煤矿桩基工程抗浮锚杆的施工抗剪特性研究

剪切破坏是煤矿桩基工程抗浮锚杆的主要破坏模式。为改善地面控制,提高巷道锚固系统的抗剪强度至关重要。本研究通过数值模拟和实验室实验,对楔形扩孔锚杆的剪切特性进行研究。结果表明,楔形扩孔锚杆可降低锚固截面上的最大剪应力,提高抗剪强度。连接平面附近的应力集中可转移到螺栓的中间部分。此外,楔形结构还能延长锚杆剪切荷载减小时间,缩短剪切荷载增大时间,从而减小锚杆的剪切荷载。研究发现,正常锚杆的最大剪应力达到196.82MPa,而楔形扩孔锚杆的最大剪应力为117.82MPa,比正常锚杆低40.14%。研究结果可为煤矿桩基工程抗浮锚杆施工提供参考。

水力割缝扰动三软厚煤巷道锚固力增强研究与应用

针对赵家寨煤矿水力割缝扰动“三软”托顶煤回采巷道,分析了底抽巷水力割缝对煤层及底板的扰动影响特征,在差异化主动支护形式下,通过模拟方法研究了恶劣围岩条件下锚固力增强技术,提出了以锚杆孔楔形扩孔和锚索锚固增效装置改进锚固性能,提高了锚杆(索)锚固效果,实现了受扰动“三软”厚煤层沿底掘进回采巷道的主动支护。

煤矿巷道扩孔锚固体抗剪特性研究

煤矿巷道锚杆支护过程中,锚杆剪切破坏现象时有发生,严重影响着巷道支护的稳定性,特别是巷道周边岩层节理发育区域,其锚杆剪切破断最为频繁。针对煤矿巷道锚杆剪切破断的问题,通过现场调研锚杆破坏情况、查阅相关资料的方式,确定了造成煤矿锚杆剪切破断的主要原因。根据理论分析,提出了在剪切节理面处进行扩孔锚固的方式来增大剪切节理面处锚固体截面直径,降低剪切节理面处锚固体所承受的最大剪应力,提高锚固系统的整体刚度,进而增大锚固系统的整体抗剪切性能。采用数值模拟的方法,对普通锚固、正楔形扩孔锚固和圆柱形扩孔锚固3种锚固类型进行受力分析,以锚杆剪切位移、锚杆剪切变形影响范围及锚杆受力为指标,确定了剪切节理面的最佳锚固方式为正楔形扩孔锚固;在正楔形扩孔锚固的基础上,通过改变不同的扩孔位置,分析锚杆的剪切位移和剪切载荷,确定了扩孔位置在50 mm处最佳。设计加工相应的锚杆剪切试验装置,并从剪切载荷和剪切塑性铰的轴向间距两个方面进一步验证了正楔形扩孔锚固可有效改善剪切节理面处锚固体的受力状态,降低锚杆所承受的剪切载荷,增大剪切塑性铰的轴向间距,减小锚杆的剪切变形,增强锚杆对围岩错动剪切的适应性,进而提升锚固系统的整体抗剪性能。

煤矿软弱围岩巷道锚杆孔钻扩机理与试验

锚固系统失效是煤矿锚杆支护的瓶颈问题,特别是软弱破碎围岩条件下,锚固系统锚固力低下普遍存在。针对煤矿巷道锚固系统失效问题,确定了影响软弱岩层锚固系统失效的主要因素为锚固剂黏结失效,根据理论分析成果,提出了采用改变锚杆孔底形状提高锚固力的方法。通过对普通钻孔、圆柱扩孔、正楔形扩孔和倒楔形扩孔四类锚固系统分析,以锚固体极限拉拔强度、锚固剂与锚杆黏结面应力及位移为指标,确定正楔形为最佳扩孔形状。以锚固剂与锚杆黏结面应力分布特征为依据,确定了正楔形扩孔的最优楔角为40°。设计研发了相应的扩孔机具,进行实验室锚杆孔钻扩与锚固系统拉拔试验,验证了正楔形扩孔的作用机理与提高锚固系统锚固力的有效性。

软弱煤岩体巷道围岩锚固力衰减特性研究

软弱煤岩体巷道围岩存在强度低、胶结程度差、遇水弱化等特点,正常树脂锚固时出现锚固力低、衰减速度快等问题,易造成巷道围岩严重变形破坏。利用自行研发的锚固孔底单翼倒楔形扩孔装置进行孔底扩孔锚固试验,分析了软弱煤岩体不同锚固状态下锚固力与位移的变化关系。试验结果表明:正常锚固和扩孔锚固状态下脱锚点发生前锚固力与位移曲线表现一致,脱锚点发生后正常锚固状态下残余锚固力瞬间衰减到几乎为0,而扩孔锚固状态下残余锚固力衰减程度较小,并出现残余锚固力大于脱锚力的情况;扩孔锚固状态下脱锚点处扩孔锚固的最大锚固力比正常锚固状态下平均提高2.8倍。软弱煤岩体锚固段发生脱锚界面为锚固剂与孔壁的交界面,脱锚后扩孔段锚固剂对倒楔形孔壁产生挤压破坏,从而提高了软弱煤岩体残余锚固力。试验结果为解决软弱煤岩体巷道锚网支护技术难题提供重要借鉴。