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煤矿破碎围岩巷道支护机理和加固特性研究

新疆钢铁 2024年第1期 40-42页

作者：王浩赵伟枣庄矿业(集团)付村煤业有限公司山东济宁277605

开采深度的增加以及开采范围的扩大使得高应力条件软岩支护问题较为突出,且围岩力学特性差异和支护力学特性使得破碎围岩巷道极易发生变形失稳,具有较大的安全隐患。因此,研究基于传统巷道支护方式弊端,以平煤高突矿井进行案例工程分析... 详细信息

开采深度的增加以及开采范围的扩大使得高应力条件软岩支护问题较为突出,且围岩力学特性差异和支护力学特性使得破碎围岩巷道极易发生变形失稳,具有较大的安全隐患。因此,研究基于传统巷道支护方式弊端,以平煤高突矿井进行案例工程分析,对其提出“被动支护+主动支护+主动加固”方案和底角加固设计思路,旨在提高巷道支护的稳定性。结果表明,研究通过高强度锚杆设计、注浆加固等措施对高应力破碎围岩巷道进行支护加固。结果表明,加固设计方案下,巷道断面的顶板和两帮的变形情况有所控制,且其在断面1和断面2上的最大锚杆轴力为80.29 KN和81.33 KN,极大提高支护结构的稳定性和承载能力。对高应力条件下的破碎围岩巷道进行锚注加固及支护加固等改进能有效满足作业条件需要,维护了巷道的稳定性。

关键词：煤矿围岩巷道支护机理加固特性

基于塑性区控制的巷道围岩支护理论与技术研究进展

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煤炭学报 2024年第1期49卷 320-336页

作者：王卫军范磊赵志强韩森湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

随着煤层开采深度的不断增加,深部巷道围岩稳定性控制已成为采矿领域的重大难题之一,深部巷道围岩控制效果直接关系煤矿井下的安全生产和人员健康。巷道开挖后,塑性区的出现是影响巷道围岩稳定的主要原因。从塑性区形成与扩展的视角出发... 详细信息

随着煤层开采深度的不断增加,深部巷道围岩稳定性控制已成为采矿领域的重大难题之一,深部巷道围岩控制效果直接关系煤矿井下的安全生产和人员健康。巷道开挖后,塑性区的出现是影响巷道围岩稳定的主要原因。从塑性区形成与扩展的视角出发,在整理和归纳现有巷道破坏机理和围岩塑性区理论等成果的基础上,探讨了巷道破坏模式与围岩塑性区分布的内在关系,认为巷道围岩控制从本质上来说就是控制围岩塑性区形成与扩展的过程。围岩塑性区扩展的时效特性以及锚杆支护对围岩塑性区的控制作用,成为科学有效控制巷道围岩的重要理论依据,并基于此提出巷道围岩稳定性的控制理论与技术。结果显示,塑性区是巷道开挖的产物,围岩塑性区的形成与扩展是矿山压力作用的结果,对于深部巷道,围岩塑性区的出现是必然的。科学控制塑性区需要全面认识塑性区在巷道围岩中所起的作用,既要让围岩通过塑性破坏释放体内能量,又要防止塑性区的无序扩展。因此,在巷道围岩控制过程中应以充分发挥围岩自承能力为主,支护干预为辅。深部巷道围岩塑性区的控制具有全局性和过程性,将对巷道全周期内围岩塑性区的控制划分为3个阶段,通过调控塑性区形态、抑制塑性区扩展,实现深部巷道围岩的稳定控制。

关键词：塑性区巷道围岩控制形成与扩展破坏模式支护机理

暗挖隧道波纹钢初支支护机理及接头受力性能试验研究

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暗挖隧道波纹钢初支支护机理及接头受力性能试验研究

作者：孙桐北京交通大学

学位级别：硕士

我国正值地下空间大发展时代,全国各地对地下空间的开发利用如火如荼。随着人口红利的消失,浅埋暗挖法正向机械化大断面施工进行转变,寻求一种能够及时封闭成环、早期强度高的支护结构已迫在眉睫,波纹钢结构正好符合这一特点。本文采用... 详细信息

我国正值地下空间大发展时代,全国各地对地下空间的开发利用如火如荼。随着人口红利的消失,浅埋暗挖法正向机械化大断面施工进行转变,寻求一种能够及时封闭成环、早期强度高的支护结构已迫在眉睫,波纹钢结构正好符合这一特点。本文采用室内试验、数值模拟和理论分析相结合的方式,针对波纹钢用作隧道初期支护结构的支护机理、分块方式、接头力学性能和防水性能展开研究。主要研究内容与研究成果如下:(1)揭示了波纹钢用作隧道初期支护结构的支护机理。通过收敛约束法探讨了注浆材料强度和隧道超挖范围对于波纹钢初支结构安全性的影响,通过数值模拟的方式比较研究了波纹钢、格栅、钢拱架三种初期支护结构的异同,探究了注浆材料硬化过程和注浆压力对于地层扰动控制和初支结构变形的影响。(2)总结了波纹钢初期支护结构采用不同分块方式时的安全性变化。通过数值模拟的方式,研究了波纹钢初期支护结构按照弯矩最小位置、弯矩最大位置、组合方式进行分块时的安全性变化,采用弯矩最小位置分块时对原结构内力分布影响较小,采用弯矩最大位置和组合方式分块时对原结构内力分布有一定调整。(3)揭示了常用波纹钢接头的力学行为表现和波纹钢参数优化设计优先级。通过室内试验的方式,研究了搭接、平法兰、背部加强法兰三种接头型式的抗弯刚度,进行了波形参数对搭接、平法兰两种接头的力学性能影响敏感性分析,利用熵权法针对波纹钢参数与接头型式匹配优化设计展开分析。(4)建立了波纹钢常用橡胶垫的极限水压与螺栓预紧力的关系曲线。通过室内闭水试验,研究了波纹钢平法兰接头在搭配普通遇水膨胀橡胶密封垫、异形遇水膨胀橡胶密封垫和三元乙丙基遇水膨胀橡胶密封垫三种不同橡胶垫时螺栓预紧力与极限水压的关系,对比研究了波纹钢平法兰与搭接两种接头的防水性能。

关键词：波纹钢暗挖隧道初期支护接头支护机理室内试验

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深部巷道全长预应力锚注支护机理研究及应用

采矿与安全工程学报 2019年第4期36卷 670-677,684页

作者：王洪涛王琦蒋敬平李术才刘平杨勇张欣杨少波山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东安科矿山支护技术有限公司山东济南250031 山东省建筑科学研究院山东济南250031

讨论全长预应力锚固支护的实现方式,提出基于注浆加固技术的全长预应力锚注支护工艺,并将其对围岩强化作用划分为轴向主动支护贡献、横向被动支护贡献与注浆加固贡献等3部分,建立各支护贡献值的理论计算公式,分析不同锚注参数对各支护... 详细信息

讨论全长预应力锚固支护的实现方式,提出基于注浆加固技术的全长预应力锚注支护工艺,并将其对围岩强化作用划分为轴向主动支护贡献、横向被动支护贡献与注浆加固贡献等3部分,建立各支护贡献值的理论计算公式,分析不同锚注参数对各支护贡献值的影响规律,揭示全长预应力锚注支护机理。在此基础上,研发提出新型高强锚注支护技术,并进行现场应用。研究表明:全长预应力锚注支护方式通过注浆可使锚杆自由段钻孔及围岩裂隙得到有效充填,保证自由段轴向主动支护贡献值与锚固段横向被动支护贡献值可同时达到最大值,还可有效提高注浆加固贡献值,是实现围岩最优控制的有效途径之一。新研发高强组合式中空注浆锚杆具有强度高、可施加高预应力等优势,可实现全长预应力锚注支护效果,现场应用后,围岩变形破坏得到有效控制,验证了全长预应力锚注技术的优越性与有效性。

关键词：深部巷道锚杆全长预应力锚注支护机理注浆

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

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中国铁道科学 2020年第4期41卷 74-81页

作者：史小萌段云岭刘保国王志伟冯金铭清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计... 详细信息

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。

关键词：岩体隧道管片衬砌注浆圈围岩弹塑性变形围岩压力支护机理

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恒阻锚杆支护机理数值分析

岩土工程学报 2018年第12期40卷 2281-2288页

作者：唐春安陈峰孙晓明马天辉杜艳红大连理工大学岩石破裂与失稳研究所辽宁大连116000 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为了研究恒阻锚杆的拉伸力学性能,采用RFPA软件对恒阻锚杆进行拉伸数值试验,试验结果表明,恒阻锚杆拉伸断裂后塑性应变最大值是弹性应变最大值的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在28.01~38.71MPa范围内波动,且波动较为稳定,数值试验结... 详细信息

为了研究恒阻锚杆的拉伸力学性能,采用RFPA软件对恒阻锚杆进行拉伸数值试验,试验结果表明,恒阻锚杆拉伸断裂后塑性应变最大值是弹性应变最大值的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在28.01~38.71MPa范围内波动,且波动较为稳定,数值试验结果与何满潮院士室内试验结果吻合度较高,验证了数值试验方法的准确性和可靠性。以此为依据,进一步采用数值试验方法研究荷载作用下恒阻锚杆和围岩相互作用原理,分析锚固岩体的受力特征和变形破坏特征,并对比分析传统锚杆和恒阻锚杆的支护效果,通过对比分析可知,恒阻锚杆的支护效果优于传统锚杆,为易发生大变形破坏的软岩及冲击地压控制提供了有效途径。

关键词：支护机理恒阻锚杆 RFPA 数值试验

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坚硬顶板沿空留巷巷旁“让-抗”支护机理

采矿与安全工程学报 2013年第3期30卷 369-374页

作者：宁建国马鹏飞刘学生赵军刘文山东科技大学矿山灾害预防与控制国家重点实验室山东青岛266590 大同煤矿集团有限责任公司技术中心山西大同037003

坚硬顶板条件下沿空留巷,工作面顶板悬顶距大,悬顶时间长,巷旁支护体将承受较大的压力,支护体易发生变形和破坏。通过建立坚硬顶板沿空留巷巷旁支护力学模型及对顶板不同运动阶段支护体内应力分布和围岩变形数值模拟,结果表明:在顶板岩... 详细信息

坚硬顶板条件下沿空留巷,工作面顶板悬顶距大,悬顶时间长,巷旁支护体将承受较大的压力,支护体易发生变形和破坏。通过建立坚硬顶板沿空留巷巷旁支护力学模型及对顶板不同运动阶段支护体内应力分布和围岩变形数值模拟,结果表明:在顶板岩层运动早期支护体应具有较大的可缩量,在保持支护体本身不遭受严重损坏的前提下,允许顶板产生一定下沉,以释放掉一定的顶板压力;在顶板岩层运动后期支护体应具有较高的支护阻力,抵抗坚硬顶板部分重量并进行断顶。提出了不等强充填体(上软下硬材料组合而成)支护方式,在坚硬顶板条件下采用该支护方式能较好地实现沿空留巷开采技术。

关键词：坚硬顶板沿空留巷支护机理不等强支护

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层状结构顶板锚杆组合拱梁支护机理

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2007年第6期26卷 862-864页

作者：杨建辉文献民祝江鸿浙江科技学院建筑工程学院浙江杭州310012

对层状结构顶板锚杆支护机理应用离散元模拟、物理模拟方法开展研究,表明锚杆支护回采巷道层状结构顶板形成组合拱梁结构,锚杆支护机理相应称为组合拱梁作用。物理模拟表明组合拱梁纵向载荷、横向载荷与挠度关系曲线存在峰值前和峰值后... 详细信息

对层状结构顶板锚杆支护机理应用离散元模拟、物理模拟方法开展研究,表明锚杆支护回采巷道层状结构顶板形成组合拱梁结构,锚杆支护机理相应称为组合拱梁作用。物理模拟表明组合拱梁纵向载荷、横向载荷与挠度关系曲线存在峰值前和峰值后两个变形阶段,横向载荷首先达到峰值,破坏进一步发展后纵向载荷达到峰值。锚固作用表现为组合拱梁层间离层和错动量减小,提高了组合拱梁峰值后承载力,可变形性得到改善。竖直方向地应力使顶板岩层形成铰接拱结构,水平地应力是拱铰压碎的主要力源。

关键词：层状结构锚杆支护支护机理地应力组合拱梁

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超前小导管注浆预加固支护机理与效果研究

四川建筑 2023年第2期43卷 136-139页

作者：黄敏中国铁建昆仑投资集团有限公司四川成都610000

以西南地区某隧道工程为背景,采用有限元软件对不同长度超前小导管注浆预加固进行了模拟,结合超前小导管注浆预加固支护机理,对注浆支护效果展开了研究,重点关注隧道开挖引起的地面沉降、衬砌关键节点的收敛位移及衬砌应力的分布、变化... 详细信息

以西南地区某隧道工程为背景,采用有限元软件对不同长度超前小导管注浆预加固进行了模拟,结合超前小导管注浆预加固支护机理,对注浆支护效果展开了研究,重点关注隧道开挖引起的地面沉降、衬砌关键节点的收敛位移及衬砌应力的分布、变化规律。计算结果表明:超前小导管注浆预加固有效地减小了隧道开挖所引起地面沉降的范围及最大沉降值,在围岩加固范围内的衬砌受力明显减小;随着小导管长度的增加,加固效果更显著。

关键词：隧道工程小导管注浆支护机理收敛位移地面沉降