深井破碎围岩条件下煤巷锚杆构件合理配套

基于徐州矿区张小楼井24302工作面运输平巷的地质条件,在深井破碎围岩条件下进行了煤巷锚杆支护试验,介绍了锚网带索支护技术参数和不同构件配合支护的巷道矿压显现.根据顶板锚杆螺母撕裂和穿过托板与钢带导致的锚杆支护失效问题,在实验室完成了锚杆、托板、钢带和螺母等支护构件配合的力学性能试验.试验表明直径20 mm的螺纹钢锚杆杆体性能稳定,破断载荷均在186 kN,杆体和螺母的螺纹配合完好,顶圆底四方螺母能与托板和钢带很好地配合,外接圆直径为38 mm的六方螺母与托板和钢带不能很好地配合.深井高应力破碎围岩条件对锚杆支护系统中的锚杆、锚固剂、托板、钢带和螺母等构件的力学性能配合要求高,它们的力学性能应基于锚杆的破断力合理配套.     

深井破碎围岩条件下煤巷锚杆构件合理配套

基于徐州矿区张小楼井24302工作面运输平巷的地质条件，在深井破碎围岩条件下进行了煤巷锚杆支护试验，介绍了锚网带索支护技术参数和不同构件配合支护的巷道矿压显现．根据顶板锚杆螺母撕裂和穿过托板与钢带导致的锚杆支护失效问题，在实验室完成了锚杆、托板、钢带和螺母等支护构件配合的力学性能试验．试验表明：直径20mm的螺纹钢锚杆杆体性能稳定，破断载荷均在186kN，杆体和螺母的螺纹配合完好，顶圆底四方螺母能与托板和钢带很好地配合，外接圆直径为38mm的六方螺母与托板和钢带不能很好地配合．深井高应力破碎围岩条件对锚杆支护系统中的锚杆、锚固剂、托板、钢带和螺母等构件的力学性能配合要求高，它们的力学性能应基于锚杆的破断力合理配套．     

锚杆托板组合构件协调作用原理及应用

针对浅埋大断面巷道快速掘进中因围岩表面不平整导致锚杆托板严重破坏引发支护失效的问题,采用实验室试验、数值模拟及理论分析相结合的方法对锚杆托板组合构件协调作用机理进行研究,构建锚杆托板组合构件力学模型,分析托板和调心垫圈在偏载作用下受力演化特征及不同锚杆托板组合作用下巷道的支护效果。小保当112207工作面大断面切眼巷道工业性试验结果表明:当锚杆托板组合构件协调性良好时,能有效降低锚杆尾部应力集中程度,提高锚杆预紧力,锚杆尾部不易发生损坏变形,且有助于锚杆预紧力施加,支护效果更好;锚杆托板组合构件相互锁死的情况下托板的最大集中应力大于锚杆托板组合构件协调性良好的情况下的最大集中应力。     

高强玻璃钢锚杆承载特性及应用研究

杆体强度低、承载力不匹配和托板失效是制约玻璃钢锚杆应用主要因素。新型高强度玻璃钢锚杆及构件承载特性测试结果表明,杆体承载力和延伸率高,整体强度低,螺纹段承载力为杆体的57%,配套托板为杆体的22.3%,为此,优化配套构件,提出支护方案并井下试验。     

煤巷树脂锚杆支护技术

煤巷树脂锚杆是指对岩层及煤层起锚固作用的一整套构件 ,包括树脂锚固剂、杆体、托盘、螺母与增压垫圈等。近年我国煤巷树脂锚杆支护发展迅速 ,在关键技术上取得突破 ,在支护理论、支护技术、支护参数设计及施工工艺等方面形成系统 ,并完成了大量的工程实践。本文对此作简要介绍。     

煤巷树脂锚杆支护技术

煤巷树脂锚杆是指对岩层及煤层起锚固作用的一整套构件,包括树脂锚固剂,杆体,托盘,螺母与增压垫圈等。近年我国煤巷树脂锚杆支护发展迅速,在关键技术上取得突破,在支护理论,支护技术,支护参数设计及施工工艺等方面形成系统,并完成了大量的工程实践,本文对此作简要介绍。     

煤矿巷道树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性研究

目前锚杆(索)支护技术是我国地下煤矿开采中普遍采用的一种主动控制巷道围岩稳定的支护技术。但由于锚杆支护加固对象的复杂性,至今锚杆支护原理还没有一个统一全面的认识,对于复杂条件下锚杆的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆杆体承载特性等问题需要更深入的研究。论文采用理论分析、数值模拟、现场实测、实验室试验和工程实践相结合的综合研究手段,围绕树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性展开研究。论文研究的主要工作如下:(1)总结分析了树脂锚固体4类主要失效类型,着重分析了黏结失效类型中树脂锚固体空洞锚固失效和长时蠕变失效的两种形式。建立了空洞树脂锚固体拉拔状态下的力学模型,推导并求出了空洞树脂锚固体拉拔状态下沿锚固方向上杆体内拉应力分布的理论公式;同时建立了考虑锚固层黏弹特性树脂锚固体拉拔状态下的长时蠕变力学模型,推导并求出了与时间有关的杆体拉应力和锚固层-杆体界面剪应力分布公式,并求解了恒力长时作用下的树脂锚固体杆体外端点位移的近似公式,同时得到了锚固体产生破坏的极限拉拔力。(2)通过实验室力学试验,获得了围岩、锚杆等力学参数。基于ABAQUS数值模拟软件,验证了两种锚固体理论力学模型,研究了两种模型中杆体应力沿锚固方向上的分布规律,揭示了拉拔过程中锚固体内应力和位移的演化过程;着重阐述了长时蠕变模型杆体应力传递的3个阶段,分析了杆体的极限抗拉拔力与时间的关系。同时,分析了锚杆直径、锚固层厚度、钻孔直径、围岩强度等参数对树脂锚固体杆体拉拔状态下的力学特性影响。(3)采用预拉力锚固系统锚固作用综合实验台,研究了不同预拉力下锚杆杆体应力和弯矩的分布特征及其变化速率;通过测力锚杆井下拉拔试验,揭示了预拉力与锚杆杆体外端点位移的相互关系及不同预拉力下锚杆杆体轴力分布及承载特征,同时基于测得的锚杆杆体应力分布曲线,借助第三章研究结果,准确推测了巷道顶板的完整性;初步判定预拉力锚杆实际工作状态下杆体承载受力主要集中在外锚固段中性点附近,对限制巷道围岩变形起主要作用的是中性点附近杆体-锚固层-围岩3者之间的黏结关系,同时杆体内弯矩的存在说明杆体截面处于非均匀受力状。(4)在分析现有煤矿巷道围岩监测手段的不足和光纤光栅传感技术优越性的基础上,初步提出并建立了一套基于现代光纤传感技术的煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统;并采用该系统对煤矿巷道锚杆杆体受力及演化进行了实测,监测结果表明树脂锚杆的杆体应力分布呈非均匀分布且波动变化,杆体内存在大量弯矩。(5)最后基于理论研究结果提出了确保锚杆支护效果的几个基本原则,并应用于淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道巷及朱集煤矿1111(1)工作面轨道巷的工程实践,应用结果表明遵循该原则采用的预拉力高强锚杆强化支护技术可以充分调动围岩的自稳能力优化围岩的力学参数,有效控制巷道围岩变形,满足矿井安全生产要求;同时采用煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统成功揭示了1111(1)工作面轨道沿空留巷期间的矿压显现规律,并与传统矿压观测结果进行了对比,两者基本一致,初步显示了该系统的可靠性和应用前景。     

高强度锚杆支护技术的发展与应用

介绍了国内外高强度锚杆支护技术概况;分析了高强度锚杆杆体的力学性能和参数,并进行了分类;论述了高强度锚杆支护系统中的其它构件,包括树脂锚固剂、组合构件和锚索。最后介绍了两个应用实例。     

高强度锚杆支护在潞安矿区的应用

高强度锚杆支护已在我国多个矿区得到广泛应用。本文分析了高强度锚杆杆体的力学性能和参数 ,论述了高强度锚杆支护系统中的其它构件 ,包括树脂锚固剂、组合构件和锚索。最后介绍了潞安矿业集团公司推广应用情况 ,说明了高强度锚杆支护的技术经济效益。     

强力锚杆杆体尾部破断机理研究

针对煤矿井下部分强力锚杆尾部螺纹发生破断且无“径缩”问题,对锚杆杆体尾部螺纹段进行了受力分析,得到由于变径导致应力集中,球面自锁、球面回转中心不合理导致球面自锁使锚杆受力恶化;对杆体尾部进行了实验室试验,对破断杆尾进行了化验分析,试验了不同安装角度对锚杆受弯断裂的影响;采用有限元数值模拟方法,介绍分析了杆体尾部的力学状态及应力分布状况,得到最不利受力位置。在潞安漳村矿井下强烈动压巷道进行了工业性试验,针对部分锚杆出现破断问题,提出多项优化方案,减小有害受力对杆体的影响。     

预应力在锚杆支护中的作用

在分析目前复杂困难条件下锚杆支护存在问题的基础上，论述锚杆支护系统刚度，特别是预应力对支护效果的重要性.采用有限差分数值计算软件分析了不同预应力下锚杆、锚索产生的应力场分布特征，以及钢带对锚杆预应力扩散的作用.提出锚杆主动支护系数、强度利用系数、预应力长度系数、有效压应力区、预应力扩散系数、有效压应力区骨架网状结构及临界支护刚度等概念.井下试验表明，大幅度提高锚杆预应力可显著减小巷道围岩变形，有效控制顶板离层；钢带在预应力支护系统中起非常重要的作用；锚杆预应力存在临界值，达到或超过临界值后锚杆支护可有效控制围岩变形与破坏.     

高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用

针对煤矿深部及复杂困难巷道条件，分析了锚杆支护作用，提出高预应力、强力支护理论，大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，保持围岩的完整性，减少围岩强度降低；开发出高预应力、强力支护系统，包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料，力学性能得到显著提高；高预应力、强力支护系统成功应用于新汶矿区千米深井巷道，巷道变形降低70%左右，顶板离层仅为原来的5%，巷道支护状况发生了本质改变.实践证明，高预应力、强力支护系统可有效控制围岩变形与破坏.同时，提高顶板支护的刚度与强度可有效地减小煤帮压力和底臌.     

锚杆托板的力学性能与支护效果分析

采用实验室试验、数值模拟及井下监测相结合的方法对托板的受力状态、应力分布、变形状况及支护作用进行研究。在实验室,制作专门的测力托板,测试了不同支撑状态下拱形托板变形、应力与载荷的关系,得出不同支撑状态下托板开始屈服的载荷。采用有限元数值模拟方法,分析了拱形托板在面接触、四边支撑、四点支撑及三点支撑状态下的应力分布特征。建立了单根锚杆锚固于围岩中,计算锚杆预应力引起的应力场的数值模型;分析了托板对锚杆预应力场分布的影响,托板应力分布特征及托板对围岩的支护作用。采用测力托板,在潞安屯留矿的回采巷道中进行了托板受力监测,初步分析了托板在锚杆安装预紧阶段、掘进影响与稳定阶段的受力特征与变化规律。     

不同地质条件下的锚杆支护技术

影响巷道围岩完整性和稳定性的主要因素有巷道围岩强度、地应力、巷道断面形状和巷道断面尺寸等。不同地质条件下锚杆支护技术主要包括:松软围岩巷道锚注加固;复合顶煤巷锚带网加锚索联合支护;综放顺槽采用锚杆锚索联合支护;综放面末采锚网支护。     

全断面高预应力强力锚索支护技术及其在动压巷道中的应用

分析了目前煤矿锚索支护存在的问题,在高预应力强力支护理论的基础上,提出高预应力、长度较短的强力锚索,并全断面垂直岩面布置,是高地压、大变形巷道的有效支护方式.介绍了强力锚索及配套护表构件的力学性能,将强力锚索、拱形大托板及钢筋网组成全断面强力锚索支护系统,在锚索施加预应力的同时,给钢筋网也施加了较高的预应力,使钢筋网成为预应力支护系统的重要组成部分.在潞安矿业集团有限责任公司漳村煤矿一条与回采工作面对掘的、受2次强烈动压影响的巷道中,进行了全断面高预应力强力锚索支护技术试验,巷道支护状况发生本质变化.巷道两帮移近量比原支护方式降低90%,顶板离层几乎为0,围岩变形得到有效的控制.不仅解决了巷道支护难题,而且验证了支护理论的正确性.     

新型高强让压螺纹钢注浆锚杆研究

深部高应力软岩巷道围岩具有大变形、大地压、长时间持续流变等特性,采用传统的锚杆支护材料很难有效地控制这类巷道围岩变形。因此,设计了一种新型高强让压螺纹钢注浆锚杆,实现了围岩卸压与注浆锚固双重功能,提高了围岩的锚固效果,有效地保持了巷道的稳定。     

软岩巷道锚注加固系统的"网络"效应

利用特种中空锚杆兼做注浆管的锚注加固技术,不但充分利用锚杆加固与注浆加固的各自优点,而且还形成其自身所特有的系统“网络”效应,是控制软岩巷道矿压显现的有效手段之一。通过对锚注岩石的扫描电镜分析及实验室和现场的锚杆拉拔试验,系统地研究了锚杆、浆液凝结体等共同形成的网络体系。     

深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

煤巷锚杆支护应用现状研究理论及当前研究重点

总结了国内外煤巷锚杆支护的现状,我国在煤巷锚杆支护方面虽然取得了很大的发展,但是,在松软破碎围岩以及受采动影响频繁的煤巷中,仍普遍存在锚固力和工作阻力低等问题。为此,提出了我国当前煤巷锚杆支护的研究重点与改进途径。