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.     

锚杆构件力学性能及匹配性

在分析煤矿巷道锚杆支护构件破坏形式与原因的基础上,研究了锚杆各构件,包括杆体、螺纹段、托板、球形垫圈及减摩垫圈的力学性能。采用理论计算与数值模拟分析了杆体与螺纹段在不同受力状态下的应力分布特征。在实验室进行了锚杆形状、参数对其锚固力及安装阻力影响的试验,托板压缩性能及锚杆尾部构件匹配性试验。研究了树脂锚固剂的力学性能及影响因素。研究结果表明：锚杆受拉伸、弯曲、扭转、剪切及其组合作用,煤矿巷道锚杆处于屈服是一种常态,杆体有4个位置易发生破断。螺纹显著改变了螺纹段表面及附近部位的应力分布,在螺纹牙底处出现明显的应力集中。拱形托板压缩变形可分为5个阶段,拱高必须达到一定值才能保证足够的承载能力。锚杆尾部构件几何形状、参数及力学性能应相互匹配,才能使锚杆处于较好的受力状态。树脂锚固剂应与杆体、钻孔匹配,保证锚杆-锚固剂、锚固剂-围岩之间界面有良好的黏结性能。研究成果已应用于多类困难巷道,大幅减少了锚杆支护构件的破坏,显著提高了巷道支护效果。      

锚杆附件力学性能匹配性研究

锚杆附件力学性能匹配性是实现锚杆支护能力充分发挥的关键影响因素,锚杆附件不匹配易导致锚杆产生不协调变形,使其因非正常承载而破断,严重影响巷道支护效果。在分析锚杆支护巷道各附件变形破坏状况及原因的基础上,研究了锚杆螺母、托板、调心球垫及减摩垫片的力学性能及匹配性。研究结果表明:锚杆连接处的承载力与螺母强度等级、内螺纹齿高及厚度呈正相关关系,500号锚杆杆体选用的螺母强度不宜低于6级,齿高不小于0.7H,螺母厚度不小于20 mm;托板承载力与托板厚度、拱高相关,托板拱高必须达到一定高度才能具有足够承载力;球垫与托板孔口接触越合理、刚度越高越有利于锚杆角度调节,1010尼龙垫片预紧力转化系数高,且有一定延性,可有效发挥减摩效果。最后,确定了锚杆附件的技术要求,提出了不同强度等级锚杆各附件选择的原则和力学参数,并开发了相应的锚杆附件,在井下进行了试验,试验效果良好。     

锚杆支护技术在盘江应用成功

１９９７年盘江煤电集团公司与煤科总院开采所合作，在盘江矿区推广使用树脂锚杆支护技术，引进金属杆体加工、专用托板加工、Ｗ钢带及树脂锚固剂生产技术，通过试验、监测，锚杆支护技术在盘江获得成功。具体做法是：⒈围岩非常稳定的Ⅰ类巷道，采用单体锚杆支护；⒉围岩稳定的Ⅱ类巷道，对顶板较完整的，采用单体锚杆支护；对顶板较破碎的，采用锚杆＋网的组合支护；⒊围岩中等稳定的Ⅲ类巷道，对顶板较完整的，采用锚杆＋Ｗ钢带支护；顶板较破碎的，采用锚杆＋Ｗ钢带＋网支护。盘江引进的锚杆支护技术，采用螺纹钢为锚杆金属杆体，它是承…     

锚杆支护之主要组合构件性能浅析

组合构件是将锚杆、锚索组合在一起,共同支护围岩的部件,是锚杆支护系统的重要组成部分之一.不同的地质条件、不同的巷道围岩结构要求有不同力学性能的组合构件与之相匹配.对平钢带、W形钢带、M形钢带和钢筋托梁4种常用组合构件的结构尺寸和力学性能进行了详细的分析研究,总结归纳出各构件的力学性能和优缺点,以期为锚杆支护设计提供理论依据,使科研人员、工程技术人员能根据不同的地质条件合理选择不同的组合构件,以达到最大限度发挥锚杆整体支护效果的目的.     

锚杆预紧力对支护围岩的重要作用

论述了邢东矿井在深井大地压锚杆支护施工中，加大锚杆预紧力，对加固围岩起到的重要作用，试验得出了螺母扭矩与锚杆拉力的关系及影响因素，提出锚杆预紧力不应小于杆体强度的１／２。     

锚杆支护组合构件的力学性能与支护效果分析

对目前常用的锚杆、锚索组合构件形式与力学性能进行了介绍,对比了不同组合构件的抗拉强度与抗弯刚度,分析了组合构件在锚杆支护系统中的作用。采用有限元数值模拟方法,计算了W形钢带在受拉、受弯及受剪状态下的应力分布与变形特征。介绍了组合构件在千米深井巷道、深部沿空留巷、松软破碎围岩巷道等复杂困难条件下的成功应用实例,包括巷道地质与生产条件,锚杆支护设计与支护效果。同时,分析了组合构件选择不合理时容易出现的压穿、撕裂、过大弯曲变形与折断、扭曲及各种组合破坏形式。针对不同形式的组合构件,提出了防止其破坏的建议。设计制作了测力钢带,在安徽淮南谢一矿的回采巷道中进行了钢带受力监测,初步研究了钢带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。     

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。     

锚丁预紧力对支护围岩的重要作用

论述了邢东矿井在深井大地压锚杆支护施工中,加大锚杆预紧力,对加固围岩起到了重要作用,试验得出了螺母扭矩与锚杆拉力的关系及影响因素,提出锚杆预紧力有应小于杆体强度的１／２。     

深井高应力回采巷道让压锚杆支护技术

针对常村煤矿开采煤层埋藏深、地应力高、围岩压力大、巷道维护困难的情况,提出了利用让压管进行让压的锚杆支护技术.应用该技术,回采巷道整体变形减小,两帮位移得到有效控制.而且,让压管可有效保护锚杆杆体,防止锚杆破断或发生钢带撕裂的现象,保证了巷道的支护效果.     

掘进工作面锚杆(索)-围岩应力场特征研究及运用

采用有限元数值模拟手段,分析了锚杆锚索不同布置方式和支护参数等情况下锚杆、锚索与围岩间应力场特征。在此基础上,以淮南顾北煤矿12326煤巷为工程背景,结合实际地质条件设计相应的支护方案。通过无损检测仪器,对实践地点回采巷道锚杆锚索工作载荷进行监测,监测结果表明锚杆锚索工作载荷处于屈服载荷的30%~50%,说明施加的预紧力和锚固方式有效,锚索起到承载围岩作用,锚杆(索)支护设计合理科学。     

郑州矿区“三软”煤层锚网支护技术研究与应用

针对郑州矿区“三软”煤层煤巷支护技术难题,阐释了“三软”煤层的赋存特征和形成原因,分析了三软煤巷支护失稳因素,并基于组合拱梁原理揭示了锚杆支护的作用机理,提出煤层锚固性能、锚杆预紧力、护表强度、快速安装工艺和及时支护是“三软”煤层锚网支护的关键技术。在此基础上,结合超化煤矿22011A运输巷地质条件,进行三软特厚煤层锚网支护技术设计,现场试验结果表明：该巷道从掘进开始到回采结束,巷道顶板离层浅基点和深基点下沉量最大值分别为48mm和52mm,顶底板和两帮相对移近量值最大值分别为372mm和310mm,有效保证了巷道的支护断面,支护效果良好。     

管索组合结构支护新技术及其在深部大变形巷道应用研究

随着煤矿开采深度的增加,巷道围岩应力环境恶化,围岩大变形及锚杆锚索破断问题更加突出,严重影响深部矿井生产安全。为了解决此类问题,本文针对锚杆锚索支护的优点及缺陷,基于管索组合结构与围岩相互作用机理,提出了管索组合结构支护新技术。管索组合结构通过改善锚索自由段结构、优化其受力状态,使锚索具备较高轴向承载力,同时能够防止受岩石错动等横向作用而导致的锚索自由段破断,避免围岩失稳。通过室内剪切试验发现,管索组合结构的最大剪切荷载为普通锚索的1.27倍以上,平均最大剪切位移为普通锚索的1.16倍,表明管索组合结构具有良好的抗剪能力和剪切方向延展特性。基于九龙矿巷道的工程案例,通过现场监测和钻孔探测,分析了原支护方案下巷道的变形破坏特征,并将管索组合结构在深部大变形巷道进行了应用,现场监测结果表明,采用管索组合结构支护新技术能够有效控制围岩大变形。研究结果可为类似深部矿井支护提供参考。     

深井大断面煤巷围岩控制技术

分析深井大断面煤巷变形特征及难控制的原因,通过模拟不同支护状态下巷道围岩变形情况,探讨了锚杆、锚索作用机理,提出及时抗、滞后让、控顶(底)固帮、高强度支护的控制原理。认为稳定的承载结构及早形成,并与支护体一同承载,从而加强巷道稳定性,利用锚杆自身的延伸量和锚索尾部安装的多级让压结构,确保支护体适应深井大断面煤巷围岩变形大的特点。工程实践表明,巷道掘进期间两帮移近量为140 mm,顶底板移近量为121 mm,巷道稳定性较好。     

锚杆预应力对巷道支护效果影响研究

为了确保矿井的安全生产,以理论分析为基础,分析了锚杆预紧力和预应力矩的关系。结合某矿的工作面概况,数值模拟了不同预紧力对锚杆支护的应力场影响和锚杆、锚索联合支护下的附加应力分布。研究得出,高预紧力作用下,锚杆产生的附加应力场较大,锚杆起到了主动支护的效果;在锚杆和锚索联合支护作用下,锚杆和锚索相交区域出现以锚杆为连续带、以锚索为骨架的网状结构,此时的支护作用显著。     

深部巷道锚网喷注协调支护时效性研究

针对深部巷道顶板变形量大，锚杆锚索易破断、失效，不断维修耗工耗时等问题，应用流变元件建立了顶板支护结构的本构模型，结合邢东矿-980水平巷道交叉点顶板变形监测数据，分析研究了锚网喷-锚索-锚注支护体系在不同支护时期的变形规律与特点，得出了联合支护方案中各支护单元的合理支护时机。结果表明：合理选择补强与注浆施工时间，可有效提高围岩稳定性，支护单元的性能得到了充分发挥，并在一定程度上抑制了围岩收敛速度，试验条件下一次支护后10，17~25 d分别为补强支护与注浆加固的合理时间，支护后100 d内顶板下沉量平均减小了23%，注浆15 d进入缓慢收敛阶段，平均变形速率0.51 mm/d。     

急倾斜采场上盘顶板预应力锚杆条网带支护间距设计方法研究

针对某矿急倾斜采场上盘顶板局部冒落,提出采用2～3排预应力锚杆加条网构成的锚杆条网带沿倾向间隔一定距离支护该顶板.应用材料力学建立该顶板的锚杆条网带支护力学模型,分析其冒落机理,并基于三弯矩方程推导锚杆条网带支护间距设计公式.应用FLAC3D正交数值模拟各种赋存条件下上盘顶板锚杆条网带支护的最佳间距,系统分析矿体埋深、...     

松软煤层大巷围岩变形机理及控制对策

针对潞安漳村矿井深埋煤巷持续大变形难题,在开展地应力、煤岩体强度及围岩结构测试的基础上,分析了软弱围岩破坏变形的机理;基于强力一次支护原则提出了高预应力强力锚喷支护方案,重点对煤帮进行短锚索补强支护。矿压监测结果表明,掘巷阶段巷道顶板最大下沉量16 mm,两帮最大收敛量153 mm,底板变形不明显,锚杆锚索受力在掘进工作面推过50 m时开始稳定,锚杆受力最大值稳定在154 kN,锚索受力最大值稳定在235 kN。研究成果可为类似采矿条件下煤巷支护提供经验指导。     

深部倾斜煤层动压巷道围岩控制技术研究

为了解决庞庞塔矿深部倾斜煤层工作面回采巷道受侧向工作面采空产生的高集中应力和动压影响造成的支护困难问题,采用了支护材料、方法和支护参数优化设计,以达到减小巷道整体表面变形,保障回采工作面安全、高效开采的目的。根据庞庞塔矿5-107工作面回采巷道实际条件,研发了尺寸为150×150×10mm的高强度方形带拱锚杆托板和尺寸为300×300×16mm的高强度方形带拱锚索托板,提出了及时高预紧力、强力锚杆锚索、强护表构件和强帮支护的耦合支护技术,对5-1071巷和5-1072巷进行了支护参数优化设计,巷道矿压监测数据的分析结果表明,优化设计后的巷道变形处于可控范围。     

软岩巷道破坏机理及锚网支护设计研究

为了保证拜什塔木铜矿软岩巷道支护的安全性。采用理论分析和现场测试的方法,开展巷道变形监测试验,分析软岩巷道变形破坏机理,提出了锚网支护方式,设计软岩巷道锚网支护参数,并通过数值模拟验证锚网支护的可行性。研究表明:软岩巷道顶板及两帮变形收敛大,具有显著的时空效应,且采动影响大,原支护方式不能满足巷道安全性的要求,锚杆和锚网设计参数分别为,锚杆直径为20 mm、长度为1 800 mm、间排距为800mm,锚网尺寸为2m×1m,直径为6mm,网孔尺寸为100mm×100mm。数值模拟验证了锚网支护可以满足软岩巷道安全性的要求,锚网支护有效地解决了软岩巷道变形大等问题,为类似矿山软岩巷道支护设计提供一定的参考。