U型钢可缩性支架壁后充填试验研究

基于在复杂性质围岩的巷道中,U型钢可缩支架的承载与围岩的作用无法有机的结合的这一情况,对U型钢支架失稳机理进行了阐述,并研究分析了壁后充填技术的科学性,表明使用U型钢可缩支架壁后充填技术,可有效改善支架与围岩的关系,使U型钢均匀承载,充分发挥U型钢的支护性能.工程应用效果表明,U型钢可缩支架壁后充填技术的实际效果较理想.     

U型钢可缩性支架壁后充填-锚注耦合支护技术研究

对U型钢可缩性支架的稳定性进行了分析,阐述了可缩性支架壁后充填-锚注的科学性,针对西一轨道大巷围岩的变形情况,采用了U型钢可缩性支架壁后充填-锚注耦合支护修复技术。试验结果表明:该技术不仅改善了巷道围岩物理力学特性,提高了围岩自承载能力,而且改善了支架受力条件,使支架通过充填层均匀受力,达到更好的支护效果。     

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。     

高水材料用于U型钢支架壁后充填

通过对高水材料用于U型钢可缩性支架壁后充填支护机理及试验效果分析可知,实施充填后,充填层使围岩与支架紧密接触,改善了支架受力状况,提高了支架承栽能力,巷道维护效果明显得到改善.因此,高水材料是一种理想的壁后充填材料,支架壁后充填是U型钢支架性能得以改善的有效方法.     

不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析

以矿用直墙半圆拱U型钢支架为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,建立U型钢支架平面分析力学模型,并借助ABAQUS有限元软件构建U型钢可缩支架三维分析模型,研究支架整体均匀承载、顶梁承载、单侧棚腿承载和两侧棚腿承载等条件下的支架承载性能、失稳特征和危险截面位置。研究表明：U型钢支架外部荷载条件不同,承载能力存在很大差异,单侧棚腿受力的偏载状态为支架最容易失稳的荷载条件,其极限承载能力为整体均匀承载、顶梁单独承载和两侧棚腿对称承载条件下的44%,63%,79%;U型钢支架危险截面主要分布在顶梁中心、棚腿中部和底脚,且随着顶梁荷载增大,棚腿危险截面向顶梁偏移;支架外部荷载条件不同,失稳特征分别以“M”式、“尖顶”式和单侧跪腿式为主;针对任楼煤矿-720 m南翼轨道大巷失稳特征,提出U型钢支架+壁后充填+锚索耦合支护技术,优化支架外部荷载分布形式,提高支架整体承载能力和结构稳定性,有效控制了强采动影响巷道围岩变形。     

ZT—1型矿工钢双向可缩性梯形支架

金属可缩性支架是采区巷道支护的发展方向。目前国内外制作可缩性支架的材料主要采用U型钢,但我国U型钢生产量不能满足当前煤矿生产的需要,且价格比矿工钢高,发展U型钢可缩性支架受到了一定的限制。我国煤矿还大量使用着矿工钢刚性支架,与采区巷道围岩变形很不适应,急需改造;同时我国煤矿有着长期使用梯形支架的习惯和经验,梯形支架用于断面不太大的巷道支护有一定的优点,因此研究和发展矿工钢可缩性梯形支架具有积极     

软岩巷道锚网-U型钢支架联合支护技术

为了有效的控制小康煤矿极软岩巷道的变形,针对小康矿强蠕变软岩和地应力以水平挤压为主的特点,通过理论分析和实测获得巷道围岩松动圈为3.5 m,提出了圆形巷道全封闭的锚喷网配合U型钢可缩支架及壁后充填的支护技术,确定了预应力锚杆(索)配合U型钢+壁后充填的新型支护参数,在S2S2工作面运输顺槽进行现场实测,对掘进期间圆形巷道全封闭支护方式下的巷道变形进行了分析,并与原先的拱形开放式支护巷道进行了对比分析,得出:圆形巷道全封闭支护条件下巷道表面收敛量和收敛速度有明显的减小趋势,该技术对软岩巷道的围岩控制效果非常显著。     

动压影响巷道U型钢支架-锚索协同支护机理及其承载规律

针对U型钢支架支护动压影响巷道强烈变形的支护难题，采用数值模拟方法，研究U型钢支架-锚索协同支护作用机理，提出了U型钢支架-锚索协同支护技术；在开展现场工业试验的同时，采用现场实测方法，监测动压影响由开始至结束过程中巷道围岩表面位移量、U型钢支架和结构补偿锚索实际承受载荷情况。研究结果表明：采用U型钢支架-锚索协同支护后明显改善巷道围岩应力分布，增大巷道浅部围岩残余强度，同时通过锚索的锚固作用，优化了U型钢支架承载性能，增大U型钢支架的承载能力和抗变形能力，提高了U型钢支架的整体稳定性，实现U型钢支架整体承载；当围岩变形压力较大时，U型钢支架随着围岩变形，巷道两帮和肩窝是变形压力最大的位置，相应地锚索为U型钢支架上述部位提供较大的抵抗变形力，阻止支架内突变形，同时U型钢支架作为一个整体结构，支架被束缚在有限的变形空间，而其余的大变形通过支架搭接部位缩动释放，实现了U型钢支架高阻可缩的特性。     

U型钢壁后注浆充填与加固技术在巷修中的应用

与架设U型钢支架传统方法相比,巷道修复时运用U型钢支架壁后注浆充填与加固支护技术,有效控制了围岩变型速度。在淮北矿区桃园煤矿巷道维修中,取得了较好的技术经济效果。     

波形钢腹板支架支护技术的研究进展综述

本文总结了国内外几种常用的金属支架(矿用工字钢、U型钢)和钢管混凝土支架等在截面优化设计和极限承载力等方面的研究,重点介绍了一种新型波形钢腹板支架支护技术。对比分析了波形钢腹板支架与其他支架相比在承载力和经济性方面的优势,及其在支架整体稳定承载性能、局部稳定性能、支架可缩性节点构造以及支架与围岩相互作用等方面的研究成果; 波形钢腹板支架的突出特点在于支护承载力高、自重轻,可节省大量钢材,降低井下工人劳动强度; 研发出的高强度螺栓和楔形件套筒两类可缩节点构造,解决了传统可缩支架节点连接的偏心问题,且通过可缩卸压降低了作用在支架上的围岩荷载,提高支护结构的稳定性和服务周期。波形钢腹板支架的研究可为冲击地压煤矿巷道新型支护技术提供有益参考。     

Research on U-steel yieldable support with backfill technology in rock roadway

The loading on U-steel yieldable support cannot be organically combined with the law of strata behaviors from the surrounding rocks of roadway. In order to effectively solve the problem, U-steel yieldable support with backfill material and the performance requirements of backfill material were analyzed on the basis of structural mechanics. The mechanical properties of backfill material selected were tested in the laboratory, and the test results show that the ratio of the backfill material complies with the requirements of backfill technology; it can effectively optimize the relationship between the support and the surrounding rock, and the filling layer can avoid the partial stress concentration and fully improve the support performance. Compared with U-steel yieldable support with gangue filling, the filed application shows that the supporting result of U-steel yieldable support with backfill technology is satisfactory, the stress on U-steel yieldable support with backfill technology decreases greatly and distributes uniformly, convergence of the surrounding rock of roadway is decreased by more than 50%, and the surrounding rocks of roadway are controlled effectively.     

三软煤层底板岩巷变形分析与加固技术

基于料石砌碹拱形支护的三软煤层底板岩巷易发生变形,为有效控制软岩巷道变形量,减少巷道维护次数,通过对米村煤矿-150 m水平水仓硐室围岩物理化学性质分析、地质构造和原支护形式及巷道破坏特征分析,分析了巷道失稳的主要原因,基于巷道围岩松动圈支护理论和软岩工程支护原则,提出了适合于软岩巷道的锚网索＋喷浆壁后注浆＋可缩性U型钢支架的联合加固技术,经连续3个月的巷道变形监测,巷道帮部最大水平位移37 mm,顶底板最大移近量52 mm,此联合加固技术能有效控制软岩巷道变形。     

动压巷道棚索协调支护技术应用实践

针对普通U型钢支护存在支架强度低、支护围岩相互作用关系差以及不能适应动压巷道复杂应力环境和大变形的现状,提出了以高阻可缩重型U型钢和高强度锚索为主的棚索协调支护技术,具体包括壁后充填注浆改善支护围岩相互关系,薄弱区锚索补强提高支护结构整体稳定性以及锚注加固底板控制底鼓。结合某矿巷道具体地质条件,通过数值模拟研究了不同支护方案对动压巷道围岩变形的控制效果。观测结果表明：顶底板移近量约280 mm,两帮移近量约为260 mm,采用棚索协调支护技术能有效控制巷道围岩变形。     

金属矿山充填体与围岩体相互作用研究综述

尾矿库失稳和采空区地表沉陷是采矿生产过程的主要伴生灾害,充填采矿法的运用可同时解决上述难题。充填体以自流、泵送或混合输送至地下采场可确保采场围岩体稳定性。其中,充填体如何与围岩体相互作用以维持围岩体的稳定性,是实现充填采矿安全开采的核心问题。从充填体充入采场后受采场条件的影响其自身发生的硬化机理和如何维持围岩稳定性两方面入手,重点论述了当前在充填体与围岩体相互作用关系方面国内外研究现状及其产生的机理,分析了充填体作为自立型人工矿柱、充填体与矿柱组合系统对围岩体的承载能力特性,并对未来重点研究方向进行了总结和展望。研究表明:研究充填体充入采场后与围岩体的相互作用过程,需充分理解充填体充入采场后所体现出的多场环境影响下的材料力学行为;分析充填体的稳定性及其功能,需要探究其力学性质的多元信息表征方法,这是实现对充填体失稳灾害可靠性预警的前提和基础;充填体充入采场后可对围岩体产生局部和区域支护作用,充填体与围岩体的相互作用关系可间接通过充填体的应力分布特征、变形特征反演围岩体的活动信息,充填体可有效控制围岩体的冒顶片帮及其岩爆灾害;通过监测充填体内部应力等信息,实现对岩体活动信息的反演和预测是未来需要研究的重点,地下采场动力扰动特性对充填体内部应力演化的影响、充填体与矿柱组合系统的稳定性和承载特性需要进一步研究,最终实现对深地充填开采方案的改进和优化,为深地矿产资源安全高效开采保驾护航。     

复杂围岩灾变环境下巷道修复技术研究

针对麦垛山煤矿110207工作面运输巷受复杂围岩应力影响,顶板出现开裂下沉等现象,通过对巷道围岩灾变的表现形式、围岩变形机理的研究分析,提出了复杂围岩灾变条件下既要保证支护体之间的协调作用,也要保证支护结构与围岩之间的耦合作用,从而使支护体系达到最佳组合。巷道整体以高强预应力锚杆和锚索梁进行有限让压强化支护,形成以高强、高预应力锚杆支护为基本的支护体系,以锚索为骨架的网状支护单元。通过注浆改变围岩受力状态提高承载能力;巷道特殊地段二次支护采用29#U型可缩性钢支架进行耦合让压支护,使支护体与巷道围岩之间相互耦合;按照“预防为主、综合治理”的原则,提出了“集中疏水泄压+注浆控制裂隙+喷浆封闭”的综合防治水技术,降低顶板裂隙水的影响,确保了巷道围岩的整体稳定性。     

采动影响下煤层上山巷道支护技术

为解决采动动压影响下煤层上山巷道围岩破碎严重、变形大等支护难题,采用现场调查、理论分析及数值计算相结合的方法,分析得出了在采动支承压力作用会使煤层上山巷道围岩岩性变差,破碎区和塑性区范围增大,致使围岩发生强烈剪胀变形的矿压显现特征,从提高围岩强度、支护阻力和支护承载结构的稳定性3方面研究了此类巷道围岩控制机理,提出了U型钢支架基本支护＋锚索结构补偿的新型支护技术,应用结果表明：对前修后扩的煤层上山巷道两帮最大位移量仅160 mm,顶底板最大位移量180 mm,表明了提高围岩强度、支护阻力和支护承载结构的稳定性可以有效地控制此类巷道围岩强烈变形。     

全尾砂胶结充填作用机理实验及数值模拟研究

采用钢筒实验,得到了岩柱被不同配比的全尾砂胶结充填料包围受压时的强度特征曲线,根据曲线特征将受压过程分为了三个阶段,充填体配比为1：6时,其单轴抗压强度增大了42.9%,表明充填体与围岩共同作用,可显著提高岩柱的抗压强度。以某铁矿采用充填法开采为例,采用FLAC数值模拟,当空场在充填30%~65%时,空场底板应力及矿柱的竖向应力集中区域均变小,充填体施压于围岩,对围岩起柔性支护的作用。研究结果表明,充填体对围岩的支护类型为被动支护,可有效限制围岩继续变形作用,使采场处于稳定状态。     

高应力厚硬顶板巷道支护优化与应用

为解决耿村矿高应力厚顶板回采巷道变形严重与维护难的问题,采用现场调查的方法研究了巷道围岩变形特征,采用理论分析的方法分析了巷道围岩变形的原因,提出了符合该矿高应力厚顶板巷道的“高预应力锚网喷+注浆+U型钢支架”的支护方案。高预应力锚网喷维护浅部围岩稳定并调动深部围岩承载能力,注浆封闭巷道围岩裂隙并增强巷道围岩整体稳定性,U型钢支架提高支护的承载能力。实践表明,优化方案对高应力厚顶板巷道围岩控制效果良好,保证了巷道的正常使用。     

极软岩厚煤层回风巷支护技术

介绍铁法煤业集团公司大平煤矿在高应力、强膨胀围岩、临近采空区条件下对N1N1工作面回风巷进行的支护技术,采用锚网喷、36U钢双层金属支架复合支护技术在软岩支护中取得良好效果。     

低强度软岩巷道大变形围岩稳定控制试验研究

通过在低强度软岩巷道进行的大变形围岩稳定控制试验及计算，分析了各种支护方式的试验效果，得出一次锚网喷、二次大刚度、高强度支护控制低强度软岩巷道围岩稳定是科学合理的。低强度软岩巷道大变形围岩稳定控制的机理为：一次支护让压，围岩体受力达到较低变形速率下的力学平衡，充分发挥围岩承载力；二次大刚度高强度支护，减少巷道岩体偏应力，使巷道围岩切向应力相对降低，径向应力相对升高，应力状态优化，促进围岩应力向稳定应力状态转化。