全长预应力锚注支护下深部巷道控制效果对比研究

本文基于后注浆的全长预应力锚注支护工艺,并通过对FLAC3D软件中内嵌PILE结构单元修正,提出了全长预应力锚注支护数值模拟方法。在此基础上,开展了地应力、原岩强度等级、支护构件长度、布设间距、注浆强化指数与预应力6种因素下巷道围岩控制效果数值模拟对比研究,揭示了各类因素对围岩变形量、塑性区演化的影响规律,构建了全长预应力锚注支护下控制效果敏感性评价指标,将影响因素依次划分为围岩强度、地应力、锚注支护构件设计3个层级,并根据各因素敏感性层级给出了工程措施建议。最后,以现场典型软弱破碎地层巷道为工程依托,研发了具有强度高、可施加预应力等优势的组合式高强注浆锚杆与高强中空注浆锚索。通过现场应用,验证了全长预应力锚注支护可有效增强软弱破碎围岩自承载能力,充分发挥锚固构件的支护潜力,限制巷道围岩变形破坏。

破碎围岩巷道锚注支护参数优化及应用

针对新河矿业730采区南部轨胶联络巷围岩松散破碎、变形严重情况,利用Comsol Multiphysics有限元分析软件探讨了不同注浆参数对浆液扩散的影响;并在此基础上,研究不同注浆锚索布置形式对注浆效果的影响。结果表明:浆液扩散半径会随着注浆压力增大、注浆时间延长而逐渐增大,每增大1 MPa注浆压力浆液扩散半径平均增长率为30.95%,每延长1 min注浆时间,浆液扩散半径平均增长率为25.67%;注浆锚索的布置形式决定了注浆加固圈的范围,当采用“六边形”布置方式时,其注浆加固圈范围相对较大,且顶板两侧不会出现漏浆的情况。基于数值模拟结果,确定了新河矿业南部轨胶联络巷锚注支护的注浆压力为4 MPa、注浆时间为8 min,注浆锚索布置方案为“六边形”式。工程应用表明:优化后的注浆参数有效地控制了巷道围岩的变形与破坏,取得了良好的工程效果,同时也为此类巷道的注浆加固提供了有效依据。

巷道锚注支护研究及工程应用

随煤矿开采不断进行,传统锚杆支护能力逐步减弱,导致巷道稳定性降低。基于此,对巷道锚注支护工艺进行研究,研发出新型组合高强度注浆锚杆与新型高强中空注浆锚索,并以此为基础设计新型巷道锚注支护工艺。在山西某矿开展实际应用并实时监测,结果表明支护效果显著。

高应力破碎围岩巷道锚注支护技术

为解决东曲煤矿28204工作面顺槽在掘进过程中围岩变形严重问题,分析了巷道围岩及顶板变形、裂缝时空演化规律,根据围岩的阶段变形特征确定了最佳注浆时间,提出了新型巷道锚注支护技术并进行了效果评价。结果表明,28204轨道顺槽570~670 m试验段顶板最大下沉量为35 mm;轨道顺槽670~1150 m和皮带顺槽1030~1150 m正常推进阶段工作面采空区平均垮落距离为3.6 m;超前5 m范围内最大顶板下沉量为100 mm,实现了高应力破碎围岩巷道的有效控制。

钻锚注一体机在红层泥岩隧道预应力锚杆施工中的试验应用

针对高速铁路隧道预应力锚杆施工,选用合适的施工设备、预应力锚杆及树脂药卷类型和施工方法,是保障高速铁路隧道施工安全和控制分险的关键。本文以成渝中线高速铁路中梁山红层泥岩隧道预应力锚杆施工为工程案例,从钻锚注一体机的设备选型、预应力施工方法、锚杆选型,进行了现场施工可行性分析,总结出了高铁隧道钻锚注一体机施工红层泥岩隧道预应力锚杆的施工工艺。

软岩巷道顶板全长预应力锚注支护机理研究与应用

针对软岩巷道围岩节理裂隙发育、变形量大、常规锚杆(索)支护手段难以有效控制、容易引发安全事故的现状,以曹家山煤矿为背景,分析了常规预应力锚杆(索)锚固工艺的优缺点,提出了全长预应力锚注支护技术。应用结果表明:该支护形式满足矿井安全生产需要。

深部高应力采动巷道锚注支护参数优化研究

利用FLAC^(3D)内置的Fish语言编程,提取巷道围岩位移量与塑性区范围,揭示不同断面形状与埋深条件下巷道围岩变形和塑性区扩散随应力释放率的演化规律,优化了锚注支护参数(锚杆和锚索的长度、间排距、预紧力,注浆范围),提出了锚注分步联合支护技术,模拟分析不同支护参数对围岩稳定的控制效果。数值模拟结果表明,锚注分步联合支护技术,可有效控制深部高应力采动巷道围岩大变形破坏,可保证巷道围岩与支护结构的长期稳定及使用安全,具有良好的工程应用价值。

西山矿区极近距离煤层群采空区下工作面超前锚注支护技术研究

西山矿区极近距离煤层群采空区下回采巷道变形破坏严重,且通常以“单体液压支柱和工字钢梁或增设π型梁棚”等高强度传统超前支护为主,支护时间长、成本高,职工劳动强度高,危险系数大,对工作面的安全、高效生产影响极大。以西山矿区东曲煤矿29204工作面(位于9#煤层)为工程背景,项目采用现场调研、数值模拟和现场工业性实验等相结合的研究方法,对极近距离煤层群采空区下工作面超前锚注支护技术进行了系统性研究。研究表明:通过建立一套“融合矿压实时在线监测系统和锚注支护精细化管理平台于一体的新型锚注超前支护体系”,从支护设计、注浆参数、方案优化、锚注支护全生命周期管理等方面进行深入研究,现场应用效果良好,工作面完全替代超前单体液压支柱支护后,顶板最大下沉量2mm,两帮无变化,实现了工作面的安全高效回采。

综放工作面小煤柱动压巷道切顶卸压-锚注加固协同控制技术研究

针对多层坚硬顶板综放工作面留小煤柱巷道围岩变形破坏严重的问题,提出了动压巷道切顶卸压-锚注加固协同控制技术。以付家焉煤业10103运输巷为工程背景,通过矿压监测分析了多层坚硬顶板留小煤柱巷道的围岩变形规律,围岩变形经历3个阶段:微变形阶段(超前50 m)、缓慢变形阶段(+50~-125 m)、快速变形阶段(-125 m之后)。结合地质力学测试,揭示了小煤柱巷道的大变形机理主要有3个:留小煤柱巷道围岩力学强度较低、多层坚硬顶板结构失稳产生的大动载、巷道原有支护参数不合理等。基于此提出了切顶卸压-锚注加固协同控制技术,给出了关键参数,并进行了工业性试验,采用该技术后的顶底与两帮变形量分别减小了71.9%与72.4%。

浅埋深薄基岩巷道锚注加固技术研究

针对红柳林煤矿浅埋深薄基岩巷道顶板锚固力低的难题,分析了风化基岩分布特征以及矿物成分,开展了薄基岩注浆加固试验,分析了薄基岩巷道注浆加固机理,提出了巷道锚注加固技术方案,并开展了井下工程实践,分析了工程应用效果。结果表明:风化薄基岩黏土矿物成分含量高,增大了顶板岩体软化和膨胀变形,影响巷道围岩稳定性;井下注浆充填了风化基岩裂隙,封堵了顶板水渗流通道,提高了顶板完整性,增大了薄基岩层的抵抗破坏的能力;通过锚索注浆达到了较好的注浆固结效果,锚杆(索)初期受力缓慢增大,随后基本保持稳定,锚杆受力55~67 kN,锚索受力92 kN左右,顶板离层量3 mm左右,巷道围岩变形明显减小,达到了较好的巷道支护效果,表明锚注加固技术可有效解决浅埋深薄基岩巷道变形控制难题。

沉积变异区巷道变形特征及厚层锚注控制技术研究

针对沉积变异区巷道围岩应力集中度高、变形破坏严重等问题,本文以赵楼煤矿7303工作面运输顺槽为工程背景,基于现场调研总结归纳了沉积变异区巷道围岩三类变形破坏模式,模拟对比分析了完整岩层与沉积变异巷道掘进过程中矿压显现特征,沉积变异巷道围岩局部应力集中程度高、岩层分界面处易形成离层产生分区破坏,塑性区明显增大;进一步提出厚层锚注控制技术,利用柔性注浆锚杆实现了厚层锚固与注浆改性的有机结合,提出了修复加固方案并进行了工业性试验。研究结果表明:锚杆索支护阻力稳定,巷道围岩变形速度减慢,变形量控制在100 mm以内,裂隙发育在基础锚固层内,巷道控制效果良好。

大断面破碎顶板巷道锚注支护技术研究

以腾晖矿2-205综放工作面为背景,结合2-2051回采巷道具有大断面及部分区域顶板破碎的特点,拟采用注浆锚索和单体液压支柱配合π梁的复合支护方式对顶板破碎区域进行补强支护,以保证回采期间巷道顶板安全。通过分析2-2051回采巷道超前支承压力分布规律,指导其补强支护设计。分析了注浆锚索补强支护原理和强度,并开展巷道补强支护强度计算,在此基础上完成了巷道支护方案设计。研究结果表明:采用注浆锚索和单体液压支柱配合π梁的复合支护方式,结合巷道围岩结构特征、超前支承压力分布规律、注浆锚索补强支护原理和巷道补强支护强度计算,分析、计算得出了合理的支护方案参数,有针对性地做到了顶板破碎区域补强支护方案的实施。现场工业试验结果表明,回采巷道顶板破碎区域采用锚注补强支护技术后,巷道顶板变形得到有效控制,可以满足回采工作面安全高效的要求,对其他类似条件的矿井具有工程推广价值。

强采动煤层大巷群变形破坏特征与锚注修复加固技术研究

煤层大巷群易受强烈采动影响,造成围岩剧烈变形破坏与支护结构严重失效,如何有效控制强采动煤层大巷群围岩稳定性对于保障矿井正常安全生产具有重要意义。本文以万家庄煤业一采区煤层大巷群为工程背景,分析了强采动大巷群变形破坏特征及影响因素,提出了大巷群“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案,开展了强采动大巷群修复现场工业性试验,并进行了修复过程中注浆量与注浆效果、锚杆锚索受力、围岩变形等监测分析。研究结果表明:强采动煤层大巷群在两翼工作面强采动应力叠加作用下呈现全断面变形破坏模式,相比于普通锚杆(索)支护,采用“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案后,大巷围岩最大垂直位移减小了80.5%,最大水平位移减小了76.3%,有效控制了围岩变形,现场实际应用效果良好。研究成果为强采动煤层大巷群围岩稳定性控制提供了一定的理论依据与工程参考。

渗流条件下隧道锚注复合围岩体的解析方法

锚注法是富水隧道工程中常见的地层加固和止水工法,目前仍缺乏可以同时考虑锚杆−围岩力学相互作用和注浆防水抗渗作用的解析理论。以径向锚注复合围岩体为研究对象,基于达西定律和应力均布法将注浆加固后围岩内的孔隙水压力以及锚杆对围岩的相互作用力代入被加固围岩的应力平衡方程,构建出锚注复合围岩体微分方程,求解出复合围岩体及原岩的渗流场、位移场、有效应力场及锚杆轴向应力场的解析解并进行有限元验证和对比。对比结果表明:解析结果与有限解结果一致;与仅注浆的工况相比,锚注加固可改善围岩的应力状态。然后,基于所得解析解,揭示并讨论了锚注加固参数、支护力、二衬抗渗压力等参数和条件对隧道锚注复合围岩体安全系数的影响规律。规律指出:锚注范围、锚杆密度因子及支护力的增加使安全系数分别以先快后慢、准线性及先慢后快的趋势提高;二衬抗渗压力的增加虽然可减小涌水量,但不利于隧道的稳定。最后,基于所提出的解析解给出了锚杆的参数优化设计方法并给出算例。上述研究成果可为渗流隧道的锚注加固设计提供解析理论参考。

深厚含水围岩预锚注初期支护的圆洞力学模型及其开挖安全分析

为解决深部地下工程面临的高水压支护设计和施工方面的理论难题,提出基于预锚注初期支护的高水压圆洞力学模型。首先,将岩土力学“流固耦合”原理应用于预锚注支护下开挖卸载力学模型的解析,获得应力场、位移场、渗流场的解析求解表达式,并通过有限元数值解对解析解的正确性进行验证;其次,图形化展示径筋支护参数对初期支护区围岩的应力场的影响规律;最后,基于最大有效剪应力求解和Hoek-Brown岩体破坏准则,诠释采用预锚注支护来确保洞体安全开挖的原理,揭示径筋参数、洞口直径对开挖卸载安全的影响规律。结果表明:1)解析解与数值解的规律基本一致;2)预锚注初期支护可从2方面提高开挖后围岩的安全性,一是通过增大围岩径向应力以降低洞边固体有效剪应力,二是通过提高岩体完整性使得围岩屈服面外扩增大;3)径筋参数对承载安全的影响程度由大至小依次为径筋直径、径筋数量、径筋长度;4)径筋锚注支护作用获得的安全系数随着洞径的增大而逐渐降低。

复合软岩巷道锚注一体化支护技术研究

针对晋能控股煤业集团某矿回采巷道围岩稳定性差、易出现顶板淋水下沉、底板底鼓巷道围岩较难控制的问题,基于该矿复合软岩巷道工程地质概况,分析了原支护方案存在的不足,并进行了优化改进,提出了锚注一体化支护技术,实际应用结果表明,通过优化改进支护方式,该符合软岩巷道的围岩变形得到了很好的控制,通过采用亲泥性材料进行注浆,实现了底板挤水,封堵泥岩裂隙,加固底板,该巷道的顶、底板移近量及左、右帮移近量都明显减少,达到了有效控制巷道围岩变形的目的。

高应力巷道底板卸压及围岩锚注支护技术

针对平煤八矿高应力回风上山巷道围岩软弱易破碎、巷道底鼓严重的问题,采用底板卸压和围岩锚注的支护思路,提出了“混凝土+锚网+注浆+卸压槽”的多层次联合支护方案。结合UDEC数值软件确定了卸压槽的宽度为1.2 m,深度为2.0 m。钻孔窥视表明,深孔、浅孔交替注浆后,浆液扩散半径达到3.0 m,巷道围岩整体性较好,巷道变形得到了有效控制。该技术解决了巷道在支护过程中遇到的问题,保证了矿井的安全开采,可为类似矿井提供借鉴。

马兰矿采面轨道巷过陷落柱锚注支护技术试验

为解决巷道掘进过陷落柱围岩控制难题,以马兰矿10607采煤工作面轨道巷揭露S158、S163陷落柱为工程背景,巷道过陷落柱采取加强支护技术措施,包括破碎围岩改性提高围岩强度、高强度锚网形成主动支护结构、支护结构及围岩表层硬化,经现场试验表明揭露陷落柱区域巷道位移量相对较大,变形时间相对较长,但巷道整体变形可控,效果良好。

破碎全煤巷道全断面锚注加固技术

针对德盛煤业20108运输巷全煤巷道围岩破碎松散、难以支护的问题,通过围岩松动圈测试得出,巷道松动范围基本在1.7~2.7 m之间,局部区域达到了4~5 m,变形破坏较为严重。基于此,提出了“全断面锚索喷初次支护+全断面锚注”的联合支护方案,并通过FLAC3D数值模拟软件进行了对比验证。现场工业试验结果表明,采用全断面锚注加固方案后,巷道围岩整体变形量小,稳定性较高。

锚注联合支护技术在失修巷道中的应用

针对济宁二号煤矿93下10运输顺槽在返修时的实际情况,探讨并在实践中采用锚注联合支护技术对失修段进行加固治理,取得了良好的支护效果,保证了矿井正常接续。