恒阻大变形锚索在潞安余吾煤业N1100工作面的应用

潞安余吾煤业3号煤层N1100工作面开采过程中,巷道顶板变形严重,普通锚索支护方式难以适应巷道的大变形破坏规律,已经严重影响到了矿井的安全生产以及经济效益。针对矿区生产特点、地质条件以及矿压显现规律,提出一种恒阻大变形锚索补强支护控制技术,解决了动压巷道现有支护条件下面临的顶板下沉量大、变形严重的问题,为矿井带来安全和高效的生产效益,同时也为类似的工程活动提供技术上的借鉴。

NPR锚索对跨断层软岩大变形隧道控制技术研究

为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程中,隧道围岩也没有出现较大垮落和坍塌,NPR锚索对软岩隧道围岩有较好的支护效果。在加载完成后,NPR锚索对非断层处的隧道围岩最大位移约为14 mm,断层处的围岩最大位移约为21 mm,隧道区域所受应力分布的不规律性,导致隧道围岩出现挤压变形,位移曲线呈振荡状。在NPR锚索的支护下,围岩应力最大发生在左拱肩,围岩临空面3 cm处切应力最大(0.3 MPa),隧道未出现大规模的不对称破坏现象,隧道总体呈现出“小塌而不垮”,变形总体可控。

复合扩管式锚索恒阻器的研发与试验研究

深部高应力、软弱围岩、强烈采动影响等条件下的巷道围岩频繁出现大变形,此类围岩大变形支护可控性普遍较差,常规锚索因其较低的延伸率无法适应巷道大变形而大量破断或锚固失效,导致巷道出现冒顶隐患。针对此类问题,研发了一种与常规锚索配合使用的复合扩管式恒阻器,其结构主要由止进端盖、扩径管、一体式托盘和锥式锁具组成,通过锥式锁具克服扩径管“扩胀—摩削”所产生的近似恒定的复合阻力,实现围岩大变形过程中的锚索支护阻力恒定,通过理论分析、数值模拟和静力拉伸试验等综合研究方法,系统分析和试验了复合扩管式恒阻器的力学特性和工作稳定性,掌握了该恒阻器扩径增量、锁具锥角对扩径管变形及恒阻器复合阻力的影响规律。试验结果表明:恒阻器复合阻力主要分为阻力快升段和近恒定阻力段2个过程,且近恒定阻力段作为主要阶段达到试验全程的85%~90%;锁具锥角、扩径增量直接影响了扩径管变形及恒阻器力学特性,锁具锥角小于20°时,扩径管变形均匀且恒阻器复合阻力发挥稳定,而扩径增量则决定了恒阻器复合阻力的大小,可通过调整扩径增量获取需要的锚索恒阻力;Ф17.8 mm锚索条件下,当锁具锥角为15°、扩径增量为5 mm时,恒阻器恒定阻力约为265.92 kN,Ф21.8 mm锚索条件下,当锁具锥角为15°,扩径增量为8 mm时,恒阻器恒定阻力约为424.15 kN,且工作状态稳定可靠,可较好的符合大变形巷道的恒阻支护要求。此外,该恒阻器还具有工作稳定性强、恒阻行程及阻力可调、结构简单、安装便捷等特点,是大变形巷道围岩控制技术的有效补充。

基于大变形升阻锚索深埋巷道围岩稳定性控制研究

研发了一种新型大变形升阻锚索支护结构,通过串联6个壁厚5 mm含环形V槽的直管型钢结构实现锚索吸能让压,吸能率为44.55 J/g。拉拔试验结果表明新型锚索极限变形量(221.58 mm)与普通传统锚索相比增加了4.87倍,具有大变形、增阻及高吸能等优良性能。通过离散元UDEC程序的二次开发,模拟了新型大变形增阻锚索支护阻力−变形曲线的双弹性阶段。采用新型锚索对深埋巷道围岩支护效果数值模拟结果表明,与无支护及传统锚索支护相比,顶板下沉量分别减小了88.33%与74.64%,稳定状态下最大主应力峰值分别减小了23.15%与18.34%,塑性区厚度分别减小了37.50%与62.50%。最后将新型大变形增阻锚索成功应用于真实巷道,两帮最大收敛变形量约为300 mm,实现了较好的支护效果。

NPR锚索支护下相交隧道围岩变形规律及破坏机理

城市交通逐渐向地下发展,地下立交中相交隧道数量日益增加。为探究复杂地质条件下相交隧道的变形规律,以深圳南龙地下立交隧道相交隧道段为工程背景,通过物理模型试验探索相交隧道在开挖支护及超载状态下的变形机理。首先自主设计三维模型试验系统,并通过相似理论计算,进行了多种岩样及支护材料的配制;其次在模型搭建完成后,基于开挖补偿理论,利用缩尺NPR(Negative Poisson’s Ratio)锚索对相交隧道进行开挖支护。通过对隧道应变、位移及NPR锚索轴力的分析,得到隧道开挖状态下的应力重分布特征;最后,对隧道进行超载试验,结合数据及现象分析,揭示了相交隧道合建结构的围岩破坏机理。研究结果表明:相交隧道在开挖贯通时,合建区域岩体因隧道开挖产生应力损失,会对已经开挖支护完的隧道造成轻微影响。隧道贯通加载时,相交隧道的破坏分为3个阶段:拱顶应力集中区沉降阶段、合建结构的破坏阶段和隧道洞口破坏阶段。具体表现:首先是上层隧道合建区域拱顶开始出现沉降,然后下层隧道出现底鼓,最后应力传播至边界,使得洞口上方垮塌。试验中采用NPR锚索对相交隧道进行支护,现象和数据表明,开挖阶段隧道合建区的沉降影响到NPR支护段,由于NPR锚索的高应力补偿特点,支护段并未出现明显沉降。试验验证了NPR锚索在相交隧道的支护效果,可为类似工程支护提供一种新的思路。

基于恒阻大变形锚索的滑坡监测预警系统研发及应用

随着人类建设活动的日益频繁,天然边坡人工扰动诱发的滑坡灾害逐渐增多,已经严重威胁到人员和工程构筑物的安全与稳定,滑坡监测变得越来越重要。介绍了一种经过改进后的滑坡监测预警系统,该装置基于北斗卫星和通用分组无线服务技术(GPRS)双路通讯平台,采用zigbee技术构建多跳自组织无线传感器网络,利用具有能量吸收特性的恒阻大变形锚索替换原来的常规锚索作为传力装置,保证边坡岩体变形2 m锚索不被拉断,实现了对大变形滑坡灾害的全过程监测预警目标。另外,按照红、橙、黄、蓝4个颜色等级,建立了临滑、近滑、次稳定和稳定4级预警准则,并开发出3D自动搜索和处理软件系统,嵌入监测区地形地貌遥感图、地质断面图、监测点分布图等矢量地图,具有自动搜索、监测数据智能处理、监测曲线自动显示和监测信息快速查询等功能。该系统已在南芬露天铁矿推广应用,根据预警准则成功对2011年10月5日发生的滑坡灾害提前5 d发出预警信息,并结合降雨量和累计采矿量监测数据,耦合对比分析滑坡前、后各参数的演变特征,证明滑动力监测参数是滑坡超前预警的惟一有效参数。该系统的成功应用为其他类似边坡的超前监测预警提供了理论和实践依据。

恒阻大变形锚索与单体液压支架的综合支护性能研究

为确保掘进巷道施工的合理性,对恒阻大变形锚索和单体液压支架的力学特性进行了现场测试,并对综合支护效果进行了数值模拟。研究结果表明:恒阻大变形锚索与单体液压支架的支护效果良好,在施工成本允许的前提下,增大切顶高度和切顶角度、加固锚索,可有效降低巷道的应力峰值,改善应力集中现象。

NPR恒阻大变形锚索支护技术分析

对于巷道硐室等围岩大变形问题,根据现有支护理论核心——大变形与高恒阻,提出NPR恒阻大变形锚索支护技术,本文对恒阻大变形锚索(杆)工作机理进行分析,利用国家重点实验室设备分别对恒阻大变形锚索静力与动力进行特性试验,结果表明,静力拉伸作用下恒阻大变形锚索变形量一定,冲击试验作用下,恒阻大变形锚索在运动过程中可以吸收冲击能量,具有良好的抵抗冲击、恒阻吸能特性。同时,无论静力与动力作用下,锚索支护阻力都可以保持在350k N,达到了设计要求。

高恒阻大变形锚索静力学特性数值模拟分析及应用

近些年,滑坡地质灾害发生的强度和频率逐年上升。在滑坡发生过程中,传统预应力锚索无法抵抗岩土体大变形而发生拉断、破坏、失效等问题。针对上述问题,自主研发了三种不同类型的高恒阻大变形锚索(NPR锚索),其核心结构由恒阻装置与传统锚索连接组成。首先,通过现场静力拉伸试验,得到该新型锚索结构最大恒阻力值约850 kN,最大变形量达2000 mm;其次,在ABAQUS中采用STATIC,GENERAL准静态分析方法对静力拉伸条件下恒阻装置的应力应变特性进行数值模拟分析,分析结果证明NPR锚索拉伸过程是一个恒阻且吸收能量的过程;最后,现场应用验证了NPR锚索结构能够随着边坡失稳而产生大变形的特性,避免了传统锚索因大变形而被拉断破坏,实现了滑坡灾害防治、监测、预报智能一体化的目标,为合理解释滑坡体运移规律与监测预警曲线之间的关系提供了科学依据。

浅析NPR预应力锚索在高地应力软岩大变形隧道的应用

传统的锚杆与钢拱架组合式支护因其经济实用、安全可靠、操作方便,在我国公路铁路隧道的初期支护中有着广泛的应用,其支护作用范围一般为3-5m,但对于地质构造复杂、围岩破碎风化严重、节理褶皱发育、地应力极高的木寨岭特长公路隧道,并不能很好的抑制变形,保证隧道后续衬砌施作净空。因此,引进了高预应力NPR锚索进行初期支护,通过前期试验,对比原设计及采用NPR锚索后初期支护变形收敛的数据,表明采用NPR预应力锚索-钢拱架喷锚支护体系可以有效控制隧道围岩初期支护大变形的发生,初支变形量从最大1958mm减小到255mm以内,很大程度避免了初期支护变形、侵限,频繁拆换拱引起的安全、进度隐患,支护效果显著。

恒阻大变形锚索力学特性及其在深部切顶留巷中的应用

为解决深部围岩变形量大、常规支护材料易破断失效的问题,对恒阻大变形锚索结构、工作原理及力学特性进行了研究。室内试验结果显示:恒阻锚索在静力拉伸和动力冲击过程中均能保持350kN的恒定工作阻力,显示了恒阻锚索良好的抵抗冲击、恒阻吸能特性。将恒阻锚索应用到深部切顶留巷工程中,留巷期间恒阻锚索大部分都产生一定的缩进量,较好地吸收了深部围岩变形能量,留巷围岩在滞后工作面约300m时达到稳定状态,各项指标均能满足现场使用要求,恒阻锚索较好地控制了深部留巷围岩变形,从而验证了恒阻锚索支护的可靠性。

店坪矿动压巷道恒阻大变形锚索支护技术

店坪煤矿一直以来都存在大量优质煤碳浪费、采掘接续紧张的问题,为此决定引进切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术,该技术是以恒阻大变形锚索支护技术及双向聚能预裂切缝技术为核心,以切顶支架和挡矸支护为辅的革命性沿空留巷技术。研究结合5-200工作面实际地质条件,通过理论计算确定了各项支护参数,成功留巷942 m,并在下个工作面回采时进行了成功复用。该技术不仅节约了煤炭资源、缓解了接续紧张,还延长了矿井服务年限,为矿井进一步的发展提供了技术支持,也为相同或相近地质条件煤层的开采提供了新的发展方向,为该技术的推广应用提供了借鉴。

恒阻大变形锚索在盖州煤业110工法中的应用分析

叙述了盖州煤业9101综采工作面工程概况,分析了施工方案及支护参数,探讨了恒阻大变形锚索施工工艺及安全技术措施,并对锚索支护效果监测方法及施工期间的"一通三防"管理进行了安排,最终得出:恒阻大变形锚索符合试验段切顶前锚索支护要求,在"110"工法施工期间能保证巷道顶板结构的稳定作用。

高地应力软岩隧道围岩大变形NPR锚索控制方法研究

为解决高地应力软岩隧道建设过程中支护结构破坏、围岩大变形等问题,依托地处炭质板岩地层,具有地质构造复杂、断层发育、埋深大、地应力极高等特点的木寨岭特长公路隧道工程,对隧道围岩NPR锚索支护方案进行研究。首先,采用原位试验、现场勘察和室内试验方法,对其地质条件及破坏成因进行分析;然后,利用自主研发的高预紧力恒阻大变形锚索(NPR锚索)材料,设计出一种能够控制公路隧道围岩大变形的NPR锚索综合控制体系;最后,使用该控制体系在现场进行工业性试验,通过对NPR锚索加固区的围岩变形量、钢拱架应力和NPR锚索受力进行实时监测,分析NPR锚索支护方案的围岩控制效果。试验结果表明:采用NPR锚索“非对称布设和长-短锚索组合搭配”的综合控制体系,能有效控制隧道围岩初期支护大变形难题,最大变形量从2936 mm控制到240 mm以内,消除了初期支护侵限、开裂等破坏隐患,控制效果显著。

切顶卸压与恒阻大变形锚索支护技术研究

以中兴煤矿为例,探讨切顶卸压与恒阻大变形锚索支护相关技术问题。主要从恒阻大变形锚索设计方案、巷道临时支护设计方案进行了具体说明,并对施工过程设计与施工工艺要求进行了介绍,在此基础上,提出了瓦斯抽采及防灭措施,讨论了方案设计的监测。

切顶卸压恒阻大变形锚索的受力及围岩变形模式研究

以某矿31182工作面31E182风巷为工程背景,推导了切顶卸压过程中几个关键时间节点上恒阻大变形锚索和普通锚索受力及围岩变形的模式,并分析了顶板围岩变形的原因。研究结果表明,恒阻大变形锚索能够在普通锚索达到极限强度破断后继续受力支护顶板,并且在此过程中通过吸收围岩变形能量,控制围岩变形量至不再变化,现场监测结果验证了理论推导的恒阻大变形锚索的受力及围岩变形模式,应用后取得了很好的留巷效果。

恒阻大变形锚索支护技术在无煤柱开采中的应用

为了解决切顶卸压沿空留巷无煤柱开采时,巷道变形严重、支护效果差等问题,以店坪煤矿62711工作面为研究背景,利用恒阻大变形锚索进行补强加固,控制顶板下沉,使所留巷道围岩能够最大限度地发挥自身承载作用,减少巷道变形,保证留巷效果。

坚硬厚层顶板切顶卸压自成巷恒阻锚索支护应用

为了控制塔山煤矿8304工作面在切顶卸压过程中巷道顶板的下沉变形现象,保证成巷过程及巷道二次复用期间顶板围岩的稳定性,在预留巷道顶板原支护的基础上采用恒阻大变形锚索对顶板进行补强支护。运用理论计算并结合现场实际条件,选用长度为9. 3m,支护密度0. 8根/m^2的恒阻大变形锚索加固顶板。现场应用结果表明:巷道顶板下沉量较小,成巷效果良好,可以满足复用生产要求,说明恒阻大变形锚索能很好适应切顶卸压自成巷对巷道顶板的变形影响,也为其他类似条件下沿空留巷顶板支护提供一定参考。

恒阻大变形锚索支护机理及关键技术

随着采矿理论的不断发展,岩石力学机理逐渐完善与成熟。在矿山开采中,一些地下巷道支护会产生较大的变形。当锚杆承受的负荷达到极限时,人们可以设置特殊连接装置,有效控制锚杆长度,在允许岩层轻度移动的情况下,使巷道达到新的平衡状态。本文阐述了恒阻大变形锚索支护机理和关键技术,旨在促进煤炭资源的安全可持续开采。

恒阻大变形锚索的施工工艺研究

为了确保巷道在操作过程中和压力变化期间的稳定性,在使用锚固电缆进行加固和加固之前,有必要在采矿表面上准确地预裂巷道顶板。恒定电阻锚固电缆是施工过程的一部分,起到预计的悬吊作用,本文对恒阻锚索的施工工艺进行了应用研究。