节理发育区巷道锚杆支护参数优化研究

在节理发育区的地下硐室和巷道开挖过程中,锚杆支护会对巷道围岩应力分布有显著影响。为研究锚杆对巷道围岩主应力状态的影响,采用FLAC3D软件对锚杆支护下的巷道围岩稳定性进行了模拟研究。基于HYPERWORKS软件开发了一种分析应力重分布结果的处理方法,以克服在应力分布图中难以直接观察锚杆支护影响的问题。结果表明:锚杆支护作用能提高最小主应力,围岩承载性能明显增加;对于在硐室顶板、底板和四周侧墙安装的3种支护形式,最大主应力增量分别为3.61、6.28、6.88 MPa;锚杆预应力、长度和数量均会对围岩应力重分布造成影响。根据数值模拟结果对巷道锚杆支护参数进行了优化,优化后的锚杆预应力、长度和数量分别为60 kN、2.0 m和5根,优化后的锚杆支护设计能够有效提高巷道围岩稳定性。

小断面TBM全长锚固锚杆受力特性研究及参数优化

为探究小断面TBM隧洞锚杆支护在地层围岩中的受力特性及支护参数的合理性,依托安徽桐城抽水蓄能电站自流排水洞工程,分别采用岩体力学法和数值模拟法计算得到隧洞Ⅲ类围岩工况下的锚杆内力和围岩位移,并在洞内TBM掘进段紧随TBM选取3个监测断面,分别采用锚杆应力计和多点位移计监测得到实际工况下的锚杆内力和围岩位移。对3种方法得到的结果进行对比分析后得出:1)数值模拟法和岩土力学法计算得到的轴力值变化趋势相近,均在锚杆中间部位出现轴力最大值,与中性点理论相符,最大轴力值为4.78 k N;2)3种方法得到的围岩位移值变化趋势相似,均在隧洞围岩表面出现位移最大值,在岩层内部围岩位移最小,最大位移为2.03 mm。进一步,与已有关于较大断面隧洞结构受力研究成果对比发现:小断面TBM隧洞的锚杆轴力及围岩变形均较小,锚杆支护作用未得到充分利用,据此提出了延迟、减少或取消小断面TBM隧洞锚杆支护的优化建议。

大断面巷道穿断层破碎带区域支护参数优化数值模拟

目的:合理的支护参数是确保巷道围岩稳定和控制支护成本的关键。本研究以巨龙铜矿大断面排水巷道为研究对象进行支护参数优化。方法:设计了三种支护参数,利用有限元软件进行了数值模拟研究。通过分析不同支护参数下位移、应力及塑性区结果进行支护参数优化。结果:结果表明,锚杆支护能够有效改善围岩应力分布,避免出现应力集中。随着锚杆间距和排距的增大,巷道围岩最大位移增大,当锚杆间距和排距为1000 mm时,巷道围岩位移最大。围岩塑性变形主要发生于巷道肩部和两帮位置。当锚杆间距和排距为1000 mm时,塑性区深度大于锚杆长度。综合数值模拟结果和支护成本,巨龙铜矿大断面排水巷道最优锚杆支护参数为800 mm×800 mm(间距×排距)。意义:研究结果为穿断层破碎带巷道支护设计提供了理论参考。

浅埋煤层工作面回采巷道支护设计及参数优化

针对浅埋煤层支护强度不合理的问题,以某矿浅埋煤层工作面地质条件为工程背景,通过理论计算获得巷道初步支护方案,进一步运用数值模拟技术进行巷道支护参数优化,并验证了巷道的稳定性。结果表明,锚杆为∅18 mm×2100 mm,间排距1100 mm×1200 mm,锚索为∅15.24 mm×6500 mm,沿巷道中线布置1列,排距为3300 mm时,在保证支护效果的情况下,回采巷道整体上围岩变形和破坏范围较小,更有利于保障矿井生产安全,提高经济效益。研究成果可为合理设计浅埋巷道支护方案提供经验借鉴。

回采巷道支护参数优化及数值分析

基于围岩力学性质进行回采巷道支护参数优化,可以在保证围岩稳定的基础上节约支护成本。为解决回采巷道支护设计因采用工程类比法而导致支护材料浪费等问题,以某矿8302皮带顺槽为研究背景,基于其坚硬顶板特性,选用悬吊理论进行支护优化设计,以锚杆及锚索间排距为优化因素,设计了3种优化方案及支护参数。利用FLAC^(3D)数值模拟软件对各支护方案的应力场、位移场及塑性区分布进行模拟研究,分析得出优化方案2对控制围岩稳定最有利。现场监测表明,优化方案2可有效控制巷道围岩体失稳破坏,该研究可为同类巷道的支护优化提供借鉴。

深井岩巷高强高预紧力锚杆支护优化数值模拟

基于羊渠河矿区的地应力分布和各岩层的岩石力学性质,针对52回风上山,提出了新的高强高预紧力锚杆深部支护设计方案,通过数值模拟对比了新旧支护方案的支护效果。研究结果可为羊渠河矿区深部支护提供科学合理方案。

甘庄煤矿高应力巷道锚杆支护参数优化与应用

针对甘庄煤矿高应力巷道原锚杆支护效果不理想的情况,采用煤岩物理力学实验和数值模拟计算等方法,开展锚杆支护参数的优化。通过对不同锚杆间排距、锚杆直径、锚杆长度、锚索间排距的模拟支护效果分析,得出支护方案优化参数:锚杆间排距为900 mm×900 mm、直径为22 mm、长度为2.2 m,锚索间排距为2 000 mm×900 mm。将优化的支护方案进行现场试验,实测表明,巷道顶底板位移量下降了44.1%,两帮位移量下降了41.9%,优化后的锚杆支护系统可以更有效地控制巷道围岩变形,改善了支护效果。

巷道支护方式对顶板稳定性影响的相似模拟实验研究

巷道支护一直是煤矿安全生产的重点问题。针对屯兰矿12501运输巷道在受工作面采动影响时,出现顶板变形严重、支护失效的情况,对现有的"普通锚杆+锚索"支护方案进行优化,提出"普通锚杆+加长锚杆"联合支护方案,并对该方案与现有支护方案进行相似模拟实验对比分析,结果表明该优化方案可以很好地控制顶板变形,保持巷道稳定。

胶-螺混合连接结构的传力分析

建立了胶-螺混合连接结构的有限元模型,并进行了传力分析研究。利用粘聚区模型模拟胶层的失效过程,并考虑了金属结构的塑性变形。同时,通过胶接、机械连接及胶-螺混合连接三种形式分别进行了方法的验证,试验结果和模拟结果吻合较好,证明了所采用的胶-螺混合连接分析方法的有效性。另外,分别建立了单钉和双钉胶-螺混合连接结构模型,分析发现相对于胶接结构,单钉混合连接结构的承载能力并不会有明显提高。同时发现两钉胶-螺混合连接中两螺栓外侧的胶层由于较大的面外力会很快发生破坏,而两螺栓内侧的胶层由于螺栓的法向作用使得其只受纯剪切力,从而提高了该区域胶层的承载能力。鉴于此对混合连接构型进行了改进设计,很好地提高了连接强度。

采动巷道支护参数优化设计研究

动压巷道由于承受二次采动矿压,巷道矿压显现剧烈、变形严重,给巷道的维护带来了极大困难。文章针对阳泉矿区瓦斯尾巷,采用理论分析、正交试验及FLAC数值模拟计算的方法研究二次动压巷道锚杆支护参数优化设计问题,得出最佳的支护参数,以更好地维护动压巷道。

孤岛工作面围岩支承压力分析与沿空掘巷支护参数优化

为研究孤岛工作面围岩支承压力特征与沿空掘巷支护参数优化,建立了三维数值模型,制定了相应的试验方案,研究了孤岛工作面沿空掘巷支护参数变化和围岩控制效果之间的相互关系,支护系统整体的协调性,并确定了最优支护方案。研究结果显示:随着锚杆长度增加,形成的组合梁厚度加大,孤岛工作面沿空掘巷的顶板岩层内的压应力增加,拉应力降低,减小锚杆的间排对于巷道有明显的支护效果,但锚杆长度和间排距均存在最优值;锚索长度对孤岛工作面沿空掘巷顶板内的压应力没有作用,而巷道两帮围岩水平方向的拉应力升高;支护系统最大应力随着锚索间排距的增加,而支护系统的单根锚索应力降低。现场实测验证了围岩控制效果。

龙洞-74m水平采矿巷道锚喷参数数值模拟研究

在对大冶铁矿龙洞-74 m水平采矿巷道现场工程地质勘查、室内矿岩物理力学特性试验的基础上,首先运用工程类比法中的Q指标法和RMR法确定巷道的锚喷支护参数,然后运用2D-σ有限元软件对由工程类比法确定的锚喷参数进行数值模拟研究。通过比较分析不同锚喷支护参数的数值模拟结果,结合现场施工情况,最终获得该巷道最优锚喷支护参数,并对锚喷支护加固机理有了更深入的了解。

深部软岩巷道支护方案优化设计与应用

为解决淮南矿区深部软岩巷道返修率高、支护效果差等问题,以潘三煤矿深部软岩巷道为研究对象,综合多种研究方法,对该矿区深部软岩巷道支护参数设计进行优化。首先通过工程类比法,初步选取合适的支护参数,考虑巷道矿压观察结果;其次采用FLAC 3D软件,对巷道现有支护方案进行支护参数模拟优化,进而选取最优支护参数,旨在实现一次成巷,减小巷道返修率。提出了优化后的巷道断面尺寸和全长锚固锚杆+锚索支护的联合支护方式。优化后的支护设计方案,在经济、技术上,均具有较大优势,为类似条件深部软岩巷道支护设计提供了参考。

翼式地下综合管廊受力性能试验与数值分析

综合管廊出于设计安全角度考虑通常用料极多而导致性能“过剩”,管廊结构体优化后既可保证结构安全又为实际工程节约材料,对其优化设计是提高效能、促进行业精细化发展的有效手段。文章基于现有综合管廊结构模型,参考实际工程经验,设计出一种新型薄壁摩擦受力型翼式地下综合管廊,根据竖向加载试验结果分析了沉降规律,并通过数值模拟验证了新型结构的安全性。结果表明:在上部施加实际工程的荷载工况下,新型管廊结构的形变值约为8.175 mm,满足变形与沉降控制标准;综合管廊的外伸支撑锚杆体与管廊协同受力变形,并且与土体产生的摩擦作用,较好的减缓了沉降变形速率,在平衡土体重力与外加荷载时产生了重要作用。

螺栓连接的计算机仿真及优化设计

以受轴向载荷螺栓连接为例,分析静强度理论指导的设计只设计直径,未设计其他尺寸或结构以及缺乏仿真数据,不能实现优化设计等问题。运用SolidWorks的强大三维造型和工程分析功能,模拟仿真螺栓以不同尺寸和结构工作时的应力和疲劳状态,并依据所得数据完成螺栓的全面定量优化设计,获得了有益的结论。

新元煤矿辅助进风巷支护设计优化

针对阳煤集团新元煤矿3~#煤层巷道围岩变形严重、巷修量大等支护难题,以3412工作面辅助进风巷为研究对象,对巷道破坏情况和支护设计进行分析,采用FLAC^(3D)数值模拟锚杆各参数下的附加应力场分布,结合支护前期试验以及工程经验对原有支护设计进行系统优化,提出高强预应力锚网索联合支护技术。

一种新型多横栓土锚栓间距对承载力影响研究

为研究多横栓土锚横栓间距与横栓数量对多横栓土锚抗拔力的影响,应用FLAC3D软件模拟多横栓土锚在素填土中的受力状况。模拟结果表明:横栓间距小于1.9 d时(d为土锚直径),容易出现冲切破坏;当横栓间距大于2.5 d时,横栓周围土体受力不均,易出现局部隆起破坏,同时另一部分土体未能充分发挥承载能力;其最优间距为2.2 d。

东峰煤矿3号煤层工作面顺槽支护方案优化

针对东峰煤矿3号煤层工作面顺槽过度支护问题,采用相似模拟实验、数值模拟和工程试验等方法,对支护方案进行了研究,确定了单排锚索偏心布置的锚杆锚索联合支护的优化方案。该方案节省了工程量和成本,提高了效率和效益。这对完善支护设计理论和进行支护改革实践具有重要的现实意义。

半煤岩巷锚杆支护参数优化数值模拟研究

随着煤矿开采强度的加大,浅部薄及中厚煤层已逐渐引起关注.薄及中厚煤层中的半煤岩巷进尺较低,成为制约矿井高产高效的瓶颈之一.结合香山公司半煤岩巷的掘进现状,采用数值模拟方法对其支护参数进行优化设计,将锚杆间排距由0.7 m扩大为0.9 m,巷道围岩塑性区变化不明显,锚杆(索)作用在弹塑性范围内,巷道围岩位移及支护受力在250KN左右.现场工业性试验表明,巷道两帮最大变形量113mm,顶板最大下沉量128mm,稳定后收敛速率小于0.1mm/d;单月进尺达180 m,施工段累积节省158.11万元,对同类条件下的半煤岩巷快实现快速掘进有一定的参考价值.

深部复杂地质条件下巷道支护方案优化

随着矿石开采向纵深发展以及巷道服务年限的变长,巷道围岩应力逐渐增加,巷道支护频率与难度不断加大。以深部复杂地质条件下的贵州某非金属矿巷道为背景,利用深部吸能锚杆巷道支护原理,并结合ANSYS数值模拟方法,对巷道支护方案进行了分析和优化研究。利用SWJ—Ⅳ隧道收敛计监测支护优化前后巷道表面位移,工程实际表明优化后的支护方案大大降低了巷道围岩的变形量,提高了深部复杂地质条件下巷道支护的可靠性与安全性。