晋北煤业综采工作面高强锚索超前支护技术研究

为解决传统单体液压柱进行超前支护时出现的钻底问题,以晋北煤业3-503综采工作面为工程背景,进行高强锚索代替单体柱进行超前支护研究,通过矿压监测、数值模拟手段分析方案的可行性,并确定合理的支护参数,在3-503工作面回采巷道进行实践应用。实践表明,采动影响下巷道围岩变形得到有效控制,锚索工作性能良好,提高了工作效率,降低了工作强度,研究成果具有较好的借鉴和推广意义。

深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测

煤矿深部开采除了面临“三高一扰动”之外,还面临井下腐蚀性大气和高应力、强扰动等因素共同形成的高应力腐蚀环境,井下大气腐蚀环境等级能达到CX(极高腐蚀)级。以山东巨野煤田深部矿井为工程背景,首先分析了深井开采高应力腐蚀特征及影响因素,对锚杆杆体材料开展实验和理论研究,揭示了高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理,推导了杆体强度劣化理论模型。①通过对杆体材料开展SEM、腐蚀SSRT和加速腐蚀实验发现:腐蚀会造成杆体材料的断后伸长率和断裂时间的衰减,相较于惰性条件分别减少了8.22%和8.34%;随腐蚀率增加,材料破坏形式由韧性破坏向脆性破坏转变,区域腐蚀类型逐渐由点蚀发展为均匀腐蚀。②结合实验结果、电化学理论与非均匀腐蚀模型,引入Pruckenr温度影响因子,推导出杆体材料强度劣化时变模型。深入探究该模型中服役环境温度T、杆体截面半径R和杆体材料常温腐蚀速率V_(h,298K)对杆体服役寿命的影响发现,R与服役寿命呈线性正相关;T和V_(h,298K)与服役寿命的关系表现为服役寿命衰减程度随影响因素水平升高而减小。③结合实验结果与锚杆防冲吸能原理,对巷道锚杆支护极限抗冲能力进行计算分析。结果表明,随锚杆腐蚀率增加,锚杆吸能减少,可抵抗最大震级降低,巷道动力失稳灾害发生风险增加。

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。

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。

大断面托顶煤巷道高强度支护结构设计与应用

为有效控制深部煤矿大断面托顶煤巷道围岩变形,设计研发了π型支护钢梁、拱架支护结构以及锚索梁支护体系,采用数值模拟、室内试验、工程应用等手段验证了高强度支护构件的可行性。结果表明:垂直荷载下,π型钢变形量略大于U29型钢,但变形量均在工程现场允许范围内;倾斜荷载下,π型钢抗变形能力较强,荷载倾斜10°时,π型钢梁变形量基本不变,U29变形增幅超230%。相同荷载加载条件下,拱架变形量与拱架高度及宽度呈正相关,垂直荷载对拱架变形影响最大,且受力越均匀,拱架变形越小;四段式与五段式拱架的可缩性能远高于三段式拱架,拱腿处设置节点,更有利于拱架的整体让压,安全性更好。高强度支护构件现场应用效果良好,验证了其可行性。

掘进工作中高强支护技术的应用研究

开采煤矿时为了提高开采效率,确保开采时的安全性,要引入先进技术手段,完成开采工作。本文以高强支护技术应用原理为切入点,阐述了高强支护技术的优势,最终对高强支护技术在掘进作业中的具体应用进行了总结。

中空注浆矿用锚索用6.20 mm 2200 MPa钢丝生产

中空注浆矿用锚索用6.20 mm 2200 MPa超高强度钢丝因强度要求高,生产难度大,在生产时容易出现断丝,表面处理时采用盐酸两道次浸泡酸洗,酸洗后水冲洗采用先高压水冲洗再浸泡洗然后再高压水冲洗的方式,水冲洗后选用锌系高温快速磷化液,磷化时间3~5 min,选用8道次拉拔。采用该工艺生产的钢丝能够满足产品的要求。

高强支护工艺在矿井采掘工艺中应用模拟研究

西北地区某矿15210工作面运输巷道存在支护强度不足、围岩失稳的问题。针对巷道支护存在的问题,采用高强预应力锚固技术进行治理,数值模拟研究分析普通锚杆和高强预应力锚杆支护技术实施后围岩应变情况。研究结果表明高强预应力锚杆支护技术可将围岩应变量控制在60 mm,支护效果良好。为确保巷道支护过构造依旧安全可靠,提出锚杆+锚索组合支护,U型钢增强支护,支护完成后对支护区域顶板和两帮位移量进行考察,考察结果知顶板120 d最大位移量126 mm,巷道整体稳定。

高应力软岩巷道注浆及锚喷支护的研究

通过分析湘永矿区煤系地层力学性质与围岩裂隙发育深度,在对原有锚网喷支护主要材料技术参数进行优化的基础上,提出“注浆+锚网喷”、“锚索+锚网喷”支护新理念,并通过工程试验,确定“注浆+锚网喷”支护为湘永矿区高应力软岩巷道首选支护形式。“注浆+锚网喷”支护在湘永矿区实施后,矿井巷道支护质量有了根本性提高,为高应力软岩巷道锚网喷支护的优化提供了可资借鉴的经验。

高压旋喷锚索在深基坑设计中的应用

文章以许昌市春秋广场地下车库基坑支护工程为例,详细描述了周边环境条件、场地岩土层分布、水文地质等方面的内容。随后,着重阐述了基坑设计的重点和难点、方案比选的过程及桩锚支护体系方案和计算过程。最后,结合变形监测资料对实施效果进行总结,表明该方案施工效果良好,可为类似工程提供参考。

新型高预应力锚索及锚注联合支护技术研究与应用

针对现有支护材料及工艺难以适用于深部软岩巷道大变形的支护难题,在理论分析、室内试验的基础上研发了新型高预应力锚索及其配套工艺,该新型锚索可施加初始预应力达70~100 k N,杆体延伸率10%~12%,可有效阻止开挖后围岩的快速变形,保持围岩的整体性和稳定性,并具有成本低、强度高、不易松动等优点;依据典型深部软岩巷道围岩变形特征及破坏机制,提出了以新型高预应力锚索和注浆锚杆为核心的联合控制技术,即支护初期采用以新型高预应力锚索为主,金属网、混凝土喷层为辅的柔性支护;后期进行全断面注浆,内外结合,从根本上提高支护强度。经现场试验证明,该技术能有效提高锚索受力状态,降低围岩变形速率,缩短围岩变形时间,围岩最终变形量只为原支护方案的30%左右,锚索平均受力提高了近4.7倍,取得了良好的支护效果,具有重要的推广应用价值。

深部高应力富水黏土软岩大巷底鼓机理及控制技术

为研究深部高应力富水黏土软岩大巷强烈底鼓控制技术,以陕西蒋家河煤矿二采区回风大巷为工程背景,理论分析了大巷底鼓影响因素,采用UDEC-Trigon离散元方法研究了大巷变形破坏特征及底板锚注支护机理;研发出适合于富水条件下锚杆(索)锚固的新型耐水锚固剂,并在井下取得良好锚固及拉拔效果;提出了先注浆封闭裂隙、后锚索加固的底鼓控制方案,并成功应用于工程实践。研究结果表明:大巷在高应力及水理作用影响下呈挤压流动性和水理膨胀性底鼓;锚注支护对于减小深部高应力围岩塑性区分布作用不明显,其主要作用在于控制底板围岩浅部张拉裂纹的产生和深部剪切裂纹的产生、扩展延伸及贯通,抑制导水裂隙带形成,避免围岩遇水泥化弱化岩体强度,底板锚索支护系统还可有效改善底板围岩应力状态,避免浅部近零应力区形成及深部围岩应力的进一步释放;锚注支护加固底板后,锚索支护系统与底板围岩系统处于稳定状态,实测大巷最大底鼓量仅202 mm,有效解决了深部高应力富水黏土软岩强烈底鼓问题。

软岩巷道高强锚杆辅助锚注支护机理及应用

基于软岩巷道变形破坏规律,对高强锚杆辅助锚注支护加固机理进行了研究分析.采用有限差分软件FLAC2D,对深部软岩巷道使用普通锚喷支护、高强锚杆支护和高强锚杆辅助锚注支护前后围岩变形破坏规律进行了数值模拟,对锚注支护前后围岩的位移及塑性区的变化情况进行了系统分析,并与现场实测结果进行了对比.结果表明,锚注支护利用锚杆与注浆相结合的方法,显著提高了围岩的强度和承载能力,极大地提高了软岩巷道的支护效果,扩大了锚杆的使用范围,能有效控制软岩巷道的围岩变形,具有显著的经济效益.

综放跨采巷道棚-索耦合协同支护技术

芦岭煤矿Ⅱ82运输上山受上方Ⅱ927综放工作面跨采影响且巷道围岩比较破碎,通过分析巷道围岩失稳机理得出了导致U型钢支架结构失稳的原因及锚索支护合理位置,提出了棚-索耦合支护技术方案;利用U型钢支架形成的基本承载结构,通过壁后充填注浆实现了破碎围岩与U型钢支架的第一次耦合,再根据巷道围岩的变形特征和U型钢支架的结构失稳类型,通过合理布置结构补偿锚索实现支护结构补偿,使U型钢支架与锚索形成二次耦合支护,进而提高支架的整体承载能力和支护结构的稳定性,在整个跨采期间巷道顶底板移近量累计475 mm,两帮移近量累计206 mm。

深部高应力膨胀性软岩泵房支护技术

基于唐口煤矿泵房的岩石力学试验、岩石矿物组成分析、地应力测试、破坏机理分析,提出了采用以锚索桁架、锚注为核心的联合支护体系,来解决深部高应力膨胀性软岩大型硐室的支护技术难题。监测结果表明：加固后泵房围岩最大变形量仅有6 mm,3个监测断面平均变形量仅为4.7 mm,结果说明以锚索桁架、锚注为核心的联合支护体系提高了围岩自身承载能力和支护结构的整体性,有效地控制住了围岩的变形和底臌,保持了泵房围岩的长期稳定。

深部一巷多用巷道围岩重构及大变形控制关键技术

一巷多用是实现保护层、被保护层瓦斯联合治理和降低治理成本,提高治理质量和速度的有效途径,但巷道不可避免地要经受多个工作面重复采动影响,围岩变形极为剧烈。为解决深部高应力与多重采动应力协同作用下巷道围岩的大变形难题,以淮南矿区潘三矿17181(1)瓦斯综合治理巷为工程背景,采用地应力测试分析,围岩力学性质测试,钻孔窥视等地质力学评估方法,研究并应用了一巷多用条件下巷道围岩重构及大变形控制系列关键技术。采用孔壁注浆锚索同步实现了采动影响后顶板围岩注浆重构及锚索内锚破坏后的再次锚固;采用叶片式搅拌锚索使锚固剂各组分充分混合,内锚强度及可靠性显著提升;采用高强度、高刚度箱型梁使锚索组合构件承载能力较14号槽钢梁提高8倍以上。工程应用结果表明,试验巷道经受住了邻近两工作面的双重采动影响,并为邻近第3个工作面的瓦斯抽采创造了有利条件,实现了巷道的多功能化,整体节约成本1300余万元,技术经济效益显著。

“三下”采煤保护煤柱强度与新支护技术理论研究

"三下"采煤既要保证安全,又要科学合理地索取地下资源。探讨目前"三下"采煤保护煤柱强度研究现状,针对"三下"采煤保护煤柱的处理方法不足,提出实行打锚杆、灌浆、矸石堆积等处理方法对"三下"采煤进行保护煤柱,在同等保证"三下"采煤安全的前提下,可索取更多煤炭,并对3种方法进行了理论研究。以神华宁夏煤业集团有限责任公司鸳鸯湖矿区红柳矿井"三下"采煤情况为依托,探讨采用保护煤柱进行处理的经济可行性。

CCTV双向倾斜高强预应力锚栓安装施工技术

中央电视台新台址主楼外框筒钢柱脚锚栓具有直径大、单根柱锚杆分布数量不等、双向倾斜安装以及张拉空间狭小的特点。介绍了双向倾斜大直径高强预应力锚栓安装施工技术,包括定位埋设工艺、锚栓张拉和灌浆工艺等内容。

渗水弱化薄页岩层交岔点支护技术

针对彭庄煤矿巷道围岩节理、裂隙发育,特别是薄页岩层受水浸蚀后,岩层软化严重的复杂地质条件,在富含地下水的层理、节理、裂隙发育的粉细砂岩互层中构筑大断面的交岔点,提出采用锚索施加较大预应力,限制巷道围岩离层,然后采用内注浆锚杆进行注浆赶水和加固围岩的方案。并对交岔点围岩收敛变形进行了长期的监测,监测结果表明交岔点两帮和顶底板的总变形量依次为24 mm和30 mm,这说明交岔点采用高强锚杆、锚索、锚注的联合支护方案,有效地封堵了围岩裂隙水,提高了岩石抗压强度以及岩体的整体性和承载能力,实现了大型交岔点围岩和支护结构的长期稳定。

煤矿软岩巷道支护技术新进展

分析了煤矿中不同类型软岩的力学特性及其支护对策,阐述了与软岩类型相匹配的支护形式,即:高应力软岩宜采用高预应力强力锚杆组合支护系统;极破碎软岩宜采用锚注一体化支护系统;低强度高膨胀性软岩宜采用锚喷支护与混凝土整体碹复合支护系统。