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巷道围岩控制

来源：煤炭学报

专题来源于《煤炭学报》。为历年来巷道围岩控制方面的论文集锦。

行业视野: 采矿
类别; 152个
关键词; 183位
专家; 35篇
论文; 38878IP
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冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究

作者(Author)：付玉凯, 孙志勇, 鞠文君

摘要：为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能，从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据，采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试，分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下，菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240，236和225 mm，最大承载能力分别为20，16.2和77 kN，3种金属网的最大挠度差别不大，但承载速率差别较大，钢筋网承载速率最大，其次是经纬网，最小是菱形网;动载作用下，菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1 743，938和2 010 J，最大挠度分别为350，420和360 mm，钢筋网吸能能力最大，挠度中等，而菱形网吸能能力次之，而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载，其初期刚度较低，承受效率慢，而其受力均匀，能承受较大的静载荷和动载荷，且四周绑丝处不易破断，勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力，但其主要的缺陷在于承载效率慢，支护刚度太低，通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高，承载效率快，但强度相对较低，易产生经线和纬线错动失效，且经纬网变形时，受力不均匀，绑丝易断裂，四角固定处受力较小，受力传递效果较差，要想提高经纬网支护效果，需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高，强度大，吸能能力强，但钢筋网的缺点是强度不能充分利用，尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低，制约了钢筋网支护效果，要想提高其支护效果，需提高焊接点强度和四周绑丝强度。

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煤炭学报

2019年第07期

1169

448
软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

作者(Author)：文志杰, 卢建宇, 肖庆华, 陈广印, 杨涛, 蒋宇静, 李利平, 杨胜利, 赵仁乐, 程卫民

摘要：软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一，作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说，巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题，首先从巷道底臌变形的力学机制入手，根据巷道围岩本构关系及应力作用模式，在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型，导出了巷道底臌力源P0的计算方程。计算分析知，当底臌压力P0大于底板岩体的强度极限时，巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间，随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次，结合建立的底臌力学模型，提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术，对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析，揭示了其“控底-助帮”的底臌控制机理，并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化，模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度，影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后，通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算，确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因，并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明，该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好，有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。

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煤炭学报

2019年第07期

1250

20194
树脂锚固剂中添加不同钢质骨料对锚固力的影响

作者(Author)：张明, CHEN Cao, 张怀东, 陈文功, REN Ting, 马双文, 韩军

摘要：本次实验研究对钢质骨料添加剂的外形、粒径和浓度进行了优化，以提高树脂锚固剂在破坏界面的抗剪能力和改变原锚固剂的直剪破坏方式来直接改善整个锚固系统的加固效果，进一步提高了钢质骨料对试件锚固力的增强程度。试验通过向散装慢速树脂锚固剂中分别添加粒径为1.5，2.0，2.8 mm的钢砂和1.4，2.0，2.5 mm的钢丸，每种粒径的钢质骨料又分为30，40，50共3种数量;使用矿业20 mm右旋螺纹钢锚杆和长度100 mm、内径30 mm、壁厚7.0 mm的钢套筒制作锚固试样;然后使用电液伺服万能试验机，加载方式为2 mm/min进行拉拔试验采集数据，并结合销栓作用相关理论分析不同钢质骨料添加剂对平均锚固力的影响。试验数据表明:与无添加钢质骨料的锚固试件相比，向树脂锚固剂中添加钢砂和钢丸对锚固试件的平均锚固力分别为125.6，129.0 kN，提高了6.4%和9.4%;其中，添加粒径为1.4~1.5，2.0~2.0和2.5~2.8 mm的试件平均锚固力分别为127.6，124.7和129.6 kN，提高了8.1%，5.7%和9.8%，呈现先减小而后增大的趋势;而添加钢质骨料的数量增加对锚固力的提升程度呈现逐渐减小的趋势，即添加骨料数量为30，40，50的试件平均锚固力分别为128.5，127.2和126.2 kN，提升约8.9%，7.8%和6.9%。本次实验中最大锚固力提升来自添加数量为30、粒径为1.4 mm的钢丸，平均锚固力为135.1 kN，增加了14.5%。试验中的锚固剂破坏方式为剪切破坏，且钢质骨料产生的销栓作用对锚固剂破坏表面造成划痕，并根据锚固段破坏机理分析，进一步讨论了锚固剂抗剪强度及残余抗剪强度参数对锚固效果产生的重要影响。

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煤炭学报

2019年第06期

1128

297
煤矿巷道直墙半圆拱形波形钢腹板支架稳定承载性能

作者(Author)：吴丽丽, 邱芳缘, 王振伟, 孙广强

摘要：将新型波形钢腹板支架用于煤矿巷道金属支架结构中，采用试验研究和有限元数值模拟分析相结合的方法，研究波形钢腹板支架结构的稳定承载性能。设计了2榀直墙半圆拱形波形钢腹板支架的模型试验，得到支架的失稳破坏形态、应变与位移发展规律，并分析了波形钢腹板翼缘厚度变化对支架承载力的影响程度。结果表明:波形钢腹板支架破坏形态为整体非对称失稳，支架翼缘厚度由12 mm增加为16 mm时，即增幅为33%，支架的承载力提高2738%，表明翼缘厚度对支架的承载性能有显著影响。试验结果与有限元分析结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性。同时采用有限元方法对用钢量基本相同的矿用工字钢支架和波形钢腹板支架进行对比，结果表明:波形钢腹板支架承载力比矿用工字钢提高了31.68%，其变形约为矿用工字钢的4/5。通过数值模拟分析波形钢腹板支架截面各参数对支架弹性和弹塑性屈曲荷载的影响，发现腹板高度和厚度是较敏感参数;并比较了波形钢腹板支架和矿用工字钢支架分别在静水压力作用下、垂直单向应力作用下和垂向力为主的荷载作用下的支护性能，发现在相同的用钢量情况下，波形钢腹板支架具有较高的抗剪承载力，在高厚比很大的情况下不容易发生屈曲，且翼缘用钢量集中，使得截面的抗弯和轴压稳定承载力也大幅度提高，故它在各种荷载状态下的变形量均小于矿用工字钢支架，其支护效果优于矿用工字钢支架。

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煤炭学报

2019年第06期

1193

525
综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

作者(Author)：贾后省, 王璐瑶, 刘少伟, 彭博, 张伟光, 范凯

摘要：针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题，以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景，采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法，分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象，进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布，是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示，非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系，放煤厚度在5.9 m范围内，放煤厚度越大，基本顶岩层破断偏转角度亦越大，巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大，底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加，逐渐向巷道中部位置移动，导致底臌变形最大位置分布不同，同时，煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差，现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的，控制上应以适应底臌变形为主;然而，当放煤厚度超过5.9 m，基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能，巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态，巷道围岩塑性区分布范围大幅降低，底臌变形较小。据此，以巷道非对称底臌规律为依据，提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策，现场应用效果良好，底臌变形量有效减少的同时，巷道底臌处理工作量亦大幅降低。

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煤炭学报

2019年第04期

1314

572
基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

作者(Author)：蒋力帅, 张培鹏, 孔朋, 贾江锋, 马宁, 束佳明, 张臣

摘要：煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强，两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际，考虑巷道两帮煤岩体的可变形性，建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型，分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律，提出了基于煤巷基础刚度效应的“控帮护巷”支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度，控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏，并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态，抑制顶底板变形破坏，提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验，对基础刚度效应和“控帮护巷” 原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下，巷帮煤体压缩变形明显，顶板岩层随基础变形而弯曲下沉，两帮基础刚度对顶板变形量影响显著，是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下，加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小，还有效地控制了顶底板的变形破坏情况，是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识，揭示了控帮护巷的支护机理。

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煤炭学报

2019年第04期

1120

565
卸荷速度对围岩变形影响的试验研究

作者(Author)：侯公羽, 梁金平, 周蒙辉, 崔永科

摘要：巷道/隧道围岩的开挖卸荷效应，直接关系到围岩稳定、支护设计和施工工艺的选择。利用自主研发的开挖卸荷试验系统，对水泥砂浆制作的厚壁圆筒小型围岩试件进行了快、慢速卸荷试验研究，获得小型围岩试件在开挖卸荷过程中的变形规律与破坏形态。试验结果表明:① 快、慢速卸荷的径向应变及切向应变与时间的关系曲线表现出明显的3个特征阶段:试件压密阶段、快速变形阶段、卸荷后缓慢变形阶段。② 同一横断面处，内侧的切向应变对卸荷作用反应更快、更显著，变形量更大。径向内侧产生的变形总量均大于外侧，而轴向内侧产生的变形总量小于外侧。③ 无论快速或慢速卸荷，同一测点处，切向应变最大，占据重要地位。径向变形集中在卸荷阶段产生，轴向变形集中在卸荷后维持阶段产生。④ 卸荷阶段，随着压差增大，慢速卸荷的切向、轴向应变呈加速发展趋势，内、外侧径向应变差值约为200×10-6。快速卸荷的切向、轴向应变呈收敛发展趋势，内、外侧径向应变基本相同。维持阶段，快、慢速卸荷切向、轴向内外侧偏差持续增大。快速卸荷时内、外侧径向应变在维持阶段才开始区别开来，且差值越来越大。⑤ 试件压缩高度变低，且外侧出现环状贯通面并伴随劈裂破坏，在内壁出现片状剪切破坏区;横断面出现两个类似于圆环破坏带的破坏区。

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煤炭学报

2019年第04期

1068

388
深部软岩巷道高预应力增阻大变形锚杆研究及工程应用

作者(Author)：张红军, 李海燕, 张太平, 王强, 王薇, 王新, 赵慧, 常涛, 郭天婵

摘要：为解决深部软岩巷道大变形、返修率高等问题，在前人研究基础上研发了一种新型高预应力增阻大变形锚杆，该新型锚杆主要由托盘、夹片、杆体1、杆体2、连接套、锥形套、滑移套管等组成，可以施加不低于120 kN的高预应力，让压点可控为180~240 kN，变形量可在150~1 000 mm内灵活调节，锚杆的破断力可达到350 kN左右，且在变形的过程当中能保持较高的渐增支护阻力；室内静力拉伸特性试验结果表明，该新型锚杆与传统锚杆相比，具有“先抗后让再抗，防断增阻”的优良特性；为进一步研究新型锚杆的力学支护机理，在建立该锚杆杆体轴向力学特性曲线的基础上，采用Fish 语言编程对FLAC3D数值模拟软件CABLE单元进行了相应二次开发，数值试验获得的试验结果与室内试验结果基本完全一致，高精度模拟了大变形锚杆的轴向拉伸力学行为；典型深部大变形软岩巷道-金阳煤矿-500 m疏水巷变形机制研究表明，围岩强度低、地应力高以及锚杆初始预应力低是导致其变形的主要因素，采用传统等强螺纹钢锚杆支护已经无法解决三者之间的突出矛盾，必须设法加强支护强度降低围岩的变形速率，同时提高支护构件适应围岩大变形的能力，才能保持巷道围岩的稳定；为验证该新型锚杆的支护效果，提出了以该新型高预应力增阻大变形锚杆为核心的新“锚网喷”支护技术，数值模拟及现场监测结果表明，该支护方案可有效提高锚杆受力状态，降低围岩变形量，与原支护方案相比，围岩最终变形量减少了近60%，取得了良好的支护效果，具有重要的推广应用价值。

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煤炭学报

2019年第02期

1050

1227