锚杆托板的力学性能与支护效果分析

采用实验室试验、数值模拟及井下监测相结合的方法对托板的受力状态、应力分布、变形状况及支护作用进行研究。在实验室,制作专门的测力托板,测试了不同支撑状态下拱形托板变形、应力与载荷的关系,得出不同支撑状态下托板开始屈服的载荷。采用有限元数值模拟方法,分析了拱形托板在面接触、四边支撑、四点支撑及三点支撑状态下的应力分布特征。建立了单根锚杆锚固于围岩中,计算锚杆预应力引起的应力场的数值模型;分析了托板对锚杆预应力场分布的影响,托板应力分布特征及托板对围岩的支护作用。采用测力托板,在潞安屯留矿的回采巷道中进行了托板受力监测,初步分析了托板在锚杆安装预紧阶段、掘进影响与稳定阶段的受力特征与变化规律。

复合材料锚杆托板的研制

针对目前矿井使用的钢制锚杆托板存在的诸多缺点,通过对锚杆托板的材料与结构优化设计,有限元分析,成型工艺设计,以及实验研究,研制出了纤维增强复合材料锚杆托板。它的许多优点决定了该产品是替代钢托板的理想产品。

锚杆托板组合构件协调作用原理及应用

针对浅埋大断面巷道快速掘进中因围岩表面不平整导致锚杆托板严重破坏引发支护失效的问题,采用实验室试验、数值模拟及理论分析相结合的方法对锚杆托板组合构件协调作用机理进行研究,构建锚杆托板组合构件力学模型,分析托板和调心垫圈在偏载作用下受力演化特征及不同锚杆托板组合作用下巷道的支护效果。小保当112207工作面大断面切眼巷道工业性试验结果表明:当锚杆托板组合构件协调性良好时,能有效降低锚杆尾部应力集中程度,提高锚杆预紧力,锚杆尾部不易发生损坏变形,且有助于锚杆预紧力施加,支护效果更好;锚杆托板组合构件相互锁死的情况下托板的最大集中应力大于锚杆托板组合构件协调性良好的情况下的最大集中应力。

锚杆托板的设计与合理选型

锚杆托板的结构设计。

缓冲垫层对锚杆托板动静载力学特性的影响研究

为揭示缓冲垫层对锚杆托板动、静载力学特性的影响,从而为冲击地压巷道支护中缓冲垫层的选取提供理论依据,在实验室专门搭建缓冲垫层与托板组合结构冲击实验台,测试5种组合结构的静、动载力学性能,利用高速摄像仪捕捉组合结构的变形破坏过程,分析冲击能量、缓冲垫层材质、厚度等参数对托板结构力学响应的影响规律。研究结果表明:缓冲垫层会显著影响托板结构的静、动载变形破坏形态,具有一定延性和变形能力的缓冲垫层能提高托板结构的静载承载能力。缓冲垫层材质和厚度对冲击载荷的缓冲吸能效果影响显著,延性、变形能力大的缓冲垫层吸收冲击能量更多,能降低托板结构变形程度,反之亦然。刚度越低、变形量越大及厚度越厚,组合结构的冲击力峰值越小,托板变形量越小;而刚度大、脆性强的缓冲垫层对组合结构的冲击力峰值影响不大,但会显著增加托板的变形量。从托板变形量来看,5种组合结构吸能效果优劣依次为泡沫金属+托板、木材+托板、橡胶+托板、混凝土+托板和托板。

贺西煤矿近距煤层采空区下回采巷道锚杆支护优化研究

为解决贺西煤矿近距煤层开采巷道围岩稳定控制技术难题,以3412工作面材料巷为工程背景,分析锚杆支护系统控制巷道围岩能力减弱的原因。剖析发现圆形锚杆托板存在板面厚度薄、接触面积小、承载力低、抗变形能力弱等设计缺陷,不适合与高强度锚杆配套使用。研制出方形锚杆托板,板面厚度增加2 mm,接触面积扩大2倍,承载力提高2.36倍,协调变形量增加1.59倍,适合与不同等级锚杆兼容使用。优化了3412材料巷锚杆支护技术,现场应用取得良好效果。

螺母扭矩与预紧力转化、锚固剂及托板测试研究

运用实验室手段对螺母预紧扭矩转化测试、不同类型锚杆的锚固性能、锚杆托板力学性能测试。测试结果表明:矿井采用的锚杆支护系统预紧扭矩转换系数非常低,远远低于高预应力支护技术要求;矿井K2340锚固剂的抗拔力满足要求,锚杆与托板强度不匹配,预紧力不能有效扩散。由此得出结论:应及时更换锚杆螺母,提高锚杆螺母扭矩及托盘的承载能力,保证巷道支护安全。

大断面巷道一次成巷技术的应用

为了使大型综采设备在综采面切眼工作面快速安装,缩短安面周期,实现工作面快速交替,分析了011004切眼二次成巷技术的应用情况及存在的缺陷,提出在011204切眼采用一次成巷技术。应用结果表明:采用一次成巷技术,可以确保顶板支护质量良好的前提下,有效地降低工人的劳动强度,加快了成巷速度,减少了材料消耗,降低了成本,缩短了施工周期,保证了工作面生产的稳定接续。