巷道围岩承载结构弹塑性理论分析

为了分析巷道围岩承载结构与支护的相互作用,建立了圆形巷道围岩内、外承载结构弹塑性分析力学模型,应用广义Hoek-Brown破坏准则和弹塑性基本理论,得到了塑性区半径和围岩承载结构相关参数的表达式.通过实例分析了巷道围岩承载结构与围岩稳定的关系,以及支护力对巷道围岩承载结构相关参数的影响.结果表明:外承载结构位置、宽度以及塑性承载结构宽度与巷道围岩变形量及塑性区范围密切相关;随支护力增大,巷道围岩承载结构越靠近巷道周边.

基于均匀设计-响应面-有限元法的软岩隧洞围岩与衬砌结构协同承载可靠性分析

软岩隧洞围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性等不确定性,基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映软岩隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。在以数理统计方法为核心的可靠度计算理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》(SL 279—2016)中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种软岩隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法。采用该方法分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,最后将该方法应用到具体工程中进行检验。通过与传统可靠度计算方法进行对比可知,该方法满足了精度,简化了流程,提高了效率,表明其具有很好的适应性和可行性。

锚索梁支护机理及其在沿空留巷中的应用

沿空留巷可以真正实现无煤柱开采,最大程度提高煤炭资源的采出率,缓解采掘接替紧张的局面。巷道支护方式、支护参数的选择是巷道成功留设的关键。对锚索梁支护机理的研究表明,锚索梁支护可以改善围岩应力集中状态,提高围岩承载结构的整体性,有效控制巷道的变形。在潘二煤矿12125上顺槽沿空留巷中采用锚索梁支护方式,矿压观测表明巷道支护状况良好,维护了巷道围岩的稳定性。

薄层状煤岩体中巷道的不均匀破坏及封闭支护

煤矿巷道常布置于薄层状煤岩互层中，围岩表现出非对称和不均匀性的破坏特征，采用常规的开放式对称支护技术方案效果较差，不利于此类巷道的长期维护。结合淮北矿区孙疃煤矿频繁穿越煤岩层区的巷道工程，总结了包括肩角失稳破坏、一帮内挤、底板（梁）凸起及全断面失稳等多种不均匀破坏特征，并分析其主要影响因素；提出以锚杆、锚索、注浆等主动支护为主体枸建整体封闭式支护，辅以结构补强的技术原理，通过锚杆与锚索预应力的协同作用、锚固体与围岩注浆的相互强化作用、锁腿与U型钢拱形支架的结构补强作用等形成协同支护效应，以有效控制穿煤岩层区层状围岩巷道的不均匀破坏。采用顶帮锚架注、拱脚连续锁腿约束及底板钻锚注等方法合理实施巷道全断面加固，并在孙疃煤矿埋深570m穿煤岩层区域巷道应用，巷道稳定后围岩收敛变形控制在180-220mm范围，保障了施工安全和长期稳定。

高预紧力后张法全长锚固支护力学分析

针对深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均、抗剪切承载能力低以及无法适应其大变形等问题,提出了高预紧力后张法全长锚固支护方法,通过建立高预紧力后张法全长锚固支护力学模型,对高预紧力后张法全长锚固支护的受力特征和支护围岩承载能力进行了理论计算和现场应用分析,并与传统加长、全长锚固支护方法进行了对比。研究结果表明:高预紧力后张法全长锚固支护方法具有高预应力支护与全长锚固支护的优点,在全长锚固的基础上使预高于金立紧力向围岩内传递,与传统加长、全长锚固支护方法相比,高预紧力后张法全长锚固支护方法锚固段的剪应力分布更加平缓;有利于锚杆预紧力在围压中扩散,增大围岩压应力区范围,改善锚固围岩特性;配套采用研发的高预紧力减摩托盘提高锚杆预紧力,可形成更有效的锚固围岩承载结构。