基于自稳平衡拱理论的巷道支护研究

巷道支护对巷道稳定性及掘进工程进度影响较大,若支护强度不足,导致巷道失稳,引起安全事故;若支护强度过大,则造成不必要的开支且降低巷道掘进工程进度。为解决魏墙煤矿盘区巷道支护难题,提高巷道掘进工程进度,应用自稳平衡拱理论对魏墙煤矿三盘区巷道进行支护参数设计,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道稳定性进行检验,并对两种支护方案消耗材料进行对比分析,使其兼顾巷道稳定性的同时,提高魏墙煤矿三盘区巷道的掘进工程进度。研究表明,基于自稳平衡拱理论的支护方案较原方案共缩减了29 000根锚杆、2000根锚索及其对应的托盘、锚固剂等材料,降低了矿井生产成本,提高了巷道掘进工程进度,巷道稳定性未有明显降低,满足矿井安全生产要求。

自然平衡拱托顶法防治破碎迎头冒漏快捷掘进技术

针对巷道过破碎岩层常用掘进方法和防治迎头冒漏方法弊端,运用并拓展自然平衡拱理论,认为自然平衡拱形成后有稳定承载性和自行垮空性2种属性,要主动创造和应用自然平衡拱,在此基础上提出了1种自然平衡拱托顶法防治破碎迎头冒漏快捷掘进技术;阐释了设计原理和施工工艺,论证了正确性和科学性;通过现场工程实践证实了适应性和有益效果;解决了现场问题,实现了快捷掘进及安全和效益双赢。

压力平衡拱应力状态相似物理模拟研究

相似材料模拟是通过建立相似物理模型,观测研究难以用数学描述的系统特性,研究原型系统与模拟系统间相似特性的。模型与原型的区别,仅在系统要素的序结构和特征值有一定的比例大小,而支配系统特性的本质不变。从系统仿真角度上说,建立相似的物理模型,可称为相似物理仿真模拟。通过相似材料模拟,对压力平衡拱处岩层的水平应力和竖直应力的观测,

基于改进普氏平衡拱理论的层状顶板安全厚度研究

针对露天矿区对前井工开采矿留下采空区的处理是一个重要的安全问题,依托元宝山露天煤矿隐蔽致灾地质因素综合勘探治理研究项目和平朔东露天矿采空区(空洞)综合勘察与治理项目进行深入研究,结合东露天矿的现场实际条件进行理论分析,并以井工矿采空区顶板安全厚度为切入点,采用理论分析、模型构建、现场实测等方法,分析在垂直地应力和水平构造应力共同作用下平衡拱的形态演化规律和特征,对传统普氏平衡拱理论进行研究与改进,得到改正普氏平衡拱拱高计算方法,并在工程实践中得以验证。结果表明:层状顶板在垮落过程中须考虑水平应力的影响,平衡拱拱高随侧压系数的增大而减小,顶板的安全厚度也会相应减小;经现场对采空区顶板裂缝产状及发育情况观测,以改进普氏平衡拱计算所得的顶板稳定性要大于传统普氏平衡拱的结论,改进普氏平衡拱的计算结论与实际吻合较好。为保障露天矿工作面中的大型设备安全作业,进而为确定下伏井工矿采空区顶板安全厚度提供理论参考依据,同时为露天矿井采采空区稳定性的研究提供了基础。

基于自然平衡拱的巷道锚杆锚索支护参数优化与应用

针对色连一号煤矿4-1煤8107工作面煤层采高大及回采巷道易片帮的问题,结合该工作面回采巷道实际地质情况,提出采用锚杆锚索联合支护技术,基于自然平衡拱理论对支护参数进行计算,确定相应的支护方案,并在回采过程中现场监测顶板及两帮位移变化量。结果显示:回采过程中顶板最大沉降量为19.8 mm,两帮最大收敛量为26 mm,围岩基本处于稳定状态,验证了该回采巷道锚杆锚索联合支护方案的合理性和安全性。

自然平衡拱与巷道围岩的稳定

本文通过理论推导,证明了巷道围岩自然平衡拱存于任意介质中,并给出了松散介质中自然平衡拱的拱高计算公式及其形成机理。

基于自然平衡拱的巷道锚杆支护技术的应用与研究

锚杆支护作为现代煤炭开采的一项先进支护技术已逐渐取代传统的架棚支护,其优越性日趋显现。在某矿,9#煤层锚杆支护已取得良好应用,但在3#煤层还未曾使用过。运用自然平衡拱原理进行理论计算并结合该矿实际情况,确定了3#煤层锚杆支护方案并制定了相关施工操作要求。3#煤层采用锚杆支护后,巷道变形情况得到了有效控制,并且在减少了巷修工作量、提高单进、降低成本方面也取得了明显效果。

硬岩矿体自然崩落过程成拱特征及其边界弱化

硬岩矿体自然崩落过程中崩落顶板压力拱加剧了崩落边界的应力集中,崩落进程易受拱脚两侧的夹制而受阻。通过崩落顶板压力拱极限自稳平衡计算及数值模拟分析硬岩崩落顶板成拱特征及崩落中止的潜在区域,进而探讨通过边界弱化来预处理硬岩的工程措施。引入成拱系数及崩落损伤因子表征拉底上方不同区域岩体塑性区的逐年发展趋势,采用塑性区相对位置反映割帮位置及割帮时机,从而解决边界弱化的时效性问题。结果表明:硬岩矿体在上向崩落过程中,崩落顶板易形成自稳平衡拱并引起崩落减缓或中止,崩落顶板顶部压力和水平压力是引起压力拱持续破坏的直接因素;拉底推进时崩落压力拱跨度以非均匀速率不断增加,压力拱边界随着拉底的推进而不断前移,且拉底推进线前方始终处于高应力集中区域。当上盘矿岩交界处塑性区出现的时间滞后于拉底前锋时,可采用割帮来破坏崩落拱平衡并促进持续崩落。研究结果有助于确定硬岩矿体自然崩落法边界弱化的区域与时机。

极软弱地层双层锚固平衡拱结构形成机制研究

针对极软弱地层中巷道围岩变形大、支护困难等特点,基于锚杆、锚索支护理论与技术,提出在极软弱地层中采用双层锚固平衡拱结构解决巷道围岩稳定控制问题。在分析极软弱地层双层锚固平衡拱几何特征的基础上,采用弹塑性理论研究双层锚固拱结构的形成条件及结构承载力的影响因素,推导锚固平衡拱结构参数的计算公式;并基于理论分析和FLAC3D数值计算,分析不同断面形状(断面矢高)、支护参数及预应力对锚固效应的影响规律,提出形成合理的双层锚固平衡拱结构的控制参数。工程实践表明,采用"双层锚固平衡拱结构"可有效地控制极软弱地层中煤巷围岩的大变形与破坏问题,维持煤巷围岩与支护结构的稳定及使用安全。

巷道围岩支护的极限自稳平衡拱理论

根据巷道围岩垮落过程的自稳平衡现象,提出了巷道围岩极限自稳平衡拱概念,按照顶板围岩冒落区的拉破坏原则和无拉应力条件,给出了极限自稳平衡拱的椭圆曲线方程。考虑巷道两帮破坏区对顶板稳定性的影响,提出了巷道围岩的极限自稳平衡拱理论,揭示了巷道围岩的控制对象为自稳平衡拱内的岩体。基于巷道"底板-两帮-顶板"相互影响,巷道支护应当按照极限自稳平衡圈进行设计。结合大量的实践总结,提出了巷道支护要重视两帮和底板的原则,为软岩巷道支护理论与实践提供了新的借鉴。

自平衡提篮式钢管拱加工工法与研究

胜建集团在济南市小清河综合治理工程中承建的菜园桥就是一座结构为自平衡提篮式钢管混凝土拱桥,在施工过程中,经过施工人员不断总结,摸索出一套钢管拱加工的施工工法。

公路连拱隧道土压力荷载的计算方法研究

针对目前国内公路连拱隧道尚无比较成熟的土压力荷载计算公式的现状,根据连拱隧道的受力特点,基于普氏平衡拱理论,推导了深埋连拱隧道的土压力荷载计算公式,同时结合规范中关于隧道深浅埋分界高度的规定,给出了深浅埋连拱隧道的分界埋深及荷载计算公式,形成了完整的连拱隧道深浅埋情况下的荷载计算体系。通过大量的分析计算并与其他公式对比,验证了推导出的公式的合理性,并将公式应用于湖北沪蓉西高速公路连拱隧道及分岔隧道的设计中,取得了良好的效果。

拱桥铺隧道施工中开挖进尺的计算分析

隧道施工中确定合适的开挖进尺至关重要。针对拱桥铺隧道开挖进尺选取问题,本文基于平衡拱理论和松散介质理论,推导了开挖进尺的计算公式。采用数值模拟方法对理论计算的开挖进尺进行计算分析,并将数值计算结果与工程实际监测结果进行比较分析。研究结果表明:采用普氏理论和太沙基理论推导的计算公式较合理,数值计算结果与实际监测结果吻合较好。

考虑散体拱效应的筒仓仓壁侧压力计算方法

散体储料中水平拱对筒仓仓壁侧压力的影响较大,以筒仓仓壁面、平衡拱面和滑动面所包围的储料作为隔离体模型探究仓壁侧压力,对隔离体中单位微元受力分析,提出了考虑粮拱效应的筒仓仓壁侧压力计算方法,并将其仓壁侧压力计算结果与其他未考虑粮拱效应理论、有限元结果、实仓试验结果进行对比分析。结果表明:相较于其他未考虑粮拱效应的理论、有限元结果,该计算结果略大,说明粮拱效应会使仓壁侧压力有一定程度的增大;仓壁侧压力计算结果与实仓试验结果基本吻合,一定程度上验证了该计算方法的有效性。研究结果可为解决筒仓结拱、筒仓超压等问题提供理论依据。

三软煤层巷道围岩自稳平衡圈分析

为了揭示三软煤层巷道底板和两帮破坏对顶板稳定性的影响,分别建立了考虑两帮和底板影响的巷道顶板自稳平衡拱计算模型,给出了自稳平衡拱的解析表达式,分析了巷道底板、两帮、顶板三者的相互影响关系。研究得出,顶板平衡拱的高度与巷道等效宽度成正比,与巷道两帮和顶板内摩擦系数成反比。两帮破坏时,巷道等效宽度增大,顶板平衡拱高度增量与巷帮破坏深度成正比。底板破坏时,巷道等效高度增大,导致顶板平衡拱高度增加,顶板平衡拱高度增量与巷道底板破坏深度成正比。提出了三软煤层巷道的支护原则,指出加强三软煤层巷道两帮和底板对提高巷道顶板稳定性具有重要作用。

厚煤层工作面切眼支护设计与应用分析

以古城矿N1306工作面切眼为工程背景进行支护系统研究分析;基于围岩自稳平衡拱理论和悬吊理论分别确定切眼巷道顶板和两帮破坏深度分别为2.28 m和2.39 m,计算确定锚杆和锚索有效支护长度分别2.4 m和10.3 m,并确定支护系统的有效性。得到数值模拟得到,在两帮位置应力较为集中,应力集中系数1.92,底板变形较大,最大变形量为140 mm。设计的支护系统通过工业性试验确定切眼巷道围岩变形快速增长周期为60天,其中两帮变形量和顶板下沉量最大值分别为162 mm和200 mm,说明支护系统能有效控制切眼巷道围岩变形要求。

深埋连拱隧道荷载计算方法的探讨

针对现有深埋连拱隧道竖向荷载计算方法存在的问题,在JTG/T D70—2010《公路隧道设计细则》方法和双塌落拱方法的基础上推导荷载计算修正方法中附加修正系数的取值。将《细则》方法和荷载计算附加系数公式、碎裂介质解析解与申玉生方法在2车道和3车道情况下的荷载计算值进行对比分析,前两者计算结果相近,荷载计算修正公式计算简便,结果合理,应推荐使用。最后将公式应用于八字岭隧道连拱段和那沙岭隧道,进一步证明了公式的合理性。

浅谈软岩巷道的平衡机理与支护技术

传统的硬岩支护理论和支护方法不能很好地满足矿井深部软岩巷道支护的需要。所以通过分析软岩支护中变形特点,对自稳平衡拱理论进行讨论,推导出力学平衡方程,又对常见的六类软岩支护方式进行分析评价。

小净距隧道围岩稳定性及加固措施研究

为研究软弱围岩浅埋偏压小净距隧道开挖过程稳定性问题,文中依托新疆上新光隧道工程,基于普氏平衡拱理论,建立三维数值模型,分析浅埋偏压隧道在CD法施工下围岩的力学特性,并提出采用注浆锚杆的中夹岩注浆加固技术。结果表明在隧道施工过程中,采用CD法施工,围岩形变较小,拱腰处形变相对较大;中夹岩出现水平位移,左右线隧道在拱腰处水平位移较小,平均值为4.63 mm;对小净距隧道中夹岩柱采用9 m长锚杆和4 m长小导管注浆加固,有效提高围岩整体稳定性。

块体岩石拱与锚喷支护原理(上)

论述了非连续岩块的受力特征、成拱机理、破坏形态和作用在喷层的围岩压力,以及锚喷的施工特点和要求。