锚杆机动力参数对煤巷顶板锚固孔钻进特征影响研究

为了研究锚杆钻机动力条件对煤巷顶板锚固孔钻进特征的影响,采用理论分析和数值模拟方法,对不同驱动力矩及推力条件下钻进煤巷顶板各类岩石时的钻进特征进行分析。研究发现:钻头钻进位移、平均钻速、平均转速随驱动力矩的变化率KT以及随推力的变化率KP与岩石硬度具有较大联系,在泥岩中钻进时两者均为最大,且按照由大到小顺序为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、灰岩。研究成果为锚固孔施工时锚杆机动力参数设置以及利用钻速、转速等指标识别煤巷顶板内部软弱岩层提供了重要参考依据。     

密集钻孔切顶卸压关键参数影响因素研究及应用

密集钻孔切顶技术主要通过对采场侧向顶板围岩结构进行改造,利用覆岩载荷和顶板自重切落基本顶,能够有效降低巷道顶板压力。通过统计国内部分矿井密集钻孔切顶卸压沿空留巷技术的应用案例,对钻孔关键参数及留巷效果进行了分析,并对密集钻孔切顶关键参数主要影响因素进行研究。研究结果表明：密集钻孔切顶适用于不同厚度的煤层,切顶效果取决于切顶高度、切顶角度、钻孔直径与间距是否合理。由于密集钻孔切顶时顶板在回采前未完全破断,在回采后,煤层厚度越大,顶板下沉回转在钻孔周围产生的拉伸应力就越大,密集钻孔顶板就越容易发生破断,煤厚的增加有利于顶板的自主破断。密集钻孔切顶高度随煤厚及基本顶厚度增加而增加;随煤厚增加切顶钻孔角度对切顶的影响逐渐减小,切顶角度呈现降低的趋势;密集钻孔孔径与孔间距二者共同作用影响密集钻孔顶板破断效果,D/B值(孔间距与孔径之比)在一定范围内随煤厚而增加,随基本顶强度增加而减小。根据统计结果采用工程类比法,并结合切顶钻孔主要影响因素研究结果,提出了密集钻孔切顶关键参数确定方法,并在赵家寨矿11210工作面回风巷进行了密集钻孔切顶留巷试验,现场留巷效果较好,证明该方法实用有效,具有一定的工程...     

矿用锚索捻距与拉伸力学性能及锚固效果关系

矿用锚索主要由多根钢绞线缠绕而成,具有可弯曲、抗破断能力强及成本低廉等优点,在煤矿巷道围岩、特别是巷道顶板稳定性控制中广泛采用。捻距是制作锚索的重要参数之一,煤矿在选取锚索时,因了解尚浅而往往忽略这一参数。为探究捻距参数对锚索拉伸力学性能与锚固效果是否存在影响,采用理论分析与室内试验相结合方法,初步厘清了捻距参数对锚索拉伸时的几何变形特征的影响,明晰了其对锚索锚固力的影响机制。基于试验获得的锚索拉伸及锚固拉拔数据,构建数值模拟模型,与井下试验结果进行对比,得到了捻距与其极限拉伸载荷、最大锚固力的关系式,获取了能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距。研究结果表明：在锚索受到拉伸时,在一定范围内捻距与延伸率的关系为负相关,与拉伸极限载荷的关系为正相关;锚索-锚固剂界面存在一定的几何匹配关系,捻距减小至其13倍公称直径时,最大锚固力随着捻距的减小而增大;综合分析锚索极限拉伸载荷与最大锚固力等因素发现,能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距范围为13～14倍公称直径。研究成果增加了锚索捻距对拉伸力学性能影响的认识,明晰了对其锚固机制的理解,为锚索制作及煤矿选取锚索提供了参考...     

巷道下向小孔径锚固孔钻进产渣特征及高效钻头设计

煤矿巷道下向锚固孔钻进是巷道围岩锚固控制的重要环节,成孔质量与锚固效果成正比。长期以来,小孔径下向锚固孔排渣困难是高质量快速成孔的瓶颈问题。因此,为了降低钻渣生成尺寸,提高排渣效率,利用理论分析、数值模拟、实验室实验及现场测试相结合的方法,研究了现有PDC两翼式钻头产渣尺寸及其周边钻渣运移特征,研发了一种小孔径下向锚固孔高效破岩钻头,优化了钻头进出液通道尺寸,并对设计钻头工作性能进行了分析验证。结果表明：现有PDC两翼式钻头在钻孔底部均会形成中心岩柱结构,其尺寸随钻头刀片间距的增加而增加。中心岩柱是大尺寸钻渣的主要来源,中心岩柱尺寸越大,产生的粒径>2.5 mm的钻渣平均尺寸也越大。改变刀片结构,消除孔底中心岩柱,可降低钻渣生成尺寸;现有钻头结构会造成钻渣局部聚集,导致钻渣上返能量损失;设计的高效破岩钻头因其结构优势较普通钻头更能够减少液渣混合流的能量损失,使钻渣具有更高的上返速度,更有利于钻渣顺利排出;高效破岩钻头的主副刀片会使钻孔底部形成平台结构,保证了孔底岩石均为切削破坏,消除了孔底中心岩柱,使钻渣平均尺寸明显低于其他类型钻头,也具有更高的破岩效率;现场试验结果表明,高效破...     

煤巷顶板锚固孔钻进钻杆振动特性数值模拟研究

针对煤巷顶板岩层结构复杂多变、劣化区域不易探明,易导致锚杆支护煤巷冒顶问题,利用理论分析与数值模拟相结合方法,研究煤巷顶板锚固孔钻进过程中钻杆横向、纵向、扭转振动特征。理论分析表明:钻杆横向、纵向振动速度和加速度主要由顶板岩石坚固性系数f决定,扭转振动加速度主要由岩石黏聚力C和内摩擦角φ决定。通过ABAQUS数值模拟软件做进一步分析:钻杆横向、纵向振动速度和加速度及扭转振动加速度波峰密度和峰值大小随着岩石强度的增加而增加,可作为识别顶板岩层强度、特别是岩层结构裂化区域的指标。研究结论为实时动态调整优化巷道顶板锚杆(索)支护参数,预防锚杆支护煤巷冒顶提供了理论支撑。     

软弱破碎煤岩体封注一体机理与新型封注装置设计

传统的封注装置及方法在软弱破碎煤岩体巷道的应用中存在操作烦琐、封孔效果差、注浆压力低等问题.设计一种新型封孔注浆装置,通过分析其封孔与注浆工作机理,分别建立新型封注装置及注浆孔受力力学模型,得到注浆压力及封孔长度的合理范围;采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以封孔胶套受力、变形特征为主线,依据封孔胶套与孔壁接触特征,...     

沿空留巷密集钻孔切顶机理及关键参数确定方法

为实现密集钻孔切顶条件下沿空留巷顶板结构安全稳定,研究正常情况与密集钻孔条件下顶板岩层结构受力状况,基于岩石断裂理论和弹性理论分析回采前后顶板密集钻孔孔间围岩受力分布及其破断过程,明确密集钻孔切顶机理及相邻钻孔的孔间集中应力相互作用机制,推导工作面端头弧形三角板结构巷道侧边界密集钻孔孔间围岩的拉剪应力计算公式。在此基础上,分析不同参数对孔间围岩所受拉剪应力的影响作用,提出沿空留巷密集钻孔切顶关键参数确定方法。研究表明：密集钻孔主要通过回采前后钻孔周围应力条件改变来增加钻孔围岩拉剪应力集中程度,引起孔间裂隙扩张联通,形成切缝线破断关键岩层。回采前钻孔主要受水平挤压应力影响,回采后钻孔受力逐渐转变为采空区顶板回转下沉产生的拉剪应力为主,钻孔孔间围岩状态随之由孔间围岩弱化阶段过渡到孔壁裂纹成形阶段,再转变为孔间围岩破断阶段。密集钻孔孔间围岩所受拉剪应力大小主要取决于关键岩层厚度及钻孔孔径与孔间距之比,与钻孔高度及间距成负相关,与角度及直径正相关。据此提出了密集钻孔关键参数确定方法,并根据龙滩矿3124 N工作面坚硬顶板条件设计了密集钻孔切顶留巷方案,确定钻孔长度为8.3 m,角度为15°,钻...     

锚索偏心树脂锚固特征分析及锚固剂推送限位装置设计

锚索锚固偏心现象普遍存在于岩土及地下支护工程中，对锚固系统工作性能存在一定的不利影响。采用理论分析和室内实验手段，初步探究锚固偏心问题的影响机制，明晰了偏心对锚索锚固性能的影响特征，基于自主研发锚固剂推送限位装置，对锚索锚固偏心问题的控制对策进行有效探索。研究结果表明：锚索树脂锚固偏心导致锚固剂–围岩界面处的剪应力及位移分布不均衡，锚索靠近侧锚固剂–围岩界面区域因达到剪应力及位移承载极限而容易发生破坏失效，削弱锚索锚固系统的承载性能；锚固偏心程度与锚索锚固试件的抗拉拔性能整体表现为负相关形式，锚固偏心严重时影响更为显著；锚固剂推送限位装置能够为锚固剂搅拌阶段的锚索提供有效的约束，使锚索能始终近似位于锚固孔中心区域，保证锚索锚固后具有良好的居中效果，装置的实际工作效果得到了室内实验的有效验证。研究成果增加了对锚索偏心锚固问题影响机制的认识，并对该问题的解决途径开展了创新性的尝试研究，有助于进一步保证和提升锚索的树脂锚固效果。