深井软岩巷道顶帮强力适时锚注支护技术研究

为解决软岩巷道支护锚杆受强剪破坏及锈蚀问题,提出以全长锚固为基础的顶帮强力适时锚注支护技术,在原有支护结构上设计了顶帮补强锚索支护技术。结合适时注浆理论和现场测量数据通过Maple计算出最佳注浆时间,采用数值模拟方法研究对比了端头锚固支护与全长锚固支护情况下的巷道围岩位移、应力及塑性区分布。结果表明,以全长锚固为基础的全断面支护技术能够有效控制顶板下沉,采用全长锚固的锚杆能够在有效防止腐蚀的情况下抵抗强剪破坏,最佳注浆时间为巷道开挖后的10~20 d。结合现场监测结果表明,在顶帮强力适时锚注支护下,整体矿压及顶板下沉量基本稳定,锚杆主动支护效果好。

松软破碎大断面硐室锚注协同控制技术

针对漳村煤矿松软破碎煤层大断面硐室巷道变形量大,围岩难以控制的问题,基于现场测试、数值模拟,得出+480 m水平胶带大巷2号CST硐室围岩控制技术难点为:煤体松软破碎,强度—应力比低;围岩完整性差,自稳能力弱;断面扩刷,诱发围岩破坏范围进一步扩大。基于内外锚固承载结构承载原理,提出锚注协同控制技术,通过注浆加固围岩为锚网索支护提供安全的施工空间和锚固基础,通过施工全断面深孔注浆和长锚索,使内外锚固承载结构协同承载。制定了锚注协同控制技术参数,并进行现场实践,矿压监测显示,顶底板移近量最大为41 mm,两帮收缩量最大为52 mm,巷道围岩处于稳定状态,围岩控制效果良好。

深部开采回采巷道全断面支护技术研究

以山西某矿3150运输巷为研究对象,针对巷道围岩松软、承载能力差以及受地应力影响显著等问题,提出将全断面支护技术应用到巷道围岩支护中。对全断面支护参数进行详细设计,并进行工程应用。现场应用后,3150运输巷围岩变形量过大问题得以有效解决,现场监测发现顶底板、巷帮最大变形量分别控制在170 mm、135 mm以内,支护体系与围岩可起到较好的耦合效果。采用的全断面支护技术,可实现深部开采巷道围岩变形有效控制,并为其他矿井类似情况巷道围岩支护工作开展提供经验借鉴。

城郊煤矿深部岩巷全断面支护技术实践

城郊煤矿二水平南翼轨道大巷位于二2煤顶板的砂质泥岩中,自成巷后每年维修1~2次,成本较高。为此,通过现场调研,总结了其变形特征,并针对变形原因,提出了围岩强度强化和关键部位补强的控制思路,分析了注浆加固围岩的机理,最后确定采用全断面高强锚杆和底板锚索注浆和反底拱的支护方式,设计了全断面支护方案。现场应用取得了较好的支护效果。

深部软岩巷道组合承载壳支护研究与应用

深部软岩巷道支护问题影响因素多、情况复杂,理论研究工作仍处于探索阶段,而依靠提高支护材料强度和采用注浆锚杆无法从根本上解决该问题,且成本高。分析了深部软岩巷道表层围岩应力分布情况,其变形特点为应力向深部转移,巷道表层围岩应力降低但变形量较大,得出解决深部软岩巷道支护难题的关键是在尽可能提高支护结构强度的同时,降低支护结构周边切向应力,即合理设计内层支护小结构、构筑中间应力消减层,使其与外层原岩大结构共同作用,形成深部软岩巷道支护体系,增强围岩自承能力。根据内层支护小结构的要求,提出了主动支护和被动支护相结合的锚架注组合承载壳全断面联合支护技术,即在锚杆(索)支护的基础上,采用型钢支护联合壁后充填结构形成具有一定厚度和较高强度的内层支护结构体,从而减少顶板、煤壁和空气接触,同时充填注浆材料全断面向深部软岩裂隙扩散凝固,钢架在围岩发生一定让压变形后起到径向约束作用,可强化围岩承压环,保证围岩稳定性。针对丁集矿西二采区回风石门修复工程,采用高预紧力锚索+U型钢棚+注浆的锚架注组合承载壳全断面联合支护结构,通过深孔爆破方法构筑中间应力消减层。矿压观测结果表明,巷道两帮移近量最大值为349mm,顶板下沉量最大值为323mm,巷道变形得到有效控制。

特厚顶煤大断面全煤巷道高预应力锚杆(索)支护机理及应用研究

塔山煤矿3-5~#煤层8105工作面5105辅运巷为特厚顶煤大断面全煤巷道,受多种因素影响巷道支护困难。采用单轴、三轴压缩试验对比研究了煤体在不同围压下的破坏特征;揭示出锚杆、索的高预应力可使巷道顶煤和巷帮煤体由二向或低围压三向受力状态变成高围压三向受力状态。数值模拟结果表明,锚杆、索施加的高预应力并配套合理的护表构件可形成有效压应力区并实现预应力在煤体中的有效扩散,因而在保证可锚的前提下应尽量提高锚杆、索的预紧力,并采用合理配套的护表构件。5105辅运巷现场试验表明,高预紧力使得掘进与回采期间锚杆与锚索受力变化不明显,有效控制了巷道围岩强烈变形。

大断面破碎巷道全空间桁架锚索协同支护研究

针对深部大采高综放工作面回采巷道由于断面大、破碎、扩容、大变形等,而导致常规支护极易发生不协调变形失稳的问题,基于对潞安矿区大断面软弱破碎巷道围岩变形破坏机理的系统深入分析,从三维空间支护协同承载与围岩协调变形角度,提出了全空间预应力桁架锚索协同支护新技术,阐明了全空间桁架锚索的支护结构、支护机理及其优越性。通过对全空间桁架锚索协同支护方案进行设计,并采用FLAC3D对其支护效果进行数值模拟分析,得到不同预紧力条件下全空间桁架锚索支护巷道顶板预应力场三维空间分布规律,表明全空间桁架锚索支护能够形成三维封闭的承载结构。

锚杆、锚杆锚索协调与短锚索支护数值模拟研究

仙泉煤矿集中胶带下山机头硐室受矿山压力的影响,变形严重,极易发生片帮及局部冒顶现象,支护较为困难,为确保巷道的稳定性,保证矿井安全生产,本文采用FLAC3D数值模拟软件以机头硐室为研究对象,对锚杆支护、锚杆-锚索联合支护和全断面短锚索支护在支护强度基本一致的情况下进行对比分析,结果表明:采用全断面短锚索支护对巷道围岩的变形和塑性区的控制效果优于其他两种支护,可以满足生产需要;且锚索受力比较稳定,能确保巷道的稳定性,保证矿井安全生产。

隧道全断面施工数值模拟

根据新奥法原理并结合工程地质条件,采用全断面开挖施工,对隧道施工进行了数值模拟,就其模拟结果进行了详细分析,从而找出隧道施工中围岩及支护结构的应力应变发展变化规律。

大采高综采工作面全断面掩护支架撤除法的应用

针对自燃厚煤层、坚硬顶板局部"OX"破断等大采高综采工作面回撤期间面临的底板松软、支护难度大、工期紧等问题,以望云煤矿15101综采工作面回撤为工程背景,提出全断面掩护撤除支架法统一回撤断面的支护形式,以取代"三角区"点柱+木垛支护,运用"架前撤架装置+单轨吊"的协同作业模式,实现工作面液压支架的快速撤除倒装,有效缩短了回撤工期,达到了安全高效回撤的目的,以期为同等地质条件下的大采高一次采全高综采工作面的安全、高效回撤提供借鉴经验。

既有建筑托梁拔柱改造全过程施工模拟分析

既有建筑加固改造分析容易忽略建筑物已经建成这一特点。为了研究既有建筑托梁拔柱加固改造工程的分析方法,分别按照新建建筑与既有建筑对某14层钢筋混凝土框架加固改造工程进行了施工模拟分析。通过对比结构常用的施工模拟方法(一次加载、施工模拟一、施工模拟三)与全过程施工模拟的差异,探讨了现行托梁拔柱设计方法的不足,基于结构建造和后续改造相结合,提出了既有建筑托梁拔柱的全过程施工模拟设计方法,并通过与施工模拟三计算结果对比验证了该方法的必要性。最后,进一步对比分析了采用增大截面法加固转换柱时,按照联合截面和整体截面进行计算的异同点,建议应按联合截面法进行计算,以考虑新旧截面的应变滞后效应。

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法(全断面法、微台阶法)开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合Q/CR 9218—2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明:郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218—2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。

动压影响下的软岩巷道加固治理技术研究

针对动压影响下软岩巷道围岩变形强烈、难支护的技术难题,以湾田煤矿运输下山为研究对象,采用理论分析建立了巷道塑性范围计算模型,得出顶部及两帮的最大塑性区范围分别为9.8、13.6m,同时对比分析了动压对塑性区发育范围的影响,得出巷道上覆工作面采动对巷道稳定性存在明显影响。结合巷道围岩窥视结果及理论计算得到的巷道塑性区破坏范围,提出浅部和深部注浆相结合的全断面双壳锚注加固支护技术,并进行了井下工业性试验。实践表明,采用双壳注浆后进行全断面高预应力锚网支护能有效控制强烈动压影响软岩巷道围岩变形。

全断面开挖隧道支护体系力学特性监测分析研究

全断面开挖法由于其施工进度快,机械化程度高等优点在隧道建设中应用广泛,但在围岩等级较高,地质条件复杂地区是否适用,仍缺乏相应的工程实践。依托郑万高铁湖北段新华隧道,以隧道围岩支护体系的力学特性为切入点,针对隧道围岩压力,混凝土应力,钢拱架应力,锚杆应力以及围岩地层位移等进行系统全面的现场监测,分析支护体系各子构件受力随时间的演化特性以及沿隧道横断面的空间分布规律。围岩压力,混凝土应力,钢拱架应力状态主要以受压为主,局部由于仰拱施作的滞后性出现拉应力。各子构件受力空间分布基本呈现右边大,左边小的状态。研究成果为高等级围岩隧道全断面开挖提供了理论与数据支持,对相关隧道支护体系的设计施工具有重要借鉴意义。

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明:1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性;2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力;3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。

窄体四臂锚杆锚索钻车的设计

窄体四臂锚杆锚索钻车是一种专业的锚杆锚索机械化支护设备,适用于多种掘进工艺,该钻车是在两臂锚杆锚索钻车的基础上,增设一对灵活变位的钻臂机构,一次定位可实现顶锚杆锚索及帮锚杆的全断面支护作业,同时兼有探底板、迎头短探等功能,解决了采用单体锚杆钻机进行巷道支护用人多、劳动强度大、作业环境恶劣、安全性差等问题。

新城金矿深部全断面锚网喷支护技术研究

针对新城金矿进入深部开采后巷道围岩出现频繁变形和破坏的问题,本文采用数值模拟的方法分析了不同锚杆长度、不同锚杆预紧力及不同巷道断面尺寸对支护效果的影响。结果表明:锚杆长度与锚杆锚固效果不呈正比关系,当锚杆长度超过2.3 m时,锚杆锚固效果不再发生明显变化;当锚杆预紧力为100 kN时,锚杆锚固效果最好;小断面巷道围岩表面拉应力明显小于大断面巷道,且其破坏区范围更小。通过以上分析并结合工程现场实际,本文提出了全断面锚网喷技术参数,并依据工程现场验证了该支护参数的可行性,为杜绝该金矿深部顶、帮冒落伤人事故的发生提供技术支撑。

富水软岩大断面交岔点巷道失稳控制实践

为了实现富水软岩大断面交岔点巷道的稳定控制,分析了榆树井煤矿富水软岩大断面交岔点巷道掘进失稳的形成及原因,制定了更为经济有效的支护结构和合理的支护参数,采用了关键部位补强支护+全断面锚注+U29型钢支架拱部、肩部使用固棚锚索支护+底板砌筑钢筋混凝土反底拱等复合型全封闭支护手段实现巷道稳定。实践结果表明:此类复合型支护手段可以有效控制富水软岩大断面交岔点巷道的稳定,通过观测,巷道在修复45 d以后已经呈现稳定趋势,巷道收敛变形速率为0.012 mm/d。

全断面矩形高效快速掘进巷道支护方案优化

为确保全断面矩形快速掘进机在巷道掘进期间顶、帮支护安全可靠,通过对布尔台矿42108辅运巷支护方案进行顶板稳定性评估,得出受煤层顶板和掘进设备的影响。42108辅运巷在掘进面空顶期、以及一次支护后到二次支护前的间隔期,顶板稳定性差。当煤体抗拉强度降低至0.62MPa时,煤顶会发生破坏,原支护方案中一次支护的安全性无法得到保障。通过对支护参数的优化,支护效果能很好地满足全断面快速掘进的要求。

湿喷机械手在秦岭天华山隧道中的应用

结合混凝土湿喷机械手在西成客运专线秦岭天华山隧道出口段的施工情况,从湿喷机械手的选型、施工工艺和质量控制要点等方面进行了阐述,并针对传统的干喷工艺,从喷锚质量、效率、成本、回弹率、作业环境、混凝土配合比、速凝剂掺量等方面与湿喷机械手施工工艺进行分析和对比,表明湿喷机械手在硬质围岩全断面施工中具有优越性,有一定的推广价值。