預緊力作用下巷道圍巖錨固體穩(wěn)定機理及應用

1 緒論

1．1 研究意義

1．2 國內外研究現(xiàn)狀及分析

1．3 研究內容

1．4 研究方法

2 錨桿預緊力對錨固體強度強化作用的研究

2．1 石蠟膠結材料配比試驗

2．2 錨桿預緊力對錨固體強度強化的相似模擬試驗

2．3 試驗結果分析

3巷道圍巖錨固體變形破壞特征的試驗研究

3．1 引言

3．2 試驗過程

3．3 無支護巷道圍巖的變形破壞特征

3．4 巷道圍巖頂板錨固體變形破壞特征

3．5 巷道圍巖兩幫錨固體變形破壞特征

3．6 錨固巷道圍巖變形破壞特征

4 預緊力錨桿作用下錨固體的形成與失穩(wěn)

4．1 錨固系統(tǒng)

4．2 錨固體的形成及影響因素

4．3 錨固體的失穩(wěn)及影響因素

4．4 提高巷道圍巖錨固體穩(wěn)定性的技術措施

5 預緊力錨桿錨固體穩(wěn)定性關鍵因素分析

5．1 錨固體穩(wěn)定的關鍵因素

5．2 鉆孔壁和樹脂界面穩(wěn)定性分析

5．3 錨桿桿體的破壞

5．4 護表構件的失效

6 預緊力錨桿支護巷道圍巖錨固體穩(wěn)定性判據(jù)

6．1 引言

6．2 基于關鍵層理論的巷道頂板壓曲模型

6．3 無支護時巷道頂板壓曲模型

6．4 預緊力錨桿作用下巷道頂板錨固體壓曲模型

6．5 預緊力錨桿作用下巷幫錨固體穩(wěn)定性分析

6．6 實例

7 工程實例

7．1 工程地質條件

7．2 支護設計

7．3 巷道圍巖錨固體穩(wěn)定性分析

7．4 不同預緊力錨桿對巷道圍巖控制的數(shù)值模擬

7．5 動壓巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的數(shù)值模擬

7．6 施工工藝

7．7 礦壓監(jiān)測和支護效果分析

參考文獻2100433B

《預緊力作用下巷道圍巖錨固體穩(wěn)定機理及應用》系統(tǒng)介紹了作者在錨桿預緊力在深部巷道圍巖控制理論與實踐方面的研究成果，內容主要包括錨桿預緊力對錨固體的強化特征、組合載荷作用下巷道圍巖錨固體的破壞特征及錨桿受力特征、錨固體失穩(wěn)模式、巷道圍巖錨固體簡支梁和固定梁壓曲模型及穩(wěn)定判據(jù)、深部回采巷道穩(wěn)定性的工程實例等。

《預緊力作用下巷道圍巖錨固體穩(wěn)定機理及應用》可供采礦、地下工程、冶金、水電、交通、土木工程等行業(yè)的工程技術人員和高等院校師生參考。

1 緒論

1.1 錨固體的概念及研究錨固體穩(wěn)定的意義

1.2 深井巷道錨桿支護理論研究現(xiàn)狀

1.2.1 國內外錨桿支護理論研究現(xiàn)狀

1.2.2 小孔徑預應力錨索作用機理

1.2.3 巷道錨桿支護圍巖強度強化理論

1.3 研究內容及研究方法

1.3.1 研究內容

1.3.2 研究方法

2 深井巷道臨界深度的確定

2.1 突變理論

2.2 巷道圍巖應力分析

2.3 巷道圍巖系統(tǒng)尖點突變模型

2.3.1 勢函數(shù)的確定

2.3.2 尖點突變模型的建立

2.3.3 分析與討論

2.4 現(xiàn)場應用

2.5 小結

3 錨桿預緊力對錨固體強度強化的試驗研究

3.1 錨桿預緊力的概念

3.1.1 預應力錨桿預緊力

3.1.2 扭矩與錨桿預緊力的關系

3.1.3 提高扭矩轉化預緊力效率的途徑

3.1.4 錨桿預緊力施加的方法及評價

3.2 錨桿預緊力作用機理的數(shù)值模擬分析

3.2.1 錨桿作用力學特性

3.2.2 錨固機理的數(shù)值模擬分析

3.3 錨桿預緊力對錨固體強度強化的相似模擬試驗

3.3.1 試驗設計

3.3.2 試驗結果

3.4 錨固體強度強化后的力學行為分析

3.4.1 計算模型

3.4.2 理論分析

3.4.3 應用示例

4 巷道圍巖錨固體變形破壞特征的試驗研究

4.1 變形破壞特征的相似材料模擬試驗

4.1.1 試驗設計

4.1.2 試驗結果

4.2 不同錨桿支護強度下巷道圍巖破壞特征的物理模擬試驗

4.2.1 試驗設計

4.2.2 試驗過程

4.2.3 試驗結果

4.3 不同支護強度下巷道圍巖破壞特征的數(shù)值模擬試驗

4.3.1 模擬參數(shù)

4.3.2 模擬結果

4.4 小結

5 深井巷道頂板錨固體破壞特征及穩(wěn)定性分析

5.1 回采巷道圍巖錨固體破壞特征

5.2 巷道頂板穩(wěn)定性力學模型

5.2.1 錨固體失穩(wěn)機理分析

5.2.2 錨桿支護穩(wěn)定性分析

5.2.3 錨索支護穩(wěn)定性分析

5.3 現(xiàn)場驗證性試驗

5.3.1 工程條件

5.3.2 錨桿、錨索支護設計

5.3.3 頂板穩(wěn)定性力學分析

5.3.4 穩(wěn)定性數(shù)據(jù)監(jiān)測

5.4 小結

6 深井巷道兩幫錨固體作用機理及穩(wěn)定性分析

6.1 巷道兩幫錨固體破壞特征及作用機理

6.1.1 工程概況

6.1.2 巷道兩幫錨固體破壞特征

6.1.3 巷道兩幫錨桿支護作用機理

6.2 深井巷道兩幫錨固體穩(wěn)定性力學分析

6.2.1 失穩(wěn)形態(tài)

6.2.2 穩(wěn)定性力學分析

6.3 試驗巷道兩幫穩(wěn)定性分析

6.3.1 試驗方案

6.3.2 穩(wěn)定性計算

6.3.3 結果分析

6.4 小結

7 基于強力支護的錨桿—錨索協(xié)調支護原理

7.1 開采深度與巷道圍巖破裂范圍的關系

7.2 深井巷道錨桿—錨索協(xié)調支護原理

7.2.1 深井巷道強力支護理念的提出

7.2.2 錨桿支護系統(tǒng)各物件協(xié)調分析

7.2.3 深井煤巷錨桿—錨索協(xié)調作用原理分析

7.2.4 錨桿—錨索協(xié)調支護方法

7.3 小結

8 深井回采巷道錨桿—錨索支護技術

8.1 工作面概況

8.2 支護設計原則

8.3 支護設計方案

8.4 支護設計數(shù)值模擬分析

8.5 結果分析

8.5.1 應力分析

8.5.2 位移分析

8.5.3 圍巖塑性區(qū)分析

8.5.4 錨桿受力分析

8.6 施工工藝

8.7 施工器具

8.8 礦壓監(jiān)測

8.8.1 測站布置

8.8.2 礦壓觀測結果

8.9 小結

參考文獻2100433B

深井巷道圍巖錨固體穩(wěn)定原理及應用內容簡介

《深井巷道圍巖錨固體穩(wěn)定原理及應用》可供從事采礦、巖土工程的科研、生產(chǎn)、教學、設計單位工程技術人員、科研工作者和師生參考，也可作為采礦工程專業(yè)研究生的參考教材。

深井巷道圍巖錨固體穩(wěn)定原理及應用作者簡介

勾攀峰 男，1966年7月生，河南商水縣人，教授，博士生導師?，F(xiàn)任河南理工大學能源科學與工程學院院長，兼任教育部礦業(yè)工程類教學指導委員會委員，中國煤炭學會巖石力學與支護專業(yè)委員會委員，中國煤炭工業(yè)協(xié)會煤礦支護專業(yè)委員會專家組成員，中國巖石力學與工程學會軟巖專業(yè)委員會委員。中國煤炭工業(yè)技術委員會煤礦井工開采專家委員會委員，河南省安全生產(chǎn)專家，河南省省級學術帶頭人。

主持國家自然科學基金、河南省杰出青年基金、河南省創(chuàng)新人才基金等項目30余項，發(fā)表論文70篇，出版著作3部。研究成果獲省部級科技進步一等獎2項，二等獎3項，三等獎2項，獲省部級教學成果一等獎1項。

本項目以巨野礦區(qū)典型的深井煤礦-趙樓煤礦為工程背景，針對深部高地應力作用下厚頂煤巷道支護難題，通過現(xiàn)場實測、理論分析、材料研發(fā)、數(shù)值分析、模型試驗及現(xiàn)場試驗等手段相結合的方法，對深部厚頂煤巷道的變形破壞及圍巖控制機理進行研究。 項目主要對通過深部厚頂煤巷道變形破壞規(guī)律現(xiàn)場實測研究，得到了趙樓煤礦深部厚頂煤巷道頂板圍巖不可控的主要原因及機制?；谒苄粤W的極限分析理論，采用廣義Hoek-Brown經(jīng)驗強度準則，推導出了巷道頂板冒落的跡線方程，討論了不同巖體力學參數(shù)、圍巖應力水平與支護荷載大小對頂板冒落范圍的影響。提出了深部厚頂煤巷道“先控后讓再抗”的耦合讓壓強力支護理念，改進了自主研發(fā)的讓壓型錨索箱梁支護系統(tǒng)。研制了新型柔性均布壓力加載裝置，基于趙樓煤礦3302工作面順槽地質條件，針對讓壓型錨索箱梁支護系統(tǒng)兩種典型支護方案（縱梁支護方案和橫梁支護方案）下的開挖支護過程進行了地質力學模型試驗研究，得到了不同支護方案的巷道圍巖應力演化規(guī)律、圍巖變形規(guī)律及支護構件的受力特性。建立了錨索梁支護系統(tǒng)對頂板圍巖作用的三維力學模型，對錨索梁支護系統(tǒng)不同布置方式作用下的頂板圍巖應力狀態(tài)進行了分析，結果顯示：縱橫組合方案在頂板圍巖中形成的圍壓狀態(tài)最佳，其次為縱向單梁方案。在典型工程趙樓煤礦設計并實施了讓壓型錨索箱梁支護系統(tǒng)、工字鋼錨索梁支護系統(tǒng)及T型鋼帶錨索梁支護系統(tǒng)、U型鋼帶錨索梁支護系統(tǒng)4大類14種數(shù)值試驗和3大類11種方案的現(xiàn)場試驗。研究表明：讓壓型錨索箱梁支護系統(tǒng)各方案比原支護方案效果顯著提高；讓壓型錨索箱梁支護系統(tǒng)圍巖控制效果整體優(yōu)于工字鋼錨索梁支護系統(tǒng)且經(jīng)濟性高；讓壓型錨索箱梁4種支護方案中，巷道圍巖控制效果最好的為縱橫組合方案，其次為縱向單梁方案，再次為縱向雙梁方案，最后為橫梁方案。 通過理論計算、數(shù)值試驗與現(xiàn)場試驗結果綜合分析，最終得到了深部厚頂煤巷道圍巖變形破壞機理及讓壓型錨索箱梁控制機制。 2100433B