混杂纤维混凝土喷层在锚网喷支护中的研究应用

针对煤矿深井巷道支护结构要求高强高韧的特点,提出了将高韧性合成(粗)纤维与高弹模纤钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射工艺在围岩表面形成支护层与锚杆、锚索形成共同支护体的施工方案,结合孔庄煤矿深部巷道施工的实例,对施工中遇到的纤维的选择、纤维掺量的确定、喷层厚度确定、纤维掺加工艺等关键技术进行了论述,并给出了支护效果和经济效益分析,为该技术的推广提供借鉴.     

纤维混凝土用于深井大硐室支护的关键技术研究

深井巷道支护困难是采矿界公认的,因为深部围岩在高应力作用下呈现出了工程软岩非线性大变形特点,使深并大硐室支护因支护空间大支护更加困难,对安全生产威胁非常大.针对深井大硐室支护结构高强高韧的要求,提出了将高韧性改性聚丙烯(粗)纤维与高弹模钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射在围岩表面形成支护层与锚杆、锚索形成共同支护体的施工方案.结合孔庄煤矿深部大硐室施工的实例,对施工中遇到的纤维的选择、纤维掺量的确定、喷层厚度确定等关键技术进行了论述,为该技术的推广提供技术支持.     

超强韧性纤维混凝土在深井巷道支护中的应用

煤矿深井巷道的围岩具有工程软岩特征,支护要求强度高,还要有一定的可缩性,将超强韧性PP纤维混凝土用于深井支护是一种新的选择.介绍了PP-ECC复合水泥基材料的制备技术,通过对纤维掺量、喷层厚度和纤维搅拌工艺等关键参数、工艺进行试验研究,得出了最适合PP纤维掺量为2.0％(体积比).采用适合煤矿窄小巷道的螺旋搅拌机进行了施工.通过工业性试验取得了很好的效果,能满足深井巷道支护需要.结合工程介绍了施工工艺,为这种新支护材料推广与应用提供理论根据.     

深井软岩巷道喷射高韧性纤维混凝土支护技术

素混凝土构筑的喷层，在混凝土的凝固过程中，混凝土内部产生很多原生的小裂缝，影响了抗拉强度及断裂韧性的提高，深井软岩巷道围岩变形量大，支护强度要求高，要求支护材料有一定的变形量和韧性。针对这一特点提出了用凯泰(CTA)改性聚丙烯（粗）纤维混凝土代替素混凝土的方案。通过大量的试验，得到改性聚丙烯（粗）纤维可以起到微筋材的作用，对混凝土起到增强作用的同时提高混凝土的韧性和抗应变能。通过巷道围岩应力模拟分析，发现开挖后的巷道喷纤维混凝土进行二衬后，剪切破坏区向围岩的深部转移，巷道拱腰剪切破坏区大大减少，证明了喷射纤维混凝土用于深井巷道支护，由于强度和韧性好可以更有效地抑制围岩的破坏。可为工程实践提供一定参考。     

新型聚丙烯纤维混凝土在软岩巷道支护中的应用

为了解决采矿作业过程中的软岩巷道支护问题,通过分析矿体地质条件,理论计算确定软岩巷道的松动圈半径,并对软岩巷道分别采用钢支护、锚喷支护和喷浆支护时的支护效果进行了分析.针对回采进路软岩巷道,提出采用加聚丙烯纤维混凝土喷浆支护方案,利用数值模拟对加聚丙烯纤维混凝土喷浆支护后的工程效果进行分析.以夏家店金矿回采进路的支护为例,详细阐述该新型支护方式的施工方案和支护效果.结果表明,采用加聚丙烯纤维混凝土喷浆支护方案,其混凝土物理力学性能明显提升,有效地保护进路围岩巷道的稳固性,确保安全生产,对其他类似矿山具有一定的借鉴意义.     

喷射纤维混凝土在深井巷道支护中的应用

煤矿深井巷道的支护一直是世界采矿界的难题.介绍了聚丙烯(粗)纤维复合水泥基材料的制备技术.通过对纤维掺量、喷层厚度和纤维搅拌工艺等关键参数、工艺的试验研究,得出了最适聚丙烯(粗)纤维掺量为0.8％(体积比).经过模拟优化确定纤维混凝土喷层厚度为120mm.结合工程实例分析了支护效果,为这种支护材料推广与应用提供理论根据.     

新型混凝土喷层在软岩巷道中的适用性研究

聚丙烯纤维混凝土柔性喷层是软岩巷道支护中的一种新型混凝土喷层。通过对聚丙烯纤维混凝土的抗压、抗拉、抗剪和弯曲性能试验研究及数值模拟计算,分析了这种新型混凝土喷层在软岩巷道中的适用性。顾桥煤矿软岩巷道工业性试验表明：聚丙烯纤维喷射混凝土施工工艺简单;回弹率低;喷层成形较好,可增加一次喷射厚度,减少复喷量,有利于提高施工效率。这种新型混凝土喷层具有较高的耐久性,较好的抗渗性、防水效果及抗裂性,并且经济上是划算的,完全可满足软岩巷道支护要求,具有推广应用价值。     

采用锚网梁索喷修复软岩巷道

通过对该矿三水平主暗斜井软岩段巷道破坏机理分析 ,在借鉴该矿以往维修软岩巷道成功实践的基础上 ,提出了采用锚网梁 +锚索 +喷混凝土联合支护修复该巷道的方案 ,详细阐述了支护参数的选择、施工工艺及其支护效果。     

采用锚网梁索喷修复软岩巷道

通过对该矿三水平主暗斜井软岩段巷道破坏机理分析，在借鉴该矿以往维修软岩巷道成功实践的基础上，提出了采用锚网梁 锚索 喷混凝土联合支护修复该巷道的方案，详细阐述了支护参数的选择、施工工艺及其支护效果。     

高强度钢纤维混凝土的力学特征及在高应力软岩巷道中的应用

为了满足高应力软岩巷道对于支护材料高强度、高韧性的要求,本研究提出在素混凝土中掺入适量高性能钢纤维的方法来改善混凝土的整体力学性能。通过室内试验,对3类高强度钢纤维混凝土及素混凝土试块进行力学性能对比试验,得出在钢纤维体积掺率为1.01%下B型钢纤维具有更好的抗变形和抗冲击性能。以围压恢复加固理论为指导,研究提出了浇灌钢纤维混凝土、全长锚固预应力树脂锚杆被动和主动联合支护结构,配合壁后接顶充填和浇注底梁等关键技术,建立形成了一整套适用于高应力软岩巷道的支护体系。历经两年多的现场应用、监测,实现了对高应力软岩巷道的围岩变形的有效控制,为矿山企业安全作业奠定基础。     

大埋深软岩高地应力岩巷支护技术研究

针对车集煤矿28采区三条下山巷道变形失修严重的现状,采用巷道失修共性特点查找、统计及原因分析的方法,进行了大埋深软岩高地应力岩巷支护技术的研究。为实现支护效果,采用了高强锚索+“四高”锚杆+柔性梯子梁+高应力巷道底板卸压+底板注浆锚索支护技术,同时在喷浆时喷浆料中掺入聚丙烯增强增韧纤维,施工过程中推广实施“先喷后锚”施工工艺。结果表明:该种巷道支护方式提高了支护强度及岩层自身的稳定性,聚丙烯增强增韧纤维有效地阻止喷层内部裂纹的产生和扩展,其韧性能适应软岩巷道大变形的特点,“先喷后锚”施工工艺的实施提高了巷道内在施工质量,对大埋深软岩高地应力岩巷支护具有较强的指导意义。     

橡胶颗粒混凝土在深部软岩巷道中的数值模拟研究

为研究橡胶颗粒混凝土在高地应力软岩巷道底板支护的可行性,运用ABAQUS数值模拟软件,对橡胶颗粒混凝土在高地应力软岩巷道中的支护效果及其弹性模量和单轴抗压强度对卸压效果的影响进行模拟计算,并分析了橡胶颗粒混凝土的卸压机理。结果表明:在高地应力环境下,将橡胶颗粒混凝土应用于巷道底板与普通混凝土层之间效果较好;橡胶颗粒混凝土弹性模量在3~4 GPa,单轴抗压强度在3~5 MPa时得到最佳卸压效果;橡胶颗粒混凝土通过与底板围岩协同变形,释放围岩中的应力,从而减小支护结构所承受的荷载。     

深部矿井高应力巷道复合支护技术研究

为了对深井高应力巷道进行科学有效支护,对平煤股份四矿北石门大弧板段巷道围岩岩性及复杂应力情况进行了分析,提出了用多层次强韧封层复合支护技术来解决围岩破碎、流变性强、难以支护问题。实践表明,采用复合支护体系进行修复,实施点→线→面施工工艺,增大了支护韧性和刚性,确保了巷道的支护稳定性。     

深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术

针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索)系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。     

整合矿井采空区内掘进巷道围岩综合控制技术研究

 针对重组整合矿井总回风巷掘进通过采空区时巷道围岩稳定性差,巷道掘进、支护困难的现状。通过理论分析、方案设计、现场工业性试验,建立了采空区内掘进巷道围岩综合控制技术体系。根据掘进巷道开挖过程中遇到的三种不同情况提出了巷道掘进前高冒区充填注浆构成人工假顶及掘进时钻孔超前注浆提高围岩强度技术方法,提出了锚杆（索）网与料石墙工字钢砼背板棚联合支护的多层次综合支护技术方法,解决了采空区覆岩强度低、自承结构能力小的围岩控制技术难题。实践表明,采用综合控制技术有效保证了巷道围岩稳定,对类似条件下的井巷施工具有重要的借鉴意义。     

白象山铁矿巷道围岩稳定性分类及支护对策研究

针对白象山铁矿现有巷道围岩稳定性分类方法无法有效指导巷道支护设计的现状,基于地质雷达探测和围岩物理力学性质试验,综合采用冶金矿山锚喷支护围岩分类和围岩松动圈分类方法,制定了巷道围岩稳定综合分类表与巷道支护方案选择标准。根据白象山铁矿巷道围岩的稳定性状况,将围岩分为I到V共5类：I类围岩稳定,一般不支护或喷50～60 mm混凝土封闭围岩;V类围岩稳定性极差,采用直径20~22 mm、长度2 200~2 400 mm的螺纹钢锚杆、钢筋梯（钢筋网）以及锚索进行支护,并考虑采用型钢支架加强支护,底板铺设反底拱,实施全断面注浆加强支护。工程实践表明,以白象山铁矿巷道支护方案选择标准为依据进行巷道支护设计,针对不同巷道围岩类别选用合理的支护形式与参数,可以有效地控制巷道围岩的收敛变形,保证巷道围岩的长期安全与稳定,具有较高的工程应用价值。     

基于NMR技术的玄武岩纤维喷射混凝土韧性演化规律

随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与抑制围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)研究了孔隙分布对BFRS韧性的影响,并进行了井下现场支护试验。结果表明:BF掺入后,BFRS 7 d与28 d试块抗弯强度分别提高了9.8%,6.8%,且BF对早龄期抗弯强度提升效果更为明显;分别采用DBV与JSCE标准对BFRS韧性进行评价,实验发现最优纤维掺量为4.5 kg/m~3,此时D■和D■分别为29.5 N·m和57.9 N·m,试件弯曲韧性比同时达到最大值0.875;对比可知,DBV多值韧性标准更适合评价BFRS抗弯韧性。通过NMR试验发现纤维掺量对BFRS孔隙结构影响较大,纤维掺量达到3 kg/m~3时,BFRS大孔径孔隙占比仅为0.25%,当纤维掺量超过临界掺量4.5 kg/m~3,BFRS大孔径孔隙占比增加,喷射混凝土基体内部缺陷增多,韧性降低。进行井下支护试验发现BFRS抑制变形能力优于普通喷射混凝土,其中纤维掺量为4.5 kg/m~3时,支护段巷道35 d收敛位移最小,仅为0.21 mm,此时支护效果最好。分布在BFRS基体内部的纤维可以形成稳定的三维承力结构,有效改善BFRS基体内部孔隙结构,增加BFRS韧性,提高被支护巷道抗变形能力。高韧性BFRS可以有效地满足深部大变形巷道支护要求,达到"变形不开裂,开裂不掉落"的效果。     

大断面软岩斜井高强度钢管混凝土支架支护技术

查干淖尔矿主斜井泥岩段围岩变形量大,速度快,巷道支护困难,结合主斜井泥岩段膨胀性软岩的工程地质条件和围岩变形特征,并结合主斜井泥岩段的巷道围岩变形特点,设计了高强度钢管混凝土支架支护方案,其中,巷道断面采用马蹄形,钢管混凝土支架主体钢管选用194 mm×10 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助金属网支护和混凝土喷层支护。通过数值分析可知,主斜井泥岩段开挖后及时施加钢管混凝土支架支护方案,钢管混凝土支架承载能力大,能够提供强大的支护反力,限制巷道围岩向巷道空间的移动,保证巷道围岩稳定和支护结构可靠。通过巷道施工和现场监测分析可知,大断面软岩巷道高强度快速支护方案易于施工,能够维持主斜井泥岩段软岩巷道围岩的稳定。     

巷道钢纤维硅粉混凝土喷浆支护试验与应用

为解决普通混凝土喷浆支护浆体开裂、巷道变形严重的问题，提出采用钢纤维硅粉混凝土对其进行湿喷支护。通过试验研究钢纤维掺量与形状、硅粉掺量和减水剂掺量对混凝土抗弯强度的影响规律，得出最佳的钢纤维硅粉混凝土配比，应用于某矿的回风斜井喷浆支护。结果表明：波浪型钢纤维对混凝土抗弯强度提高能力远大于平直型钢纤维，最佳的波浪型钢纤维掺入率为1.5%，最佳的硅粉掺量为替代水泥掺量的10%，最佳减水剂掺量为0.6%。通过喷层应力监测和围岩变形观测证明了钢纤维硅粉混凝土喷浆支护控制巷道围岩的可行性.