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基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固应用研究

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采矿与安全工程学报 2021年第4期38卷 774-783页

作者：张进鹏刘立民刘传孝孙东玲邵军山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法。以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液... 详细信息

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法。以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液加固原理,研发新型高强预应力注浆锚杆系统,形成基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注支护方案。通过浆岩界面SEM扫描、围岩钻孔窥视、锚杆索受力和围岩变形监测等方法综合评价该新型预应力锚注的工程应用效果。结果表明:通过高强预应力注浆锚杆的轴向约束应力与自应力浆液的膨胀应力使加固围岩处于准三维受力状态,实现了破碎围岩的强化与损伤修复;新型高强预应力注浆锚杆具有预应力大、预应力施加标准、锚固力高、杆体强度高等优点,能够对围岩提供高轴向约束;新型锚注加固后,注浆浆脉充填围岩裂隙,浆液结石体与岩体结合致密;注浆锚杆索受力稳定,巷道表面围岩最大位移为83 mm,说明通过新型预应力锚注加固方案实现了变电所巷道围岩稳定性控制。

关键词：预应力锚自应力浆液高应力破碎围岩失稳机理应用效果

基于预应力锚和自应力注的深部裂隙岩体锚注加固机制研究

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岩土力学 2020年第11期41卷 3651-3662页

作者：张进鹏刘立民刘传孝孙东玲邵军李扬山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩造成浆岩界面松弛及充填空隙的问题,提出了基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固方法。建立了单裂隙岩体的自应力浆液加固模型和新型预应力锚注加固模型,通过物理试验研究普通锚注... 详细信息

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩造成浆岩界面松弛及充填空隙的问题,提出了基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固方法。建立了单裂隙岩体的自应力浆液加固模型和新型预应力锚注加固模型,通过物理试验研究普通锚注和新型预应力锚注加固裂隙砂岩试样的力学特征,通过工程应用验证了新型预应力锚注加固的有效性。结果表明:在一定范围内浆液膨胀约束应力越大,对裂隙岩体的加固作用越强,浆液膨胀约束应力和锚杆轴向应力对裂隙岩体最大主应力的提高呈叠加关系;新型预应力锚注加固砂岩的峰值强度比普通锚注加固砂岩提高了10%以上,其峰值应变略低于普通锚注加固砂岩,新型预应力锚注砂岩的弹性变形阶段缩短,加固效果增强;锚网索支护、U36型钢支架支护、普通锚注支护均未能有效控制的变电所巷道围岩采用新型预应力锚注加固后,巷道表面围岩最大位移为83 mm,控制效果较好。

关键词：裂隙岩体预应力锚自应力浆液锚注加固围岩控制

松软厚煤层异型开切眼新型预应力锚注支护研究与应用

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煤炭学报 2021年第10期46卷 3127-3138页

作者：张进鹏刘立民刘传孝文光才李青海孙东玲邵军张杰孙立庆邸广强山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 韩城矿业公司桑树坪二号井陕西渭南715400

普通水泥基浆液加固煤体由于其自收缩常造成浆煤界面松弛及充填空隙,以综放厚煤层异型开切眼松软煤体加固为工程背景,提出基于预应力锚和自应力注的松软煤体锚注加固方法。基于该新型预应力锚注加固煤体原理分析,对比研究普通硅酸盐水... 详细信息

普通水泥基浆液加固煤体由于其自收缩常造成浆煤界面松弛及充填空隙,以综放厚煤层异型开切眼松软煤体加固为工程背景,提出基于预应力锚和自应力注的松软煤体锚注加固方法。基于该新型预应力锚注加固煤体原理分析,对比研究普通硅酸盐水泥和超细硅酸盐水泥的基本性能,为自应力浆液原材料的选取提供依据;通过浆液纵向自由膨胀率试验获得自应力浆液的最佳膨胀剂掺量;进行预制裂隙煤体普通硅质浆液和硅质自应力浆液加固试验,对比分析自应力浆液加固煤体的力学性能优势和破坏特征;通过数值模拟和现场监测分析新型预应力锚注加固异型开切眼的有效性。结果表明:通过浆液结石体的膨胀应力和注浆锚杆的轴向约束应力,能够使松软破碎煤体处于准三维的受力状态,实现了其强化与损伤修复;超细硅酸盐水泥浆液由于流动性更大、结石体强度更高而更能满足自应力浆液的加固要求;随着膨胀剂掺量增大,水泥浆液最大纵向膨胀率呈先增大后减小的趋势,自应力浆液的最佳膨胀剂掺量为10%;约束条件下自应力浆液加固煤体的峰值强度比普通浆液加固煤体提高4.6%,说明自应力浆液加固裂隙煤体的效果优于普通浆液;普通浆液和自应力浆液加固煤样初始宏观裂纹均出现在浆煤界面处,最终破坏形态均为以预制裂隙为基础的整体劈裂弹射破坏,但其裂纹发展过程有所不同,自应力浆液加固煤样的裂隙数量少于普通浆液加固煤样;在数值模型中,仅锚杆索支护时煤体悬臂梁结构下沉量较大,新型预应力锚注后其下沉量明显减小;现场监测中锚杆索受力相对稳定,加固煤体下沉量较小,说明新型预应力锚注加固松软破碎煤体的效果较好。

关键词：预应力锚注异型开切眼松软破碎煤体自应力浆液裂隙煤体加固

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深部裂隙岩体硅质自应力注浆加固机制与试验

煤炭学报 2020年第S2期45卷 755-765页

作者：张进鹏刘立民刘传孝刘延保文光才孙东玲邵军山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩性造成浆岩界面松弛及充填不满问题,提出了裂隙岩体自应力注浆加固概念。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,当膨胀剂掺量超过补偿水泥自收缩的临界掺量时,结石体体积膨胀... 详细信息

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩性造成浆岩界面松弛及充填不满问题,提出了裂隙岩体自应力注浆加固概念。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,当膨胀剂掺量超过补偿水泥自收缩的临界掺量时,结石体体积膨胀除补偿水泥基材料自收缩外,在裂隙岩体的约束空间内能够对裂隙壁产生一定的膨胀应力,膨胀应力能够增大浆岩界面的挤压作用,改善岩体的约束受力状态。通过超细硅质浆液膨胀率测试、约束浆液结石体强度试验、约束浆液结石体微观结构分析等研究自应力浆液加固机理,通过裂隙岩体注浆加固试验验证自应力浆液的加固效果。结果表明:随着膨胀剂掺量逐渐增大,浆液纵向自由膨胀率和约束浆液结石体强度均呈先增大后减小的趋势,10%膨胀剂掺量浆液膨胀效果明显优于其它膨胀剂掺量。硅质自应力浆液结石体的脆性增强,弹性变形延长。10%膨胀剂掺量硅质自应力浆液结石体呈大颗粒状,颗粒相互搭接,形成网状结构,有利于结石体强度发挥,其密实性明显优于普通浆液结石体。25%膨胀剂掺量浆液结石体晶体大小不均,颗粒空隙较大,其密实性明显弱于10%膨胀剂掺量自应力浆液结石体。自应力注浆砂岩的峰值强度和弹性模量分别为普通注浆砂岩的1.110倍和1.043倍,自应力注浆加固砂岩的峰值应变略小于普通浆液加固砂岩。自应力注浆加固裂隙砂岩的效果明显优于普通注浆,结石体形变模量增大,结石体与砂岩裂隙壁之间的摩擦力提高。

关键词：自应力浆液普通浆液膨胀剂加固机理裂隙岩体

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锚固体后置膨胀性对围岩径向增压的影响

煤矿安全 2023年第5期54卷 232-239页

作者：南华赵贝贝王帅罗明河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 哈密豫新能源产业研究院新疆哈密839000

针对如何充分发挥锚杆对围岩的反向挤压能力,使锚固-围岩界面压应力快速平衡进而实现增强主动支护效果等问题,提出了径向增压的锚固方法;通过在水泥浆液中掺入膨胀剂使其形成自应力浆液,在岩体约束下对孔壁产生径向膨胀应力,改善围岩的... 详细信息

针对如何充分发挥锚杆对围岩的反向挤压能力,使锚固-围岩界面压应力快速平衡进而实现增强主动支护效果等问题,提出了径向增压的锚固方法;通过在水泥浆液中掺入膨胀剂使其形成自应力浆液,在岩体约束下对孔壁产生径向膨胀应力,改善围岩的应力状态;在薄壁钢管约束下,将掺入不同量膨胀剂的水泥浆液结石体产生的径向膨胀应力作为不同的增压变量,利用静态应变仪测得钢管外壁膨胀应力并分析结石体不同膨胀剂掺量下径向应力的变形规律。利用有限元软件ABAQUS模拟了不同增压变量下围岩变形特征,对围岩受力变形时的应力场和位移场进行了系统研究。结果表明:膨胀剂掺量7%的水泥浆液结石体径向应力和强度均优于其他配比,浆液结石体与孔壁之间的压应力明显增大,形成扩体效应;随着浆液结石体径向应力的增加,围岩所受压应力增幅平均达到65%,变形量增幅平均达到71%,且围岩所受径向应力随距离钻孔的增大而减小。

关键词：锚杆支护径向增压自应力浆液膨胀剂掺量围岩控制

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径向增压对锚杆锚固性能影响研究

径向增压对锚杆锚固性能影响研究

作者：赵贝贝河南理工大学

学位级别：硕士

软弱岩层岩石结构疏松,通常强度低,易变形,常规锚杆由于延伸率和承载能力不足,锚杆锚固系统破坏频繁且严重。在动荷载作用下,传统的锚杆很容易发生锚杆滑移失效,造成支护失败。针对以上问题,本文对径向增加压应力锚杆的锚固机理进行研究... 详细信息

软弱岩层岩石结构疏松,通常强度低,易变形,常规锚杆由于延伸率和承载能力不足,锚杆锚固系统破坏频繁且严重。在动荷载作用下,传统的锚杆很容易发生锚杆滑移失效,造成支护失败。针对以上问题,本文对径向增加压应力锚杆的锚固机理进行研究,分析通过在注浆体中掺入适量膨胀剂增大注浆体与围岩接触界面的径向应力,促使锚杆与围岩之间产生的压应力增大,使得锚固与围岩之间的粘结性和摩擦阻力增大,达到提高锚杆的极限抗拔能力的效果。本文主要研究内容及成果如下:(1)分析传统支护中锚杆失效原因,基于锚固体与围岩力学模型,分析径向增压锚杆作用机理,计算得出锚固体径向应变与锚杆轴向极限拉拔载荷的关系式,得出自应力水泥注浆体能够有效增加锚固系统与围岩之间的压应力。(2)通过自应力浆液力学性能实验得出掺入膨胀剂的水泥结石体抗压强度变化规律,优选能够使浆液结石体产生最高强度的膨胀剂掺量。(3)利用应变仪测定薄壁钢管约束下水泥浆液的径向应变值,并通过建立薄壁圆筒数学模型,计算得出测定径向应变值与径向膨胀应力之间的关系式。证明7%膨胀剂掺量的浆液结石体膨胀效果优于其他掺量组,且径向应力达到最大值1.5MPa。(4)通过相似模拟锚杆拉拔实验,验证径向增压锚杆锚固性能。实验结果表明,普通锚杆锚固的最大拉拔力为14.28KN,7%膨胀剂掺量的锚杆锚固最大拉拔力达到40.98KN,拉拔力增幅达到187%,锚固效果最明显。(5)利用有限元软件ABAQUS模拟运算得出不同径向增压条件下围岩变形规律以及锚杆拉拔时锚杆与围岩的位移应力变化规律。结果表明当施加径向压力为1.5MPa时,围岩与锚杆应力达到最大值,位移达到最小值。(6)现场验证。将本人研究成果应用于XX矿12煤层XX工作面运输平巷,将原支护方案和径向增压锚杆方案的顶底板移近量进行对比,监测结果表明径向增压锚杆能够有效控制巷道围岩变形,改善锚固效果。图66幅,表9个,参考文献62篇。

关键词：径向增压锚杆支护自应力浆液膨胀剂掺量锚杆拉拔