承载岸堤开挖与锚固支护有限元分析

通过对库区承载岸堤在开挖过程中锚固支护的有限元分析,计算了开挖工况和承载工况下岸堤的稳定性,并采用了有限元强度折减法分别计算了两种工况下相应的安全系数。采用有限元三维模型中的3-D接触类型,对承载岸堤开挖与锚固支护进行了数值模拟。     

基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合MohrCoulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷道表面位移分析可知,数值模拟与理论分析结果基本一致。     

大松动圈下锚固承载层支护效应的弹塑性解

对于大松动圈围岩巷道,锚杆和围岩共同作用在松动圈内部形成了“锚固承载层”。为研究大松动圈下“锚固承载层”对巷道围岩应力分布的影响,通过理论推导和实例分析,认为“锚固承载层”在极限平衡状态下对塑性区提供的支护强度[pid]由锚杆支护强度[pi]和锚固承载结构强度两部分组成,根据支护强度[pi]和锚固层厚度b的关系提出了“锚固界限厚度”概念。对于松动圈外的围岩,将巷道周边的应力分布进行了重新计算并与传统的Finner-Kastner解进行了比较。研究表明：承载结构在巷道稳定性控制中占据主导作用,支护强度和承载结构协调作用更有利于巷道维护,修正Finner-Kastner解可为深部巷道围岩支护机理研究以及巷道支护参数设计提供理论依据。     

持续增载作用下巷道围岩承载特性研究

为了对巷道支护机理进行研究,揭示锚固复合承载体的承载作用,采用相似模拟试验,在均质围岩条件下,使用不同的锚杆支护参数进行巷道支护,对巷道施加破坏性载荷,分析了不同阶段下锚固复合承载体的测点应力与表面位移的关系,得出了锚固复合承载体的承载特性的影响规律。研究为确定巷道合理的支护参数提供了理论依据。     

采动影响下煤岩体锚固效果研究与应用

以大同煤矿集团晋华宫矿采动影响巷道为背景,采用FLAC3D有限差分软件,建立了采动影响下巷道煤岩体开挖支护模型。对比分析了煤岩体中锚固巷道开挖过程中的变形特征,得出锚杆在煤体中的锚固效果明显弱于岩体中的锚固效果,煤体中采用三维锚杆索联合支护时锚固效果会明显提升。     

软岩硐室锚杆锚索联合支护机理ABAQUS分析

现有的锚固支护机理应用于金属矿山存在一定的不足,利用大型通用非线性有限元计算分析软件ABAQUS,研究了马钢集团姑山矿业有限责任公司和睦山矿区-300 m水平中央变电硐室支护方案中的锚杆锚索联合支护部分,通过分析模拟结果,并结合现场地质雷达探测和长期监测硐室围岩收敛结果,得到了硐室开挖后的应力变化规律、塑性区范围的扩展规律以及支护前后的位移场的变化规律,同时对金属矿山硐室的开挖和支护结构作用机制进行了系统的研究和探索,提出了“应力转移”支护机理的概念。该研究成果验证了原支护方案的合理性,也为其他金属矿山锚固支护方案设计提供了理论依据。     

深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术

针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷易冒顶、大变形、难支护等特点,基于锚杆和锚索支护理论,提出了兼具组合梁和组合拱承载效应的梁-拱锚固承载结构,分析了梁-拱锚固结构的几何特征,揭示了不同锚固参数条件下梁-拱锚固结构的形成过程及演化规律,反映了不同支护形式下煤巷顶板的锚固结构效应。采用FLAC~(3D)模拟研究了4种支护技术方案条件下深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩位移与塑性区损伤扩展演化规律,揭示了不同支护技术方案对矩形断面煤巷围岩的控制效果,验证了采用基于梁-拱锚固结构的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护技术方案的合理性,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"梁-拱锚固结构"支护技术方案有效地控制了深部软弱破碎复合顶板煤巷离层与大变形,维持了深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析

通过对深井巷道两帮锚固体破坏特征及作用机理分析,锚固体最大破坏部位在两帮偏中上部,两帮锚杆支护的作用就是使锚杆与锚固范围内岩体相互作用形成锚固承载结构体.把深井巷道两帮锚固体失稳分为压裂失稳和剪切失稳,两帮锚固体首先失稳形态为压裂失稳,建立了巷道两帮锚固体2种失稳条件下的稳定性力学模型,提出了锚杆、锚索耦合支护方案,并对试验巷道两帮稳定性进行了力学计算、数值分析及现场观测,回采巷道两帮采用支护设计方案后,两帮收敛量减小,最大移近量124 mm,控制在合理范围内,两帮围岩稳定,支护效果显著.     

基于锚杆拉拔试验优化锚固承载特性研究

为提高深部软岩巷道锚杆支护承载能力,有效控制巷道围岩变形,采用锚杆拉拔正交试验对锚固承载特性影响因素进行研究,分析不同影响因素作用效果,并以试验结果为依据针对性提出高预应力全长锚固支护技术,研发了预应力全长锚固锚杆,通过理论计算对预应力全长锚固围岩承载能力加以分析,并以潘三煤矿17102(3)工作面回风巷道为工程背景,采用数值模拟和现场试验方式与传统加长锚固支护、全长锚固支护进行对比验证。研究表明：锚杆拉拔失效首先发生在锚固体与试块黏结界面,锚杆拉拔锚固失效经历了弹性—塑性—破坏的动态阶段,不同锚固因素产生锚固效果不同,在拉拔失效发展过程中的体现也有所区别。其中试块强度和锚杆预应力对锚杆极限拉拔力影响程度显著,并且极限拉拔力的大小与试件强度和预应力值呈正相关。根据试验结果提出高预应力全长锚固锚杆支护技术,研发的预应力全长锚固锚杆采用全长锚固提高岩体强度的同时分段施加预应力,与传统加长锚固支护、全长锚固支护相对比,高预应力全长锚固支护技术实现了锚杆在全长锚固的基础上使得预应力向围岩内传递,从而增大围岩压应力区范围,形成更有效的锚固围岩承载结构。工程实践表明,预应力全长锚固支护技术可有效控...     

基于弹性-脱黏模型的全长锚固锚索支护承载性能分析

全长锚固锚索支护是矿山巷道支护中的一种重要措施,对保障巷道围岩稳定具有重要意义。本论文基于理论分析研究了锚索半径、锚固长度、锚索弹性模量、锚固界面剪切强度等参数对锚索支护承载性能的影响。研究结果表明,锚索半径、锚固长度、锚固界面剪切强度对锚索最大承载性能影响显著;随锚索半径、锚固长度、锚固界面剪切强度增加,锚索最大承载性能显著增加;锚索弹性模量对锚索支护最大承载力影响不显著,但对锚索支护系统刚度有较大影响;随着锚索弹性模量增加,锚索支护系统刚度显著增加,锚索达到最大承载力时对应的拉拔位移显著降低。该研究有助于进一步量化分析锚索支护承载性能,为进一步应用锚索支护技术提供理论依据。     

双臂截割机构掘锚一体机

综合现有掘锚产品类型,研究开发的掘锚一体机集全断面双臂截割、全断面装载、临时支护、锚杆支护、负压湿式除尘、自动截割等功能于一体,可实现掘进与锚杆支护交叉作业,满足煤及半煤岩、顶板破碎的中小断面巷道快速掘进。     

开巷初期临时支护压力预测的新方法

应用边界罚单元（ 弹簧元） 与有限元相结合， 计算了开巷初期巷道周边应力集中的大小及其分布状态， 把复杂的边界条件转化为增加一个新单元（ 边界弹簧元） 的问题来处理， 并使新单元在结构上和原有单元处于同等地位， 为开巷初期预测临时支护压力， 进行临时支护的设计提供了参考．     

曹家滩煤矿智能快速掘锚成套装备应用

为提升掘进速度,缓解采掘失衡问题,针对大断面煤巷采掘接替紧张、掘进装备落后的现状,曹家滩煤矿引进中国铁建重工集团研制的智能快速掘锚成套装备,打造掘支平行作业.在明确工程背景后,对装备在井下应用出现的问题进行了分析与改进,掘进速度逐步提升,月平均进尺1501.5 m,单月最高进尺2020 m.该套装备的应用,有效改善了曹...     

煤矿主井箕斗装载硐室支护结构优化及受力监测分析

利用Ansys有限元分析软件对某矿箕斗装载硐室原支护结构与优化支护结构进行对比受力分析,来确定优化支护结构的合理性,并在施工过程中加强对优化支护结构的监测与数据分析,及时观测和分析装载硐室的变形情况,确保箕斗装载硐室安全稳定,为优化支护结构提供科学依据。     

柔性注压锚杆结构参数与围岩压力对锚固系统的影响

为了优化柔性注压锚杆的设计,进一步分析了新型柔性注压锚杆的结构特点,应用有限元法对锚固系统进行接触分析,计算并研究了在锚固情况下锚杆体与围岩相互作用的接触应力关系,得出了锚杆结构中各主要设计参数与不同的围岩压力对锚固性能的影响规律,以及该锚杆可以适用于多种不同围岩条件的结论,为该锚杆的优化设计和使用提供了依据。     

煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术研究

为了加快巷道掘进速度,缓解矿井采掘失调的局面,研究了煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术,加工设计了掘锚机施工辅助设备,主要为液压顶篷、煤壁落煤阻挡装置及掘锚机进刀路线,基于掘锚机技术特征,研究了掘锚机施工工艺流程和巷道支护工艺优化流程,并进行了工程效果实践分析。研究得出,煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术提升了临时支护的可靠性,实现了煤巷的快速掘进。     

柔性注压锚杆主要设计参数的研究

为了优化新型柔性注压锚杆设计,分析其各主要设计参数对锚固系统的影响,简单介绍了该新型锚杆的工作特点,推导了锚杆体径向应力的数学公式,并采用有限元的方法分析了不同的设计参数对锚固系统的径向应力及应力集中的影响.结果表明,有限元的计算结果与推导出的数学表达式的计算结果相近,建立的模型比较正确,有限元分析的各主要设计参数对锚固系统影响的结果对该新型锚杆的试验,设计和使用具有重要的参考价值.     

EBZ200型综掘机在拱形巷道掘锚一体化作业的研究及应用

针对目前梅花井煤矿使用综掘机进行巷道掘进、人工使用锚杆钻机进行锚固支护的方式,提出了一种在综掘机机身安装锚杆钻机、临时支护和工作平台的方法,通过改进设备以及优化巷道掘进工艺,提高巷道掘进速度,降低劳动强度,实现掘锚一体化作业。现场应用证明,综掘机改为掘锚一体机,集掘进、支护于一体,减少了巷道掘进过程中人工搬用锚杆钻机的工序,提高了掘进速度。     

摩尔匹配D-P准则在开挖工程中的应用研究

Mohr-Coulomb(M-C)准则能较好地描述岩土材料的强度特性,在岩土工程中应用广泛,ANSYS大型有限元软件采用外角点外接圆Drucker-Prager(D-P)准则,研究发现两种准则的计算结果有较大差别。以某开挖边坡为例,建立ANSYS有限元模型,分别计算了外角点外接圆D-P和内切圆D-P准则下边坡开挖后的位移、应力情况。利用ANSYS-ADINA接口程序建立相同网格的ADINA有限元模型,在M-C准则下对开挖边坡进行重新核算。计算结果对比分析表明:内切圆D-P准则下的计算结果和M-C准则下的计算结果十分接近,而且可以避免对ANSYS程序进行二次开发,参数转换简单易行,具有良好的适用性,研究成果对于岩土工程的数值分析具有借鉴意义。