Application of A New Anchor Cable Mounting Rod in the Lower Soft Coal Seam of Splitting and Merging Coal

To obtain the deep displacement of the coal seam in the working face,multi-point displacements were installed in the coal seam, but the installation of multi-point displacement is differen tunder different geological conditions. This paper is based on the splitting and merging of 7_1 coal and 7_2 coal in Huaibei Mining(Group) Co., Ltd., and analyzes properties of the roof andcoal in the 7_2 coal of the lower coal seam of bifurcation area, and calculates the damage depth of the floor in the process of 7_1 coal mining. The multi-point displacement meter installation is often challenged by hole collapse, stuck pole and broken installation rod in 7_2 coal of the soft coal seam of bifurcation area, as a result, the base points can't be installed in the specified location. In view of this, this paper adopts a new anchor cable mounting rod which can install the whole base points to the specified location without stuck pole or broken mounting stem. All the basic displacement data can be obtained, and the law of mine pressure appearance in stope and tunnel can be accurately controlled, which can be used to maintain the stability of roadway and the safety of stope.

深厚冲积层薄基岩条件下沿空留巷支护技术研究

为解决某矿16041工作面原支护方案沿空留巷变形大、破坏严重难题,提出了顶板采用“16#槽钢梁+注浆锚索”、采空区侧采用“36U型钢+注浆锚杆”不对称耦合支护优化方案,基于理论分析研究围岩结构破坏形式,通过单元荷载法计算了留巷顶板与采空区侧围岩应力,最后开展工业性应用,验证优化后方案的合理性。研究表明:优化后支护方案顶板和采空区侧计算单元面荷载分别为351.85 kPa和206.53 kPa;注浆锚索和注浆锚杆承载力分别为263.89 kN和199.08 kN,均小于注浆锚索(锚杆)极限承载力。根据对留巷数据监测,最大顶板下沉量为35.6 mm,较原支护方案减小了1.40倍;采空区侧最大移近量为29.6 mm,与较原支护方案减小了4.13倍;最大注浆锚索承载力为253 kN,与理论计算值误差为4.1%;最大注浆锚杆承载力为174 kN,与理论计算值误差为12.6%。位移量与支护承载力均在工程允许范围内,优化后方案支护效果良好。

岩爆机制及其控制

随着岩体工程向深部发展,开挖引发的围岩大变形和强冲击诱发的动力破坏日益严峻。岩爆作为深部地下工程中常见的一种强动力灾害,被称为岩土工程界的“癌症”,其具有突发性特点,难以有效预报及防治,严重地威胁着施工人员的安全和设备的正常运行。通过对比岩石在真三轴卸荷和单轴压缩这2种应力路径下的储能差异,对岩爆多余能量机制进行探讨。首先,根据岩爆诱发机制的不同,将岩爆分为由应力集中导致的应变型岩爆和扰动诱发的冲击岩爆。然后,模拟开挖诱发的不同类型岩爆的应力路径进而在室内再现各种岩爆现象,并对其机制进行研究,自主研发3套真三轴岩爆模拟试验系统:第1代应变岩爆试验系统、第2代应变岩爆试验系统、冲击岩爆试验系统。同时,在实验室内成功模拟不同类型的岩爆:巷道应变岩爆、巷道交叉点应变岩爆、3个临空面矿柱应变岩爆、矿柱应变岩爆以及动荷载诱发的冲击岩爆。最后,为有效控制岩爆灾害,提出开挖补偿法,并研发具有负泊松比效应的宏观和微观NPR锚杆/索。工程实践证明,NPR锚杆/索能提供高预应力来补偿开挖造成的应力损失,同时具备良好的延展性和吸能效果,可为岩爆灾害的防治提供有效途径。

锚杆钻车运行中支护承载结构及围岩受力变形分析

目的针对单轨液压锚杆钻车运行过程中支护承载结构及围岩受力变形难以观测分析的问题。方法利用研发的CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车,结合长城五矿1902S回风巷巷道现场情况综合分析钻车在大断面大倾角巷道动态运行的支护、承载及围岩协同受力变形特征。结果研究表明,钻车运行过程中吊挂板的受力变形在悬吊点处均达到峰值,工字钢在悬吊点的部分位移最小,与钻车直接接触的部分受力最大;锚索中部主要受到拉应力,靠近巷道一侧主要受到剪应力,而巷道两帮的锚杆拉应力主要分布在靠近巷道内部一侧;巷道顶板悬吊点处位移最大,两帮靠近顶板位移高于底板处,而巷道偏向低帮处底板的位移大于高帮处;以单轨液压锚杆钻车为核心的新型配套工艺可以有效控制围岩变形,支护效果良好,比传统以掘锚一体机为中心的机器化工艺掘进效率更高。结论研究明确了CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车在实际应用的可行性,解决了现有掘锚一体机难以在复杂地质条件下大断面煤巷自动化掘进支护的问题,提升了煤巷支护效果掘进效率,为CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车的现场应用提供了理论依据。

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。

一种新型中空注浆锚杆止浆塞的优化设计与试验研究

锚杆在隧道施工中应用广泛,对于提高围岩自承能力,减小结构受力效果显著,中空注浆锚杆经过注浆后可以大幅提高其支护效应,注浆质量直接影响中空锚杆的承载能力。基于一种新型中空注浆锚杆止浆塞,通过数值模拟对其构造形式和结构尺寸进行优化设计研究,并通过室内模型试验和现场试验对研发的新型止浆塞的排气稳压效果进行检验。结论如下:止浆塞最优尺寸为内塞排气槽上端宽8.0 mm,深1.5 mm,下端宽11.3 mm,深1.0 mm;闭气坎高度为3 mm;外塞孔口端直径为51 mm,远离孔口端直径为50 mm。止浆塞对不同锚杆孔孔径具有普适性,当止浆塞与锚杆孔相差0~4 mm时,均能满足其稳压止浆性能要求。试验结果表明,新型止浆塞稳压压力在0.7~1.2 MPa之间,锚杆孔内浆液充盈,浆液密实,止浆效果明显。

预应力钢锚管注浆锚索边坡加固力学特性

为解决传统预应力锚索在边坡支护应用中存在安全耐久性不足、加固效果有限等的问题,通过室内和现场试验研究了预应力钢锚管注浆锚索力学特性,开发了边坡复合加固方法。研究结果表明,锚索荷载-位移曲线的非线性变化特征更明显;钢锚管的加卸载刚度变化规律不一致,而锚索的加卸载刚度变化均表现为幂函数衰减的规律;钢锚管和锚索的弹性位移随荷载呈线性增长,而塑性位移随荷载呈增长幂函数变化。边坡现场工程试验结果显示,新型加固技术对于不同地质边坡均适用。对于完整地层,锚固结构受力时产生的变形较少且刚度变化不大,不可恢复变形小,边坡变形易达到稳定状态;对于破碎地层,裂隙增加了浆体渗透提高了其与岩土体的黏结强度,增加了锚固力,因而受力时变形大,刚度变化大,产生的不可恢复变形量大,相对于传统锚索支护,新型支护技术能够更好发挥不同结构间的协作。可见新加固方法可为类似工程边坡加固设计提供参考。

韩城矿区破碎围岩巷道注浆锚索加固机理研究

以陕西韩城桑树坪矿3315运输巷道为研究背景,通过对注浆锚索破碎围岩巷道加固作用的研究,揭示了注浆锚索的加固机理,提出了软弱煤层巷道支护设计的原则,并进一步优化支护方案,通过采用高强度锚索对围岩进行加固,提升围岩的整体稳定性,达到有效防止围岩变形和损伤的效果。根据监测结果得出,加固后巷道顶板下沉量由原支护方式的帮部收敛量平均为32.7 mm,顶板的平均下沉量为28.6 mm,围岩的平均变形量仅为原支护方案的15.6%,顶板变形稳定后,巷道顶板离层量较小,围岩稳定后平均深基点位移仅为原支护方案的55%。说明优化后的支护方案能够很好控制巷道的围岩变形,有效控制了锚固区范围内围岩的离层,减小了顶板弯曲沉降,增强了顶板的稳定性,该方案可有效控制围岩变形。研究为软弱煤层巷道的支护设计提供了重要的理论依据和工程经验,并为软弱煤层巷道支护提供借鉴和指导。

长江某大桥高峰岸锚碇基坑边坡应力变形及支护效果数值模拟分析

依据工程地质资料及锚碇基坑支护设计方案,利用ANSYS软件构建长江某大桥锚碇基坑的三维地质概化模型,将模型导入FLAC3D中模拟分析了锚碇基坑开挖支护全过程中的应力、变形及塑性区演变特征。结果表明:基坑开挖过程中,岩体应力集中现象相对较轻,整体以压应力为主,分布较均匀;开挖后基坑的整体变形趋势是向上向临空面回弹变形,底板最大综合位移为14.7 mm,边坡最大变形出现在北侧反倾向边坡,变形值8.65 mm;塑性区体积持续增大,仅在最后一级开挖时有所降低;开挖完成后,基坑北侧的岩体内出现大量塑性区。与单一锚杆支护方案相比,锚杆+锚索支护方案北侧高边坡岩体变形平均减小16.6%,开挖完成后塑性区体积减小8600 m^(3),最大分布深度从15 m减小到5 m。锚杆+锚索支护方案不仅较好地抑制北坡变形,而且有效减小岩体内塑性区分布深度,提高岩体稳定性,基坑边坡支护效果更好。

定点定向二次注浆对锚索极限抗拔承载力的影响研究

锚索注浆是为了形成锚固段以提供足够的锚固力,锚索注浆质量直接影响着整个深基坑支护体系的安全。在锚索二次注浆管的特定位置安装注浆阀,使锚索二次注浆时注浆液可在注浆阀的径向定点定向高压劈裂一次注浆体和锚固段周围的岩土体,从而在注浆阀环侧形成直径更大、形状更饱满的锚固体,有利于提高锚索的极限抗拔承载力。本研究通过锚索现场抗拔试验分别获得了定点定向二次注浆锚索和传统二次注浆方式锚索的荷载位移数据,并以实测数据为基础,利用指数模型拟合了锚索的Q-s曲线,得到了锚索的极限抗拔承载力值。

高应力破碎围岩支护—注浆协同控制技术研究与应用

为解决高应力环境下松软破碎围岩巷道掘进和维护期间变形大、矿压显现强烈的问题,以王坡煤矿3211孤岛面回采巷道为研究背景,对巷道现场地质力学参数和围岩变形状况进行现场调研,分析了该区域巷道变形破坏的原因,结合现场围岩状况提出“长短全锚索支护+深浅孔注浆”的协同控制技术,并在3211回顺绕道延伸段进行工业性试验。在现场进行工业性试验后,对注浆加固后的巷道围岩进行钻孔窥视和持续围岩监测。结果表明,采用长、短锚索分层联合支护可有效控制该区域围岩变形,采用的深浅孔注浆加固能使浆液充分填补裂隙形成稳定结构,有效改善围岩的完整性;协同控制后围岩的移近量较注浆前减小79%,提高了巷道围岩的稳定性。

新城金矿破碎岩体巷道涨壳端锚中空注浆锚索支护试验

针对现有水泥注浆锚索施工工艺复杂、养护前期承载力差,无法在支护初期提供预紧力问题,选用涨壳端锚中空注浆锚索对新城金矿深部破碎围岩巷道进行加固支护。为验证该支护方法的支护能力和效果,分别在新城金矿9-3中段下盘运输巷和9-8中段斜坡道上坡段进行井下工业试验。试验结果表明,涨壳端锚中空注浆锚索锚固力在310 kN左右,并可在安装张拉后立即承载预定预紧力,支护效果优于传统注浆锚索。

注浆技术在断层破碎带的应用

在煤矿巷道掘进过程中揭露地质构造后,往往会出现顶板破碎、炸帮、底鼓等情况,当顶板破碎严重时,顶煤便留不住。通过注浆加固,可以有效控制顶板,并且使顶板处于稳定状态。以山西省南阳坡煤矿为研究背景,采用注加固材料等方法研究了治理破碎顶板的技术。研究表明,注加固材料并加强支护后效果良好,所选用的方法可以有效增强顶板的稳定性,进而加快掘进速度,保证工作面的有序衔接。研究可以为顶板管理提供宝贵的经验,为行业内顶板破碎治理提供理论依据。

断层破碎带巷道变形分析与优化支护设计

断层是煤矿开采过程中常见的地质构造之一,受断层破碎带影响的巷道稳定性差、变形严重。通过对青云煤矿020202工作面运输顺槽YF1断层破碎带的变形特征进行分析,探讨了该断层带裂隙发育的情况,可以得知,其由于少量渗水导致了断层带泥化、承载力下降,从而造成了巷道变形。针对该情况,优化了支护设计,在巷道底板增加了注浆锚索,提高了巷道围岩的承载力和稳定性,不仅保证了工作面的安全生产,而且为后续巷道过断层提供了技术参考。

庞庞塔煤矿注浆锚索巷道超前支护优化研究

针对庞庞塔煤矿9-301综放工作面回采巷道超前段变形量大,维护困难的问题,考虑采用注浆锚索代替传统单体进行超前支护,采用Comsol数值模拟软件去顶出合理注浆锚索参数为:注浆压力为4 MPa,注浆时间为400~800 s,注浆锚索间距为2.5 m,排距为2 m。现场观测结果表明,超前段巷道的顶板累计下沉量控制在400 mm以内,围岩稳定性较好,保证了工作面的安全高生产。

回采巷道锚杆索支护优化设计与应用

针对山西长平煤矿2302工作面掘巷完成后,回采时采动压力剧增,巷道锚杆支护不能满足安全开采要求的问题,从岩体内部构造与岩层压力传递角度分析了巷道变形失稳机理,以巷道顶板和帮部变形失稳特点剖析了巷道变形破坏特征,通过锚杆锚索的岩体改性性质阐明了锚杆锚索作用机理。结合实际地质情况,对2302工作面回采巷道锚网索支护进行优化设计,通过FLAC^(3D)数值模拟软件计算对比分析了巷道支护方案优化前后的顶板垂直位移与岩体塑性破坏区范围,确定了支护方案优化后的支护效果更佳。现场工业性试验与巷道实时垂直位移监测得出优化后的支护方案巷道垂直方向变形量最大82 mm,最小49 mm,巷道支护方案优化效果良好,具有很好的可行性。

任楼煤矿工作面机巷超前支护技术研究

为了解决任楼煤矿Ⅱ8224N工作面机巷存在顶板极易碎胀、围岩破碎等问题,采用钻孔窥视的方法获得了工作面巷道围岩松动圈发育规律,设计了工作面(注浆)锚索式超前支护技术方案,建立了围岩支承结构力学模型计算了围岩支承力,并利用工业性试验对超前支护技术方案进行现场验证。研究结果表明:机巷顶板的完整性好,其中顶板浅部主要发育横向裂隙,裂隙较小,无明显破碎区发育,无明显离层现象;顶板深部零星发育微小纵向微细裂纹,裂隙长度较短。建立了主动式超前支护围岩稳定支护力学模型,结合工作面机巷原锚杆(索)支护技术方案,提出了分阶段超前支护技术方案。在工作面机巷开展工业性试验,验证了主动式超前支护锚索支护性能发挥良好,围岩稳定控制效果较好。研究成果可为其他矿井相似工作面回采巷道提供一定的借鉴意义。

龙泉煤矿大断面留顶煤回风巷道支护技术探讨

针对龙泉煤矿4号煤层4110回风巷大断面巷道布置及巷道支护问题,采用理论分析、数值模拟、井下试验等手段,对比分析大断面煤巷与以往小断面巷道围岩应力分布、破坏规律,探讨大断面留顶煤巷道围岩稳定性、围岩变形与破坏特征,并针对性优化大断面巷道支护方案。通过井下试验,验证优化后的巷道支护方案满足现场安全生产的需要,具有推广价值。

浅埋厚硬顶板煤层巷道围岩支护参数优化

为保证煤炭安全高效绿色开采,避免优质顶板条件下巷道的过度支护问题,以山西某煤矿为研究对象,采用理论分析、实验室试验、数值模拟同工程实践相结合的方法,分析获得了浅埋煤层厚硬顶板围岩力学参数及岩体特征,基于自然平衡拱理论重新设计了4种15#煤层一采区辅运巷道支护方案,并利用有限元数值模拟软件对原方案与其他支护方案在采动影响下巷道围岩变形量、应力分布规律、塑性区发育范围进行了对比分析。研究结果表明:使用优化方案后,围岩应力积聚处于可控范围内,顶板最大下沉量65.19 mm,底鼓量30.39 mm,帮鼓量174.59 mm,每百米节省锚杆(索)量23.08%,巷道掘进速度显著提高。

丹江口水库特大桥地锚式桥台设计

丹江口水库特大桥为主跨760 m的双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,1号、4号桥台采用地锚式设计。基于桥台规模限制及结构耐久性考虑,地锚式桥台创新采用了空腔式箱形台身结构(由底板、墙身、盖板和锚台段主梁等组成)。桥台全长45.8 m、顶宽31.6 m,共设置18个空腔,采用矩形扩大基础。为实现传力平顺,地锚式桥台台梁过渡段台身采用肋墙式构造;为降低桥台整体应力水平、提升桥台的抗裂性能,在台身侧墙设置竖向预应力;为增强1号桥台的抗滑稳定性,在台身侧墙设置CFRP岩土锚杆,锚杆锚入中风化基岩。采用有限元法对地锚式桥台构造的受力性能及抗滑稳定性进行验证,结果表明:桥台总体应力分布均匀,台梁过渡段应力过渡平顺,桥台纵、横隔墙应力以压应力为主,并且关键部位有一定的压应力储备;1号桥台设置CFRP岩土锚杆后其抗滑稳定系数提升了20%以上。