深部软岩巷道方钢约束混凝土拱架基本构件力学特性及参数影响机制研究

方钢约束混凝土支护体系以其强度高、施工方便的优点,在深部软岩巷道中的应用日益增多。节点作为拱架连接的关键构件,是进行支护结构合理设计的前提,对拱架内力分布及承载力发挥具有重要影响。但目前约束混凝土拱架节点设计大多基于工程类比,针对其力学特性的深入研究较少。本文以典型深部软岩矿井——巨野矿区万福煤矿为工程背景,对约束混凝土拱架常用的法兰节点及套管节点进行对比分析。开展方钢约束混凝土无节点构件、法兰节点构件及套管节点构件的纯弯室内试验和数值试验,对比各构件的变形过程及破坏形态;基于M-θ曲线,综合分析各参数对无节点构件、法兰节点及套管节点力学性能影响规律,提出依托工程方钢约束混凝土拱架节点设计建议。基于上述研究结果,进行方钢约束混凝土拱架的现场应用。试验结果表明,依托工程现场采用方钢约束混凝土支护体系,围岩变形得到很好控制。套管节点传力明确、承载力高,极大地缩短了施工难度,降低了经济成本,应作为方钢约束混凝土拱架优选的节点形式。     

可缩式钢管混凝土支架力学性能及经济效益

建立了地下工程常用的U型钢支架、格栅钢架、空钢管支架与钢管混凝土支架的有限元模型,分析了各自的承载力、支护效应等力学性能及影响因素。通过研究材料用量和支护效应指标,对经济效益进行了对比分析。进行了钢管混凝土可缩性节点的设计及试验研究,分析了钢管混凝土节点的受力特性。研究表明：钢管混凝土支架支护性能与套箍系数密切相关。与传统支架相比,钢管混凝土支架承载力高,后期强度及延性大,规格多样,经济效益好。配以增阻可缩节点,可实现定量增阻,同时兼具让压功能。在优化分析组合效应的基础上,对钢管混凝土支架进行合理设计,可满足多种深部软岩及节理破碎岩体的支护要求。     

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。     

地下工程吸能锚杆研究现状与展望

锚杆是地下工程硐室的主体支护方式,为吸收围岩变形释放的能量,控制围岩变形,需要研发具有高恒阻力、高延伸率和高预应力的吸能锚杆。本文从吸能锚杆的研发历程、性能试验与现场应用3个方面进行了总结和分析。吸能锚杆通过结构滑移和材料变形2种方式吸收能量,按工作原理可分为结构型与材料型2种吸能锚杆。两者相比,材料型吸能锚杆结构相对简单,能够充分发挥材料力学性能。笔者团队研发了恒阻吸能新材料锚杆,开展了静力拉伸与动力冲击试验,结果表明该锚杆具备高强、高延伸率和高吸能特性,能够满足复杂条件下的围岩控制要求。未来应制定恒阻吸能锚杆的试验、设计、施工与验收标准,实现其在矿山、交通、市政、水利等不同领域地下工程中的推广和应用。     

Ninf:全局计算通信库

介绍了一个高性能的通信库：Ninf。Ninf是一个正在不断发展中的全局网络计算基本设施工程。它允许用户获取包括硬件、软件和科学数据在内的计算资源,这些资源分布于广大网络区域中。当Ninf远程库在远程Ninf服务器上可执行时,计算资源可被共享。用户可用Ninf远程过程调用（RPC）调用库建立一个应用。为了位置透明性和网络并行性,Ninf元服务器（MetaServer）保存计算服务器和数据库的全局资源信息,为达到全局负载平衡分配和调度精粒度计算。     

n Star虫蚀寻径网络中的一种广播算法

文章介绍了一种采用虫蚀寻径机制的ｎＳｔａｒ互连网络结构,讨论了在该结构上传送消息的广播算法,并对这一算法加以分析。     

深部巷道方钢约束混凝土拱架力学性能及影响因素研究

对全尺寸直腿半圆形拱架进行了室内试验和数值分析,室内试验表明:拱架的变形破坏呈现"拱腿内挤,拱顶外凸"的特点,拱腿和拱顶部位的钢材达到塑性状态,极限承载力Fe=1 228kN.针对充填C30~C80强度混凝土以及壁厚4~12 mm的SQCC拱架的数值分析表明:SQCC150-8-C30拱架的极限承载力为1 217kN,拱架极限承载力差异率为0.89%,拱架变形破坏特征和钢材的应力应变状态都和室内试验结果吻合.通过数值分析可见钢管壁厚比核心混凝土强度对拱架极限承载力的影响更为显著;建议壁厚8mm,C30或C40核心混凝土强度的SQCC拱架较为适用.     

数字钻探随钻参数与岩石单轴抗压强度关系

针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能岩石钻探测试系统,开展了砂岩及不同强度砂浆试件等完整岩石的数字钻探试验,通过试验结果分析,建立了随钻参数与岩石单轴抗压强度的定量关系模型(DP-UCS模型),并对其进行了验证,结果表明:DP-UCS模型预测的单轴抗压强度与单轴压缩试验测定的单轴抗压强度的差异率平均值小于10%,证明了该模型的有效性。     

方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用

方钢约束混凝土(SQCC)拱架作为复杂条件地下工程中的一种新型支护方式,具备很高的支护强度和后期承载能力,而拱架留设的灌浆孔因局部削弱和应力集中效应而成为拱架的关键破坏部位,对拱架整体承载能力具有很大的影响,需对灌浆孔进行补强处理以提高拱架开孔后的整体强度.针对SQCC开孔短柱进行室内试验及数值试验,对比分析短柱变形破坏形态、荷载位移曲线及极限承载力等力学性能,研究方钢约束混凝土拱架补强机制;建立约束混凝土强度及经济指标,综合对比短柱补强效果.以SQCC150×8短柱为例,留设灌浆孔后短柱极限承载力相比SQCC短柱降低29.9%;侧弯钢板补强(ASS)后短柱的强度指标达148.7%,经济指标为90.8%,补强效果最好,且补强钢板长度在180~240 mm范围内,厚度为8 mm时,侧弯钢板对灌浆孔补强效果最明显,经济指标增长率最大.侧弯钢板补强试验结果在全比尺拱架室内试验中得到充分验证,在现场巷道支护应用中效果良好,研究成果为约束混凝土支护设计提供了依据.      

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统现场试验对比研究

针对巨野矿区深部高地应力厚顶煤巷道支护特点,以“先抗后让再抗”支护理念为指导,研制高强让压型锚索箱梁(PRABB)支护系统。该系统具有预紧力损失小、定量让压、支护力传递效果好、护表面积大等特点。分别以箱型支护梁和矿用12#工字钢为托梁设计了横梁、纵向单梁和纵向双梁共6种支护系统。以赵楼煤矿深部厚顶煤巷道为工程背景,利用数值试验对其支护效果进行初步分析,并在3302工作面顺槽进行6种支护系统的现场试验对比研究。现场试验结果表明：(1) 相对于原支护方案,6种锚索梁支护系统均能有效控制巷道围岩变形;(2) PRABB支护系统试验段巷道支护效果整体优于工字钢锚索梁方案,前者围岩变形量比后者小15%～25%;(3) 纵向单梁支护系统对巷道围岩的控制效果最好,纵向双梁支护系统次之,横梁支护系统相对较差。根据试验结果对钢梁不同布置方式的围岩控制机制进行分析表明：纵向单梁支护系统可有效控制厚顶煤巷道顶板关键部位的变形,调动围岩自承能力,使巷道变形得到较好控制。在深部厚顶煤巷道支护时,采用PRABB支护系统纵向单梁方案,可达到经济有效控制巷道围岩变形的目的。