基于有效锚固层厚度的煤系巷道顶板叠加梁支护理论及应用

通过对巷道顶板岩梁的变形及破坏特征分析,确定了顶板岩层失稳的宏观过程;针对煤系巷道顶板沉积岩层的分层特征,建立了煤系巷道顶板叠加梁力学模型,基于其协调变形及共同承载特性,求解出了叠加梁中各分层岩梁等效承载应力、层间作用力以及锚杆(索)支护强化参数,揭示了锚杆(索)对叠加梁结构的支护作用机理,即优化不同抗弯刚度的各层顶板的承载应力分配,充分发挥各岩层力学承载性能,控制顶板岩层的整体下沉,同时提高叠加梁的黏聚力及变形模量,间接强化整体锚固结构的承载强度。针对顶板叠加梁支护结构在巷道不同服务阶段的失稳条件,提出了煤系巷道顶板支护的“有效锚固”状态以及有效锚固层厚度理念,用于评价巷道支护中锚杆(索)对顶板实际的锚固能力,形成了煤系巷道顶板叠加梁支护理论。基于该支护理论,以皖北煤电集团任楼煤矿Ⅱ7_(3)24S工作面回风巷为工程背景,对其在近距离煤层、采空区下伏成巷条件下进行了顶板支护设计,根据层间距在>6,4~6以及2~4 m的3种不同范围,将该巷道进行了分区,通过对顶板叠加梁结构进行分析与有效锚固层厚度计算,分别确定了在不同巷道区域内采用锚杆与注浆锚索为主的支护技术参数,并结合现场工业性试验验证了该支护方案的合理性与有效性。

深井高地应力巷道厚层锚固控制技术研究

深井高地应力巷道矿压显现复杂、巷道支护困难。以赵楼煤矿7303运输顺槽为研究对象,提出基于新型柔性锚杆的深井高地应力巷道厚层锚固控制技术。数值模拟结果显示,在应用厚层锚固控制技术后,围岩应力场与位移场得到明显改善,顶板最大下沉量与两帮最大收敛量分别下降56.8%和40.8%;经工业试验,现场实测顶板下沉量与两帮收敛量分别集中在40~84 mm和52~106 mm,巷道变形得到有效控制。研究成果可为其他类似地质条件的深井巷道提供参考。

巷道顶板岩层连续强化控制技术研究

为控制复杂条件下巷道顶板岩层稳定性,以翟镇煤矿11503E工作面轨道巷为研究背景,对其支护方案进行研究。针对巷道支护密度大、支护可靠性不足等问题,提出巷道顶板岩层连续强化控制技术。由顶板岩层连续强化控制机理,提出“一级正常支护-二级强化支护-三级让压防冲”的多级厚锚固岩梁强化支护技术,确定支护技术参数。通过与原支护的性能对比和实际应用表明,优化后的支护方案能起到较好的支护效果,同时能有效降低巷道支护成本,提高企业经济效益,对同类型巷道顶板岩层控制起参考作用。

加锚异质岩层压剪脱黏破坏及锚固失效机理分析

针对异质岩层锚固失效,基于锚杆双线性强化本构模型,考虑黏结层拉压刚度劣化,构建了异质岩层-黏结层-锚杆锚固系统的三维精细化数值计算模型,分析了花岗岩-花岗岩、花岗岩-砂岩、砂岩-花岗岩、砂岩-砂岩4类不同岩性组合下锚杆应力传递规律以及锚固系统的变形破坏特征,揭示了不同岩性组合对加锚复合岩层剪切力学特性的影响规律。结果表明:压剪状态下穿层锚杆层理面局部区域为抗剪主体,层理面附近存在最大切应力;锚杆正应力的峰值与锚杆的穿层顺序有关;在同一边界条件下,锚杆限制同质硬岩的剪切移动效果最好;层理面附近锚固系统易发生脱黏破坏,黏结层刚度折减率大的位置总位于软岩部分。

大松动圈下锚固承载层支护效应的弹塑性解

对于大松动圈围岩巷道,锚杆和围岩共同作用在松动圈内部形成了"锚固承载层"。为研究大松动圈下"锚固承载层"对巷道围岩应力分布的影响,通过理论推导和实例分析,认为"锚固承载层"在极限平衡状态下对塑性区提供的支护强度pid由锚杆支护强度pi和锚固承载结构强度两部分组成,根据支护强度pi和锚固层厚度b的关系提出了"锚固界限厚度"概念。对于松动圈外的围岩,将巷道周边的应力分布进行了重新计算并与传统的FinnerKastner解进行了比较。研究表明:承载结构在巷道稳定性控制中占据主导作用,支护强度和承载结构协调作用更有利于巷道维护,修正Finner-Kastner解可为深部巷道围岩支护机理研究以及巷道支护参数设计提供理论依据。

锚固承载层作用下巷道围岩稳定性分析

针对现有巷道围岩稳定性控制方法是将锚杆支护阻力均匀作用于巷道表面,较少考虑锚杆与围岩耦合形成的锚固承载层的等效支护力问题,通过分析围岩力学模型得出锚固承载层等效支护力的解析表达式及巷道围岩在锚固承载层作用下的弹性区与塑性区应力、塑性区半径和巷道围岩表面位移的解析表达式。算例分析结果表明:①锚杆长度增加时,锚固承载层厚度随之增大;锚杆长度一定时,随着锚杆排距的增加,锚固承载层厚度减小;锚固承载层等效支护力随着锚固承载层厚度的增大而增大。②在塑性区中,相对于不考虑锚固承载层的Fenner解,考虑锚固承载层的本文解下的围岩切向应力较大,应力峰值位置更接近巷道中心位置;在弹性区中,相对于Fenner解,本文解下的围岩切向应力较小,径向应力较大。③随着锚固承载层等效支护力的增大,塑性区半径呈下降趋势;随着锚固承载层等效支护力的增大,Fenner解与本文解下的巷道围岩表面位移减小,且Fenner解下的位移变化量比本文解下的大。利用Flac3D软件对锚固承载层作用下的巷道围岩应力、塑性区半径和巷道表面位移进行数值模拟,数值模拟结果与算例分析结果基本一致,锚固承载层作用下巷道围岩稳定性更为可靠。

多层锚固镶嵌混凝土钢管桩在岩溶地基的应用

岩溶地区基建地基工程的设计与施工难度较大，文章介绍应用多层锚固镶嵌压力灌浆混凝土钢管桩来提高地基综合承载力，在典型工程取得经验。

特厚煤层大断面复合顶板煤巷支护技术

针对某矿辅助运输大巷变形严重、返修量大的支护难题,对巷道顶板复合结构变形机制进行了力学分析,揭示出巷道顶部锚固层厚度、顶板软弱夹层与锚固区相对位置及锚杆(索)预应力是影响此类巷道稳定的重要因素;运用FLAC3D数值模拟软件对不同支护参数的控制效果进行了研究,结合现场生产地质条件综合确定了"高强高预应力锚杆(索)+金属网+W型钢带+喷射混凝土"联合支护方案。现场实践表明,巷道顶底板移近量以及两帮移近量明显减少,围岩变形得到了有效的控制。

高应力破碎带松软岩层大断面巷道支护技术研究

介绍了平煤集团六矿二水平戊二技改皮带暗斜井穿过高应力破碎带松软岩层时的支护技术。运用锚网支护基本理论 ,通过计算并借鉴有关工程经验确定锚网支护参数 ;采用大型岩土工程分析软件FINAL ,对预应力群锚加固机理与加固效果进行了多方案、多参数的数值模拟研究 ,根据研究结果确定锚索支护参数。实践证明 ,采用“锚网 +注浆 +锚索”的联合支护技术 ,可有效控制高应力破碎带大断面软岩巷道变形 ,并可取得较好的经济效益。

考虑顶板赋存变化的近距离采空区下巷道变形机理及控制

针对近距离采空区下巷道围岩变形严重问题,以钱家营矿2097W工作面为背景,采用数值模拟阐明了顶板赋存变化下巷道矿压显现特征。结果表明:顶板下沉量与直接顶泥岩的厚度呈正相关,与直接顶岩石强度呈负相关,随着直接顶泥岩厚度变薄顶板受剪切与拉伸破坏交替影响,顶板稳定性随直接顶强度减弱而降低,应力扰动下岩体内部裂隙向上扩展,于层间弱面处产生分区破坏,塑性圈范围增大,整体破坏模式复杂;进一步提出采用高预紧厚层锚固技术维控顶板,构建低损伤、小变形的稳态锚固岩梁,设计支护参数并开展了工业性试验,矿压监测结果表明巷道控制效果良好。

基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合Mohr-Coulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC 3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷道表面位移分析可知,数值模拟与理论分析结果基本一致。

深埋复合顶板煤巷破坏特征及跨界锚注分级连续化支护技术

为解决深埋复合顶板巷道围岩大变形的问题,以新安煤矿3205工作面材料巷为工程背景,采用现场分析与UDEC数值模拟相结合的手段,分析了复合顶板巷道变形破坏特征及其影响因素,基于巷道顶板厚层锚固原理,提出了跨界锚注分级连续化支护技术方案,通过现场监测和模拟结果验证了新方案的可行性。研究表明:初期支护强度对巷道的维控至关重要,优化后的支护方案有效控制了巷道围岩变形,顶板及两帮变形量分别降低了64%和63%;并且大幅抑制了围岩裂隙发育,最大裂隙深度由9.56 m降低至3.26 m;新支护方案构建了顶板厚层稳固的锚固岩梁结构,可以维持巷道长期稳定承载。

隧道围岩全长黏结式锚杆界面力学模型研究

分析围岩弹塑性介质中全长黏结式锚杆的锚固界面层应力分布和变化特征,对研究隧道工程初期支护系统的力学效应具有重要意义。根据全长锚杆微段的受力平衡以及锚固界面层剪应力的传递机制建立了关于锚杆轴向位移的微分方程,通过求解锚杆轴向位移的微分方程可得到锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷和锚固界面剪应力的分布函数。然后将锚杆界面剪应力对围岩的支护反力转化为圆形隧道轴对称径向体积力,进而求解有锚喷支护作用下圆形隧道围岩塑性区半径。在此解析模型基础上,可对隧道围岩-支护系统进行详细的分析和评判。算例分析表明,初期支护时机的选择对锚固效应和围岩稳定性有较大影响;适当增加全长黏结式锚杆的锚固层厚度能明显降低锚杆端部剪应力的应力集中度,能有效改善锚杆的锚固效果。

大松动圈围岩锚网索联合支护参数确定方法探讨

对大松动圈围岩巷道,单一锚杆支护难以实现对整个破裂区围岩的锚固控制,采用锚网索联合支护时,应考虑锚杆支护对联合支护设计的作用。通过分析大松动圈围岩锚杆锚固支护机制,提出量化锚杆支护作用的锚固承载系数,形成锚网索联合支护参数量化计算方法。研究结果表明：锚杆锚固支护后将大松动圈围岩分为浅层锚固区和深层破裂区,浅层锚固区具有一定承载能力,可视作锚索的等效托盘;在锚网索联合支护中,浅层锚固区承载结构稳定的条件是锚固结构承载力大于环向轴力且能够有效控制破裂区围岩;锚固承载系数大小主要取决于浅层锚固区与破裂区和锚杆预紧力与设计锚固力的关系,对于大松动圈围岩其取值范围为0.45~0.75。经现场试验可知,巷道顶底板移近量为273 mm,两帮移近量为393 mm,表面位移曲线趋于平稳,采用该方法得到的锚网索支护参数有效保证了巷道的正常使用。

复杂困难条件下的巷道支护

在对断层破碎带内巷道围岩支护研究中 ,利用锚杆对围岩的加固作用、锚索对锚固层的整体增强作用。采用锚杆、锚索组合支护 ,成功地维护位于断层破碎带。

锚喷网基坑支护设计实例

本文通过三明大厦锚喷支护设计，论述了基坑锚喷效果，提出了锚固层的摩阻力的取值。

巷道锚杆支护性能的仿真分析

树脂锚固剂是进行巷道锚杆支护常用的材料,空洞树脂锚固的失效形式中,黏接失效占到80%以上。针对空洞树脂锚固的影响因素,采用仿真模拟的形式对不同参数的影响作用进行分析。结果表明,锚杆的直径越大、锚固层的厚度相对越小、空洞的长度越小,则空洞树脂锚固中越能承受较强的拉拔作用,锚固的效果越好。在实际应用中,需对锚杆的直径、锚固层厚度及空洞的长度进行合理的匹配,从而达到最佳的锚固效果。

浅谈防酸碱涂料施工的质量控制

30万t/a烷基化项目采用QFSJ耐腐蚀砂浆作为地面、围堰、水池、设备基础和钢结构平台的防酸碱涂料。将该产品与市面常见防酸碱涂料进行对比,从产品性能、施工工艺、工期、成本、安全环保等角度,论证了该涂料在烷基化装置内的适用性,进而从原材控制和工序控制的角度出发,阐明了烷基化装置防酸碱施工的质量控制措施。

煤巷顶板厚层跨界锚固原理与应用研究

深部采动巷道围岩控制是未来锚杆支护重点攻关方向。以葫芦素煤矿3个时期的煤巷为工程背景,通过钻孔窥视分析顶板渐进破坏特征,指出组合支护协同控制不足和施工效率不高的难题。为此提出单一化厚层支护系统,采用离散元数值模拟研究不同长度锚杆支护下巷道位移和围岩裂隙的演化规律,阐明锚杆长度与围岩损伤之间的关联机制;揭示锚杆端头损伤区随锚杆长度增加发生上移并渐进弱化的厚层跨界锚固原理,研发利用长锚杆在顶板及时构建水平和垂向上均能实现应力连续传递的厚层锚固系统和跨界长锚固技术。研究成果在葫芦素煤矿21205工作面开展工业性试验,新技术显著提高煤巷掘进速度,将顶板裂隙发育深度降低至锚固区浅部0.61 m以内,有效遏制了长期存在的大范围"V"型片帮问题,控制了深部复合顶板煤巷围岩大变形。

深埋大断面煤巷掘支协同技术及案例分析

为解决深埋大断面煤巷掘进效率低、支护效果不佳的问题,以大海则20101回风巷为工程背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟方法分析了机锚不协调、顶板基础锚固层薄弱支护效能低是掘支失衡的根本原因;形成了以掘支协同技术为基础,通过加大顶板锚固层厚度提高单根锚杆的支护效能以降低支护密度的控制对策;基于此,提出了新型掘支协同方案,并分析验证了新支护方案的可行性。工程实践表明:采用掘支协同新型支护方案后,顶板下沉量控制在40 mm内,帮部变形量控制在60 mm内,柔性锚杆预紧力可稳定达到200 kN以上,巷道围岩控制效果得到明显改善;同时支护密度降低约35.7%,月进尺突破400 m,在保障支护控制效果的同时,提高了掘支效能,实现了掘支协同。