煤矿锚索预紧应力损失原因分析及解决途径

针对煤矿井下小孔径树脂锚固锚索预应力损失的问题,详细分析了影响预应力损失的各种因素及影响程度,在此基础上提出了改进措施,并提出了对锚索进行超张拉的施工措施,以提高锚索的支护效果。     

矿用锚索预紧效应分析及锁定计算

预紧力是影响锚固效能发挥的重要指标,为查明其关键作用与锚索张拉锁定的预紧机制,以ANSYS软件模拟方法,探讨了锚索预紧力高低对于锚固串群效应的影响机制,对比了张拉力与预紧力的区别与联系,通过构建拉簧串联模型,推导了锚索由张拉至锁定过程中各元件的受力变形,得出了预紧力形成的计算公式并给出了具体算例。研究表明：持压力越大、围岩越软、自由段长度越长、夹片跟进性能越好,预紧力越高,张拉力损失也越小。工程应用中应兼顾高预紧力的锁定形成及长期保持,综合采取超张拉、补偿张拉、优化自由段长度、匹配限位距离和改进限位方式、锚索注脂等措施,从而全面发挥锚索的支护性能。     

煤矿巷道预应力锚索支护技术及应用

小孔径树脂锚固预应力锚索作为煤矿巷道的一种有效支护方式,已得到大面积推广应用。本文在分析传统锚索支护原理的基础上,介绍了对锚索支护机理的新认识,指出锚索的本质作用是在围岩中产生支护应力场,对围岩施加压应力,与锚杆共同形成预应力承载结构,并调动深部围岩的承载能力;阐述了预应力锚索支护形式及支护参数的选取方法,确定了锚索预应力、直径、强度与长度的合理取值范围;介绍了锚索支护材料与构件的力学性能,注浆锚索的结构与特点,及锚索张拉设备的技术性能;论述了锚索预应力损失的主要影响因素和控制措施;介绍了预应力锚索在特大断面开切眼、强烈采动影响巷道及千米深井岩巷中的应用实例,井下应用有效控制了巷道围岩变形,取得良好支护效果。最后,分析了预应力锚索存在的问题,并提出改进建议。     

公路高边坡预应力锚索加固监测及分析

对锚索测力计的工作原理作了说明.对预应力锚索测力计在张拉过程中及锁定后锚固预应力的变化特征、损失作了分析,并以此说明锚索测力计在锚索施工及边坡监测中的作用.     

矿用锚索预应力损失试验研究及分析

预应力在锚索支护中起着非常重要的作用,但是现场工程实践中存在锚索预应力损失现象,在潞安漳村矿进行了锚索预应力损失试验,得出锚索长度、直径、张拉程度、张拉机具、锚具以及煤岩体等因素均对锚索预应力损失产生影响,并提出相应解决方法,超张拉25%,以保证锚索预应力能够满足设计需求。     

既有锚索二次张拉机具技术研究

预应力损失是降低锚索支护效果的重要原因,对既有锚索实施二次张拉,恢复设计预应力对工程防护具有重要的意义。针对既有锚索尾部长度短,无法直接进行二次张拉的问题,研究设计了一种由新型T型锚盘、圆环垫片、持力钢套等部件组成的可拆卸式的既有锚索二次张拉机具。从机具的部件组成、施工流程、技术要点和工程实践等方面进行了详细阐述,该机具操作简单、节省空间,还可重复利用。既有锚索二次张拉的工程实践表明,这种新型的张拉机具可以在既有锚索尾部较短(3～5 cm)的情况下实现二次张拉,恢复既有锚索的设计预应力值,大大提高了预应力锚索的支护效果,保证了工程建设的安全与稳定。     

深基坑桩锚支护结构中锚索检测与监测分析

对某深基坑桩锚支护结构中土层预应力锚索进行了抗拔检测与张拉监测, 结合这些检测与监测成果, 对锚索的抗拔力以及张拉锁定后的轴力变化进行了分析。检测分析认为, 将锚固体与土体之间的极限摩阻力视为定值并假定其沿锚固体侧面均布计算抗拔承载力是不合理的。监测及分析表明, 开挖过程中的轴力变化可分为预应力损失阶段、轴力变化阶段和稳定阶段。在预应力损失阶段, 二次张拉锁定后的锚索预应力损失在10%以内。在轴力变化阶段, 轴力可能减少, 也可能增大, 曲线呈波动形状。基坑变形稳定后, 轴力也将稳定。稳定后的轴力与初始锁定值比较, 初始值较大的锚索轴力变化较小, 初始值较小的锚索轴力变化较大。     

锚索预应力损失变化规律的数值试验研究

采用数值仿真试验的方法,对锚索预应力及其损失的变化规律进行了研究。研究结果表明,锚索锁定后,锚索预应力的变化是由锚索和被锚介质相互作用造成的,锚索预应力的变化经过下降、回升和稳定三个阶段,期间预应力损失的主要原因是外锚头附近岩体的徐变。同时,对比分析了超张拉和补偿张拉对预应力损失的改善,为预应力锚固的工程设计和理论研究提供了参考作用。     

便携式在役锚索预应力检测设备研制及应用

现有的锚索预应力检测设备要求锚索外露段长度>70 cm,不适应于运维期的在役锚索检测,且质量大都在150 kg以上,对于高陡边坡锚索检测显得笨重。为此研制了HRAD-300型便携式在役锚索预应力智能检测仪,可适用于钢绞线外露长度>7 cm的在役锚索预应力检测。检测仪位移量程200 mm,测量误差0.01 mm;测力量程300 kN,测量误差±1%FS,单件质量<15 kg,总质量<40 kg。基于反拉法原理及检测曲线形态,提出锚下有效预应力算法,并编制了相关软件。室内试验表明,检测曲线形态多为拐点不明显型,计算值与原始锁定值基本一致。使用该设备对邛崃市天台山景区凤凰岩不稳定斜坡锚固工程进行检测,结果表明,现场锚索检测曲线多为拐点明显型,具有明显的突变点及陡降;锚索运行状态良好,持续发挥功效,2号锚索预应力损失较为明显,可以采取补偿张拉方式;同一锚索的不同钢绞线存在受力不均的情况。便携式在役锚索预应力检测仪智能、轻便,可为锚固工程健康评价提供数据支撑。     

预应力锚索锚固段钢绞线应力分布研究

使用磁通量传感器对拉力集中型预应力锚索锚固段钢绞线应力分布进行研究,分析了预应力锚索锚固段钢绞线应力传递和分布的规律;结合长期监测,分析了锚固段钢绞线应力损失情况以及张拉锁定前后锚固段钢绞线应力分布调整的规律。研究应用表明,磁通量传感器技术可作为锚索基本试验等各种试验中钢绞线应力分布检测的一种有效的方法。     

煤巷锚杆-锚索支护的预应力协调作用分析

在分析目前锚杆、锚索联合支护条件下施加预紧力时存在问题的基础上,提出了锚杆、锚索联合支护的预应力协调问题,并采用有限差分数值计算软件FLAC3D对锚杆(索)施加不同组合预紧力时围岩产生的应力场分布特征与规律进行了模拟分析。结果表明:预应力锚杆、锚索联合支护可以在巷道围岩锚固结构中形成相互连接、相互叠加的有效压应力区,随着锚杆(索)预应力的增加,压应力区的值和范围也相应地增加;锚杆端部的拉应力值和范围随锚杆预紧力矩的增加而增大,这种情况可以通过施加锚索预紧力进行平衡,锚杆预紧力矩越大,平衡其端部拉应力区所需的锚索预紧力越大;结合工程施工现状,合理的锚杆预紧力矩选择在300～400N.m,锚索预紧力为200～300kN比较合理。井下试验表明,合理预应力组合的锚杆锚索联合支护系统可以有效控制围岩变形。     

预紧力锚杆作用下锚固体的形成与失稳模式

高强锚固系统在深部及复杂软弱巷道围岩控制中得到越来越广泛的应用,但对该条件下的锚固体形成和失稳的认识仍不充分。笔者采用数值模拟方法研究了预紧力锚杆作用下锚固体的形成因素及原岩应力作用下锚固体的失稳规律。结果表明：预紧力一定时,锚杆间距越小,附加应力就越大;锚杆间排距一定时,预紧力越大,附加应力就越大,附加应力在锚固体范围岩体中呈纺锤形,压力从巷道表面处逐渐衰减,在锚固起始端呈锥形分布;锚固段越短或预紧力越大,压缩区域就越大,锚固体的范围就越大,但锚固段长度对锚固体的影响较为明显。原岩应力环境中,巷道围岩锚固体失稳类型有锚杆断裂型、锚固脱黏型、岩体主导破坏型和锚固体复合型破坏型;岩体强度、锚杆预紧力、原岩应力侧压系数、埋深、锚杆间排距等对锚固体失稳的作用依次减小。     

锚固系统应力传递影响因素正交优化试验研究

为研究锚固系统应力传递规律的影响因素,基于正交试验研究方法,采用数值模拟软件FLAC对不同钻孔直径、锚杆直径、锚杆材质和间排距条件下的锚固剂和钻孔围岩界面的剪力进行了数值模拟计算,并对试验结果进行了极差分析。结果表明:锚固系统应力传递的影响因素排序由大到小依次为锚固长度、锚杆间距、钻孔直径、锚杆直径和锚杆材质。为提高锚固效果,锚杆直径与钻孔直径要合理匹配,锚固长度和锚杆间距也要合理匹配。经过现场实践,验证了锚杆支护设计方案的可行性。     

巷道稳定的协同学原理及应用技术

基于现有支护理论和现场支护的实际条件,将协同学原理引入巷道支护设计,提出协同支护的思想。协同支护是以支护的共性--系统的协同作用作为研究对象,研究支护系统、围岩系统和环境系统等子系统及其内部的协同作用,最终使巷道从开挖后的非平衡状态快速达到稳定的平衡状态,其目的是最大发挥支护构件的物理力学性能,有效控制围岩变形,以期达到1+1>2的协同支护作用。锚杆锚索协同支护研究以预应力为基础,其他支护参数、结构与锚杆和锚索预应力的协同性以及锚杆预应力与锚索预应力的协同作用。高强锚杆必须与高预应力相结合,锚杆预应力必须与锚索预应力相匹配,只有它们之间相互合理匹配,才能使锚杆、锚索的个体作用达到最大,并产生协同支护的效果。对锚杆施加40 kN以上预紧力时,与锚索140~160 kN预紧力的协同性较好;增强锚杆的主动支护作用,使锚杆达到60 kN以上预紧力,此时与锚索180~200 kN的预紧力产生较好的协同性。     

大吨位压力分散型预应力锚索生产性试验

通过江苏宜兴抽水蓄能电站工程下进出水口压力分散型锚索生产性试验，介绍压力分散型预应力锚索生产性试验过程与分析，以及通过压力分散型预应力锚索的生产性试验验证，分析锚索张拉锁定后锚索应力损失，改进施工工艺。     

矿用小孔径预应力拉力分散型锚索锚固结构研究及应用

采用数值模拟方法分析了目前煤矿小孔径树脂锚固锚索剪应力分布特征，指出其受力本质为拉力集中型，在外锚固起始段会产生严重的应力集中现象，容易造成锚索锚固段渐进破坏，进而导致锚索锚固失效。通过凝胶时间达6～8h、抗压强度60MPa以上缓凝型树脂锚固剂的研发，提出了矿用新型小孔径拉力分散型锚索结构及施工工艺。在现有矿用锚索支护施工工艺不变的条件下，实现了同一钻孔内不同锚固段树脂药卷的分时分段锚固。数值计算结果表明矿用拉力分散型锚索能够将锚固段剪应力分散至两处，显著降低锚固段应力集中程度。工程应用结果表明，该技术能够大幅提高锚索内锚可靠性及锚索强度利用率，有效改善锚索内锚力与破断力的匹配性能，对巷道变形控制效果显著。     

深部高应力双巷掘进巷道围岩稳定性及控制

内蒙古自治区葫芦素煤矿13号煤层埋藏较深,煤层处于高应力环境中,区段准备巷道采用双巷掘进的方式.针对辅助运输巷道围岩变形严重以及难以二次利用的问题,通过对巷间煤柱分别在不同阶段建立力学模型以及结合葫芦素煤矿的地质条件,对巷间煤柱留设宽度进行理论分析,最终确定该宽度应不小于35.57 m.结合获取到的覆岩物理力学参数,采...     

近距离煤层下层动压巷道支护技术研究

针对近距离煤层群下层动压巷道的地质特点,以山西某矿回采巷为例,在原支护分析和效果评价基础上,采用FLAC^3D有限差分程序,对巷道围岩应力分布规律、塑性破坏范围及支护改进措施进行研究。通过井下地质力学测试、围岩变形破坏特征分析,提出高预应力全断面锚索支护技术,并开发了高强度、大面积护表构件。井下实践表明,高预应力全断面锚索支护技术,能够解决近距离煤层群下层动压巷道支护难题,保证巷道安全。     

全煤巷道锚杆锚索联合支护机理与效果分析

以同煤大唐塔山煤矿全煤巷道为例,采用有限差分数值计算软件FLAC 3D,对不同顶煤厚度、不同巷道布置位置、不同巷道高宽比、不同地应力大小、不同锚杆锚索预紧力等情况下巷道围岩受力与变形特征进行了研究。结果表明：顶煤厚度在10 m以内时,随着顶煤厚度增加,应力集中区范围扩大,应力值降低;巷道掘进与相邻工作面回采后在煤柱中形成的应力集中区呈近似“三角形”的分布特征;相同巷道高度下,随着巷道宽度增加,顶煤应力集中程度增加,底板岩体中应力值却降低;煤岩体强度越高,围岩应力值越大;锚杆锚索联合支护时,锚杆与锚索施加的预紧力应在锚固结构中形成相互连接、相互叠加的压应力区。井下试验表明,强力锚杆与锚索联合支护有效控制了巷道围岩变形,为全煤巷道提供了有效的支护手段。