,验证了锚网索在不同支护时期的支护理论。强调锚网索在支护体系中的重要作用。对今后煤矿运用该支护技术提供了指导作用。

乌兰木伦煤矿大断面硐室围岩变形破坏规律及控制

针对煤矿井下巷道大断面硐室的围岩变形破坏问题,以乌兰木伦煤矿井下分选及充填大断面硐室为研究对象,采用相似模拟实验方法,进行单调递增加载和恒定荷载加载单轴压缩实验,对大断面硐室围岩变形破坏规律进行了研究。结果表明:①2种加载方式在压密阶段、弹性变形阶段及微破裂稳定发展阶段破坏演化和变形位移趋势相似。②采用单调递增加载方式的试样裂纹较少但裂纹缝隙较大,试样沿着主裂纹突然发生破断,期间有大量碎屑飞出,试样变形位置主要集中在围岩边界,破坏时释放能量较多,但峰后释放能量持续时间较短。③采用恒定荷载加载方式的试样应力保持不变,应变缓慢增加,期间产生大量微小裂纹,试样变形位置主要围绕在硐室周围,破坏时释放能量较少,但峰后释放能量持续时间较长。依据大断面硐室围岩变形破坏规律,提出了锚杆索支护方案:硐室顶部打长锚索,将顶板和上方坚硬岩石连成整体;在硐室煤岩交界处打倾斜锚杆,将煤岩交界面与周围岩体紧密连接。数值模拟结果表明,支护后围岩应力、位移、塑性区均明显减小,围岩稳定性大幅提高,支护效果良好。

七一新发煤业含水砂岩顶板巷道锚杆索支护技术及实践

针对七一新发煤业北翼五采区顶板砂岩含水条件巷道支护难题,提出采用锚杆索支护方式控制巷道围岩。结合现场实际条件分析了顶板淋涌水条件下锚杆索支护的巷道破坏特征及其维护特点,提出相应的控制对策,并综合数值模拟、理论分析、工程类比等方法确定了巷道支护参数,并进行了现场应用,取得成功。

锚索预紧力对巷道围岩应力场分布影响研究

依据王庄煤矿5218工作面地质条件,采用有限差分数值模拟软件FLAC3D研究了锚杆与锚索预紧力引起的巷道围岩应力场分布特征。结果表明:锚索预紧力过低时,锚索和锚杆联合支护产生应力场应力值小,形成的有效压应力区范围小且孤立分布,没有连成整体,主动支护效果差;锚索预紧力高时,锚索预紧力引起的巷道顶板应力场应力值大,形成的有效压应力区范围广,相互连接、叠加,形成有机的整体,主动支护作用得到充分发挥。

巷道锚杆—锚索耦合支护参数研究

根据某工作面实际工程概况,分析了巷道锚杆—锚索耦合支护参数,设计了3种支护参数,模拟分析了巷道回采和掘进期间围岩变形特征,得到了最佳支护形式,然后采用数值模拟软件,分析巷道支护参数合理性,主要分析了锚杆预紧力、锚索长度、顶板锚杆数量等。研究为相似条件下巷道支护提供指导。

动压影响下软岩巷道围岩控制技术研究

3506回风巷围岩为软岩且巷道受本采面、邻近采面采动压力影响,围岩变形量较大且局部位置支护体系面临失效问题,给巷道后续使用带来较大影响。对回风巷现场条件及围岩变形特征分析基础上,提出采用高强预紧力锚杆(索)+底角锚杆+巷帮锚索方式进行支护,通过高强预紧力锚杆(索)强化顶板及巷帮围岩支护强度,提高支护体系与围岩耦合效果;采用底角锚杆可降低甚至阻隔顶板及巷帮压力对底板影响,提高底板抗底鼓能力;巷帮锚杆可将巷帮应力向深部转移,减少巷帮表面位移量。现场应用后,3506回风巷在动压影响下围岩变形量始终在允许范围内,为巷道正常使用创造良好条件。

东祁连山3#斜井软弱围岩变形控制技术

为解决过软弱围岩隧道变形大、难以控制的问题,以东祁连山3#斜井为工程背景,通过现场勘测和数值模拟等方法分析了隧道变形破坏特征。根据分析结果,提出了“长短锚杆(索)+钢筋网+喷射混凝土+二次衬砌”的联合支护方案。现场监测结果表明,联合支护方案下隧道拱顶和边墙的最大变形量分别为81 mm和67 mm,围岩压力变化不大,表明隧道结构基本稳定,满足规范要求,有效控制了东祁连山隧道3#斜井围岩变形破坏。研究可为同类地质条件下的隧道支护设计与施工提供参考与借鉴。

三软厚煤层锚杆索联合支护技术实践

三软煤层的围岩强度较低,巷道围岩变形较大,易导致安全隐患。为解决三软厚煤层的巷道失稳难题,以魏家地煤矿东1100回风顺槽为研究对象,采用理论分析法对巷道支护参数进行计算分析,并结合数值模拟及现场实测结果对三软煤层巷道围岩变形及控制展开研究,提出了针对性的锚杆索联合支护的设计方案。研究结果表明,三软厚煤层巷道不稳定围岩范围较大,锚杆支护范围无法有效控制围岩结构,需采用锚杆索联合支护方案。数值模拟及现场应用结果显示,锚杆索联合支护方案控制巷道围岩变形效果明显,围岩变形及巷道稳定性能够满足安全生产的要求。

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现,巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的;且变形首先从关键部位开始,进而导致整个支护系统的失稳.因此,要保证深部软岩巷道围岩的稳定性,必须实现支护体与围岩的耦合.数值模拟研究表明,当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时,能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用;当锚网与围岩在强度上实现耦合时,将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化;当锚索与围岩在结构上耦合时,可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护.实践证明,软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题.

急倾斜煤层巷道围岩变形破坏特征及支护技术研究

针对急倾斜煤层巷道围岩在开挖支护后所表现的非对称变形破坏现象,采用工程地质调查,数值模拟、理论分析等手段,分析了急倾斜煤层巷道的变形破坏具有非对称性,呈现"顶板下滑,底板鼓起"的相互错动变形特征,导致支护结构承受围岩的载荷也具有明显的非对称性。基于上述研究,提出了"锚网索非对称耦合支护技术",通过非对称布置且相互间工作性能耦合的锚网索支护方式来控制巷道的稳定性,达到对围岩变形破坏有效控制的目的。工程应用的结果表明:采用锚网索非对称耦合支护形式,可以有效控制围岩的剧烈变形,巷道的安全性大幅度提高。

沿空巷道围岩控制技术相似模拟研究

为研究沿空巷道锚杆(索)联合支护效果,结合红岭煤矿15141工作面上巷的现场实际情况,对该巷道围岩稳定性进行了相似模拟试验研究。结果表明,沿空巷道的煤层底板竖向应力呈现非对称双峰分布,其中煤柱区域集中应力较大;采空区及巷道顶底板竖向应力较低、顶板下沉量和底板鼓起量较大;锚杆索联合支护技术可起到锚固围岩的作用,巷道总体变形量小,且可承载超前支承压力作用。研究结论对沿空煤层巷道支护实践有指导意义。

二次采动巷道锚杆(索)支护效应分析

采用数值模拟和现场监测的方法分析了14103麻家梁煤矿辅运副巷在经历二次采动应力的影响下,巷道锚杆(索)的支护效应。数值模拟分析14103辅运副巷采用高预应力支护可有效改善巷道支护应力场;现场监测发现锚杆、锚索杆体应力受14102工作面回采影响先急剧增加后趋于稳定,再经历14103工作面回采影响虽部分杆体应力有所下降,但仍能保持有效支护作用;14103辅运副巷浅部锚杆索支护范围内的3 m处围岩始终保持较强的承载能力,较深部5 m处围岩已进入塑性区,深部8 m和10 m围岩始终具有较强的承载能力。辅运副巷经历二次采动影响后,顶底板移近量为390 mm,两帮移近量为280 mm。

综放开采动压影响破碎巷道围岩加固控制技术研究

不连沟煤业公司不连沟煤矿F6103工作面辅运巷受F6103工作面回采影响后,矿压显现更明显,煤柱帮侧围岩破碎严重,出现大面积"网兜"。针对围岩已破碎段巷道,采取锚杆补强和注浆加固围岩的方式实现围岩自稳,通过理论研究和数值模拟对锚杆(索)补强进行合理的设计研究,取得了较好的效果,使破碎围岩得到有效的控制。

辅运大断面煤巷围岩控制实测

针对巷道断面超大的情况下,使得巷道维护异常困难,严重影响矿井的安全高效生产的问题,对木瓜矿辅运大断面巷道围岩控制技术进行实测研究,研究内容为:木瓜煤矿辅运大巷锚杆支护方案的设计,全面、系统的巷道围岩变形与支护体受力监测,矿压监测数据分析。监测结果表明,辅运大巷支护设计合理,巷道安全状况良好。该研究不仅会给煤矿带来很大的经济和社会效益,也具有很高的推广应用价值。

基于统一强度理论的围岩–锚杆(索)弹塑性耦合分析

基于统一强度理论和非关联流动法则,推导考虑岩体应变软化、锚杆(索)屈服强化特性以及支护时机的深埋圆形隧道围岩–预应力锚杆(索)协同耦合全过程解析理论,提出一种计算锚杆(索)位移差的解析方法并论证高地应力隧道中监测杆(索)体延伸率的必要性:锚杆(索)与围岩协同变形中产生位移差进而提供支护反力,采用延伸率安全裕度标准可实时判断并反馈锚杆(索)作用过程中支护结构的完整性和有效性。在通过Abaqus数值方法验证解析理论合理性的基础上,对比分析锚杆(索)支护下不同预应力量值、支护时机和中间主应力系数影响下的围岩特性曲线,结果表明:锚杆(索)能显著减小围岩收敛,施加预应力后,锚杆(索)支护下的围岩特性曲线出现“台阶”下降,这表明预应力锚杆(索)及时、有效降低了围岩平衡所需的支护力,且随着应力逐步释放,主、被动锚杆(索)先后进入屈服后应力低速增长阶段,因此不同预应力量值支护下围岩特性曲线逐渐趋近于一致;不同支护时机影响锚杆(索)的作用起点,支护越早其位移控制效果越显著,但也将产生更大的杆(索)体延伸率;中间主应力系数反映围岩自承载性能,增大该量值可从整体上提高锚杆(索)支护下的围岩变形控制性能,并通过围岩–锚杆(索)耦合作用降低杆(索)体延伸率。该研究为围岩–预应力锚杆(索)支护解析和支护结构安全性分析提供了一种理论计算方法,可为高地应力隧道弹塑性分析提供一定的思路。

破碎围岩层次注浆加固在掘进巷过断层的应用

为解决掘进巷道受断层和采掘的叠加影响围岩破碎而难以支护的问题,通过对比单一层次注浆和分层次注浆加固的机理,根据大西煤矿3018回风顺槽地质条件,设计了巷道围岩分层次注浆加固方案和锚杆索支护方案。根据巷道变形速率观测结果可知,巷道注浆加固后,两帮变形速率减小为原来变形速率的11.2%,表明巷道围岩得到有效控制,分层次注浆加固效果良好。