矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构模型与试验研究

[目的]为探明矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构关系。[方法]以栓钉长度、直径和布置形式为变化参数,设置4组不同工况,进行腹板带栓钉的型钢-喷射混凝土短柱推出试验,分析其破坏模式、荷载-滑移特性和承载力等。[结果及结论]栓钉试件的破坏模式受栓钉数量和强度影响,分为拉裂破坏和胀裂破坏两类;典型的平均黏结强度-相对滑移曲线可分为无滑移段、曲线上升段、曲线下降段和水平残余段;室内试验证明栓钉直径和布置形式是影响承载能力的主要因素;根据受力机制建立带栓钉的型钢与喷射混凝土界面的黏结滑移本构模型,并经室内试验和数值模拟双重验证,表明提出的黏结滑移本构模型精度较高。研究结果可为矿山法隧道型钢与喷射混凝土支护结构设计提供理论支持。

多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明:各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。

沟门金矿巷道支护方案的研究与优化

沟门金矿以矿岩工程质量指标RQD值作为巷道分类依据,应用FLAC3D数值模拟软件开展不同类别巷道的数值模拟,并对支护效果进行分析。巷道数值模拟结果表明:围岩级别Ⅱ~Ⅳ级巷道采取喷锚网支护方式,根据不同巷道断面、围岩级别明确了喷射混凝土厚度、锚杆网度等支护参数;对于Ⅴ级围岩,最佳支护方案为喷射混凝土+钢支架,其中C30喷射混凝土厚度100 mm作用是封闭裸露岩体,钢支架间距宜为1.5 m。

复合土钉墙支护技术在软土地区深基坑支护施工中的应用研究

在软土地区深基坑支护施工过程中,由于地质自身的抗剪强度较低,导致基坑的变形情况较为明显,为此,提出复合土钉墙支护技术在软土地区深基坑支护施工中的应用研究。考虑到在开挖过程中,边坡的变形和位移发展速度较快,通过土钉+预应力锚杆来增加边坡的整体稳定性及变形,土钉和锚杆按照错位排布的方式布置。对坡面布置钢筋网片,并进行C30混凝土喷射处理,使基坑表面形成厚度在100 mm~200 mm的混凝土层。土钉和锚杆通过槽钢腰梁与坡面结构连接,形成一个整体。在测试结果中,基坑在水平方向上的最大位移仅为20.08 mm,竖直方向上基坑的最大位移也仅为11.42 mm,均明显低于对照组。

8102高应力软岩巷道支护参数设计与应用

8102高应力软岩巷道拟使用锚网索喷+锚注联合支护方式,并设计了支护参数。本文采用FLAC3D模拟未支护、初次锚网索喷支护、二次锚注支护后巷道围岩变形及塑性区分布情况,分析可知,设计的支护参数可保证8102巷道围岩稳定性。现场围岩变形量监测结果表明,巷道围岩变形主要集中在前30 d内,二次锚注支护需在初次支护30 d后进行。

景福矿6煤轨道大巷支护技术参数优化与应用

景福矿6煤轨道大巷服务时间长,为避免巷道多次重复返修,采用FLAC3D模拟5种不同锚网索支护参数时的围岩变形量,发现巷道掘进后顶板变形量较大,两帮及底板处于应力降低区,围岩变形量相对较小,方案5最大顶板下沉量为112.8 mm,支护效果最优。结合巷道地质条件,采用锚网索+喷浆联合支护方式提高围岩强度。现场监测结果表明,支护后平均顶板下沉量和两帮移近量分别为61.1 mm、26.9 mm,取得了良好效果。

泥质胶结顶板巷道围岩控制技术研究

某煤矿10301运输巷顶板为泥质胶结软岩,巷道围岩控制面临顶板变形量大问题。现场取样分析,发现该煤矿10301运输巷顶板岩层中黏土类矿物成分较高,且岩体遇水容易崩解、裂隙发育。根据现场条件并结合邻近矿井此类巷道围岩控制措施,提出采用高强锚杆(索)+钢筋网+喷浆的方式控制围岩,通过锚杆(索)及钢筋网提高顶板岩体支护强度,采用喷浆及时封堵巷道围岩并给顶板一定支护力,现场应用后,该煤矿10301运输巷围岩始终在较小范围内,可满足巷道后续使用以及采面回采需要。

深部软岩巷道耦合支护优化设计及应用

针对旗山矿-1000m水平北翼轨道联络大巷的具体工程地质条件,分析了巷道变形、破坏状况及其原因,提出了该巷道工程支护备选方案。在此基础上,对几种备选方案用数值模拟进行了优化选择和耦合设计,提出了锚喷网索+底角锚杆+注浆的支护方案。现场施工监测结果表明,该设计方案可有效控制该类巷道围岩的稳定。

金川镍矿不良岩层巷道变形与支护研究

金川镍矿是我国最大的地下有色金属矿山,该矿具有地应力高、围岩破碎的特点,巷道支护是金川镍矿面临的一个严峻的问题。介绍了金川镍矿围岩的工程地质分类、地应力的分布规律和不良岩层围岩的基本特征,总结了金川镍矿不良岩层巷道的变形破坏规律,评价了过去该矿所用的各种巷道支护方式,并介绍了金川镍矿不良岩层巷道支护的新方法:采用强力喷锚网支护作为一次支护,尽快的提供支撑抗力,有效的阻止围岩松散,并在有制约的条件下,容许围岩变形缓慢发展,使围岩应力得到一定释放。二次支护采用锚注式支护方式,使浆液注入岩体裂隙,配合喷锚支护,可以形成多层组合拱结构,扩大了支护结构的有效承载范围,改变了围岩的松散结构,提高了支护结构的整体性和承载能力。在局部围岩不稳固地段,采取喷锚网支护、网钢构架支护、U型钢拱架支护及现浇钢筋混凝土支护等措施,进一步提高支护强度,避免巷道的变形破坏。目前,这一新的支护方法已经在金川镍矿逐步推广应用。

厚煤层大断面巷道锚网索喷支护技术研究与应用

针对王家岭煤矿大断面回风大巷（6.5m×5.25m）的特点,采用理论分析和数值计算的方法确定了巷道顶板锚杆、锚索间排距分别为900mm×900mm和1600mm×1800mm的支护参数;对巷道围岩变形的监测结果表明：距掘进工作面0-55m范围内顶底板移近量最大为117mm,两帮移近量最大为105mm;55-100m范围内顶底板移近量不超过5mm,两帮移近量不超过4mm;100m以外,巷道变形量基本不再增加;较好地控制了巷道围岩变形。

济宁二矿深部回采巷道锚网索耦合支护技术

通过对济宁二矿现场实际工程地质条件调查与分析,研究了深部回采巷道的变形破坏机理。深部巷道由于地应力大、地质构造复杂、膨胀性围岩、支护体与围岩不耦合造成巷道出现非线性大变形力学现象。对回采巷道断面、支护参数以及施工过程分别进行了优化设计,确定了合理的支护方案。用数值模拟对新支护方案进行了分析,巷道变形量明显减少。新方案在现场实施后,支护效果良好。

地下矿山大型机械化高效喷锚支护技术应用研究

通过对喷锚支护机理进行分析，得出喷锚支护失效的主要原因在于喷锚支护的刚度和极限变形量与围岩不匹配。针对矿区岩体松散破碎的特点及当前锚网支护方式存在的问题，开展了一系列机械化湿喷混凝土与树脂锚杆联合支护的工业性试验研究。首先，完成了聚丙烯纤维混凝土合理配比及抗压、抗拉等指标的试验，并确定了主斜坡道最佳喷层厚度为68～90mm。其次，通过引进φ25mm×2400mm树脂锚杆，采用全长锚固方式，逐步替代管缝式锚杆。实现了Boomer282双臂凿岩台车的机械化锚杆安装。两种支护方式的技术经济对比分析表明，湿喷混凝土与树脂锚杆相结合的支护形式每米支护成本相对较低、工程质量更可靠，尤其适用于松散破碎岩层中的巷道掘进支护。

锚网喷联合支护大断面硐室围岩稳定性分析

以鸣山煤矿北翼副暗斜井绞车房为例,运用塑性区理论和FLAC3D数值模拟软件计算分析了大断面硐室围岩的稳定性,进行了大断面硐室锚网喷联合支护初始方案设计,并通过后期现场观测,说明锚网喷联合支护效果良好,能够保证硐室围岩的长期安全稳定。

深部高应力巷道围岩力学特征及稳定性控制技术

针对九龙煤矿-890m进风行人大巷复杂的工程地质情况,巷道断面较大且高应力作用显著,现已发生严重变形破坏。通过FLAC3D数值模拟对巷道围岩的力学特征进行定量分析,获得深部高应力巷道应力、应变演化特征,结合巷道周边围岩的成分分析、力学实验结果,基于FLAC3D对比优化深部高应力巷道联合支护方案,探究支护结构、支护参数的可靠性,提出以锚杆、锚索为核心的锚网索喷联合支护方案。在巷道开挖后进行矿压观测,进一步验证支护方案以及数值模拟结果的合理性,并实时监测围岩的变化特征。工程实践表明,在深部高应力巷道中采用锚网索喷联合支护,巷道的整体性与稳定性得到有效改善,围岩受力更趋稳定,变形得到有力控制,为煤矿的安全高效生产提供了技术支持。

大断面硐室开挖支护与围岩稳定性分析

运用有限差分数值计算软件(FLAC),模拟分析了阳泉三矿芦南分区胶带驱动机硐室在分步开挖过程中围岩的稳定性。研究结果表明:以长锚索为主要支护手段的锚网喷支护形式,能保证硐室在使用过程中的安全稳定,初步设计的支护参数,从整体上能够满足硐室的变形使用要求;硐室的底板和拱角是硐室稳定性相对薄弱部位,在硐室施工过程以及硐室施工后,应采取适当措施,确保硐室施工过程以及长期的稳定性。

金川矿区高应力破碎岩体条件下的巷道支护技术

金川矿区的工程地质条件复杂,岩体软弱破碎,地压大,约有25%的巷道处于不良岩层中,巷道支护是金川镍矿遇到的一个主要问题。作者对金川矿区不良岩层巷道变形及破坏规律进行了全面的调查研究,系统的总结了金川矿区采用的各种巷道支护方式的支护效果,尤其是对喷锚网支护、巷道注浆加固支护、多种方式联合支护进行了详细的阐述,并根据金川矿区多年来的工程实践,总结出了在类似的高应力破碎岩体条件下各种井巷工程的最佳支护方式。

深井大采高综采工作面切眼联合支护技术

针对深井大采高综采工作面切眼断面大、深埋层、支护难的实际情况,对传统的支护方式进行了论证研究。结果表明,相对于传统的锚网索支护或棚式支护,"锚网索加挑棚和木垛联合支护"方式能够较好地控制大跨度、大高度条件下的切眼顶板及两帮围岩的变形。介绍了该支护方式的具体支护参数及施工工艺,并成功应用于潘集第一煤矿2141(3)工作面。

深部煤巷锚网索耦合支护应用研究

在高应力环境下,深部巷道围岩呈现出很大的流变性,因此,深部煤巷支护问题变得越来越困难,淮南望峰岗矿5121B10工作面回风巷支护就面临这一难题。为此,文章就5121B10煤层回风巷进行耦合支护参数设计,针对巷道关键部位进行加强支护,以减少巷道局部的有害变形。实践表明:从巷道深部不同基点的位移来看,锚网索带联合支护巷道能够适应软岩的大变形,维护巷道稳定,为无煤柱留巷成功创造条件。

微型钢管桩用于岩石基坑支护的作用机制分析

微型桩由于施工方便、快速在基坑工程中得到了广泛应用。以微型钢管桩-喷锚联合支护的岩石基坑工程为对象,通过数值模拟,分析微型钢管桩在岩石基坑支护中的作用机制。分析表明,当基坑地层中存在较厚的强风化岩层或性质较差的岩层时,设置在其中的微型钢管桩能有效地减小基坑水平位移,并合理调配预应力锚索的拉力,同时,微型钢管桩承受较大的弯矩和轴向压力,在设计中宜考虑微型钢管桩的有利作用,计算时应验算弯矩和轴向压力联合作用下微型钢管桩的安全性;设置在性质较好的中风化和微风化岩层中的微型钢管桩,对基坑作用很小,可考虑不设置微型钢管桩支护。

兴安煤矿深部返修巷道锚网索耦合支护技术

在现场工程调查、岩体矿物分析实验的基础之上,分析并指出了巷道失稳破坏的原因是软化难度系数大、地应力水平高、围岩性质差,原支护设计不当。确认巷道围岩类型为高应力节理化膨胀性(HJS)复合型软岩。并确定了其变形力学机制及支护对策,进而对巷道返修提出了新的锚网索耦合支护设计。