预紧力作用下巷道围岩锚固体稳定机理及应用

1 绪论

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．3 研究内容

1．4 研究方法

2 锚杆预紧力对锚固体强度强化作用的研究

2．1 石蜡胶结材料配比试验

2．2 锚杆预紧力对锚固体强度强化的相似模拟试验

2．3 试验结果分析

3巷道围岩锚固体变形破坏特征的试验研究

3．1 引言

3．2 试验过程

3．3 无支护巷道围岩的变形破坏特征

3．4 巷道围岩顶板锚固体变形破坏特征

3．5 巷道围岩两帮锚固体变形破坏特征

3．6 锚固巷道围岩变形破坏特征

4 预紧力锚杆作用下锚固体的形成与失稳

4．1 锚固系统

4．2 锚固体的形成及影响因素

4．3 锚固体的失稳及影响因素

4．4 提高巷道围岩锚固体稳定性的技术措施

5 预紧力锚杆锚固体稳定性关键因素分析

5．1 锚固体稳定的关键因素

5．2 钻孔壁和树脂界面稳定性分析

5．3 锚杆杆体的破坏

5．4 护表构件的失效

6 预紧力锚杆支护巷道围岩锚固体稳定性判据

6．1 引言

6．2 基于关键层理论的巷道顶板压曲模型

6．3 无支护时巷道顶板压曲模型

6．4 预紧力锚杆作用下巷道顶板锚固体压曲模型

6．5 预紧力锚杆作用下巷帮锚固体稳定性分析

6．6 实例

7 工程实例

7．1 工程地质条件

7．2 支护设计

7．3 巷道围岩锚固体稳定性分析

7．4 不同预紧力锚杆对巷道围岩控制的数值模拟

7．5 动压巷道矿压显现规律的数值模拟

7．6 施工工艺

7．7 矿压监测和支护效果分析

参考文献2100433B

《预紧力作用下巷道围岩锚固体稳定机理及应用》系统介绍了作者在锚杆预紧力在深部巷道围岩控制理论与实践方面的研究成果，内容主要包括锚杆预紧力对锚固体的强化特征、组合载荷作用下巷道围岩锚固体的破坏特征及锚杆受力特征、锚固体失稳模式、巷道围岩锚固体简支梁和固定梁压曲模型及稳定判据、深部回采巷道稳定性的工程实例等。

《预紧力作用下巷道围岩锚固体稳定机理及应用》可供采矿、地下工程、冶金、水电、交通、土木工程等行业的工程技术人员和高等院校师生参考。

1 绪论

1.1 锚固体的概念及研究锚固体稳定的意义

1.2 深井巷道锚杆支护理论研究现状

1.2.1 国内外锚杆支护理论研究现状

1.2.2 小孔径预应力锚索作用机理

1.2.3 巷道锚杆支护围岩强度强化理论

1.3 研究内容及研究方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

2 深井巷道临界深度的确定

2.1 突变理论

2.2 巷道围岩应力分析

2.3 巷道围岩系统尖点突变模型

2.3.1 势函数的确定

2.3.2 尖点突变模型的建立

2.3.3 分析与讨论

2.4 现场应用

2.5 小结

3 锚杆预紧力对锚固体强度强化的试验研究

3.1 锚杆预紧力的概念

3.1.1 预应力锚杆预紧力

3.1.2 扭矩与锚杆预紧力的关系

3.1.3 提高扭矩转化预紧力效率的途径

3.1.4 锚杆预紧力施加的方法及评价

3.2 锚杆预紧力作用机理的数值模拟分析

3.2.1 锚杆作用力学特性

3.2.2 锚固机理的数值模拟分析

3.3 锚杆预紧力对锚固体强度强化的相似模拟试验

3.3.1 试验设计

3.3.2 试验结果

3.4 锚固体强度强化后的力学行为分析

3.4.1 计算模型

3.4.2 理论分析

3.4.3 应用示例

4 巷道围岩锚固体变形破坏特征的试验研究

4.1 变形破坏特征的相似材料模拟试验

4.1.1 试验设计

4.1.2 试验结果

4.2 不同锚杆支护强度下巷道围岩破坏特征的物理模拟试验

4.2.1 试验设计

4.2.2 试验过程

4.2.3 试验结果

4.3 不同支护强度下巷道围岩破坏特征的数值模拟试验

4.3.1 模拟参数

4.3.2 模拟结果

4.4 小结

5 深井巷道顶板锚固体破坏特征及稳定性分析

5.1 回采巷道围岩锚固体破坏特征

5.2 巷道顶板稳定性力学模型

5.2.1 锚固体失稳机理分析

5.2.2 锚杆支护稳定性分析

5.2.3 锚索支护稳定性分析

5.3 现场验证性试验

5.3.1 工程条件

5.3.2 锚杆、锚索支护设计

5.3.3 顶板稳定性力学分析

5.3.4 稳定性数据监测

5.4 小结

6 深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析

6.1 巷道两帮锚固体破坏特征及作用机理

6.1.1 工程概况

6.1.2 巷道两帮锚固体破坏特征

6.1.3 巷道两帮锚杆支护作用机理

6.2 深井巷道两帮锚固体稳定性力学分析

6.2.1 失稳形态

6.2.2 稳定性力学分析

6.3 试验巷道两帮稳定性分析

6.3.1 试验方案

6.3.2 稳定性计算

6.3.3 结果分析

6.4 小结

7 基于强力支护的锚杆—锚索协调支护原理

7.1 开采深度与巷道围岩破裂范围的关系

7.2 深井巷道锚杆—锚索协调支护原理

7.2.1 深井巷道强力支护理念的提出

7.2.2 锚杆支护系统各物件协调分析

7.2.3 深井煤巷锚杆—锚索协调作用原理分析

7.2.4 锚杆—锚索协调支护方法

7.3 小结

8 深井回采巷道锚杆—锚索支护技术

8.1 工作面概况

8.2 支护设计原则

8.3 支护设计方案

8.4 支护设计数值模拟分析

8.5 结果分析

8.5.1 应力分析

8.5.2 位移分析

8.5.3 围岩塑性区分析

8.5.4 锚杆受力分析

8.6 施工工艺

8.7 施工器具

8.8 矿压监测

8.8.1 测站布置

8.8.2 矿压观测结果

8.9 小结

参考文献2100433B

深井巷道围岩锚固体稳定原理及应用内容简介

《深井巷道围岩锚固体稳定原理及应用》可供从事采矿、岩土工程的科研、生产、教学、设计单位工程技术人员、科研工作者和师生参考，也可作为采矿工程专业研究生的参考教材。

深井巷道围岩锚固体稳定原理及应用作者简介

勾攀峰 男，1966年7月生，河南商水县人，教授，博士生导师。现任河南理工大学能源科学与工程学院院长，兼任教育部矿业工程类教学指导委员会委员，中国煤炭学会岩石力学与支护专业委员会委员，中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家组成员，中国岩石力学与工程学会软岩专业委员会委员。中国煤炭工业技术委员会煤矿井工开采专家委员会委员，河南省安全生产专家，河南省省级学术带头人。

主持国家自然科学基金、河南省杰出青年基金、河南省创新人才基金等项目30余项，发表论文70篇，出版著作3部。研究成果获省部级科技进步一等奖2项，二等奖3项，三等奖2项，获省部级教学成果一等奖1项。

本项目以巨野矿区典型的深井煤矿-赵楼煤矿为工程背景，针对深部高地应力作用下厚顶煤巷道支护难题，通过现场实测、理论分析、材料研发、数值分析、模型试验及现场试验等手段相结合的方法，对深部厚顶煤巷道的变形破坏及围岩控制机理进行研究。 项目主要对通过深部厚顶煤巷道变形破坏规律现场实测研究，得到了赵楼煤矿深部厚顶煤巷道顶板围岩不可控的主要原因及机制。基于塑性力学的极限分析理论，采用广义Hoek-Brown经验强度准则，推导出了巷道顶板冒落的迹线方程，讨论了不同岩体力学参数、围岩应力水平与支护荷载大小对顶板冒落范围的影响。提出了深部厚顶煤巷道“先控后让再抗”的耦合让压强力支护理念，改进了自主研发的让压型锚索箱梁支护系统。研制了新型柔性均布压力加载装置，基于赵楼煤矿3302工作面顺槽地质条件，针对让压型锚索箱梁支护系统两种典型支护方案（纵梁支护方案和横梁支护方案）下的开挖支护过程进行了地质力学模型试验研究，得到了不同支护方案的巷道围岩应力演化规律、围岩变形规律及支护构件的受力特性。建立了锚索梁支护系统对顶板围岩作用的三维力学模型，对锚索梁支护系统不同布置方式作用下的顶板围岩应力状态进行了分析，结果显示：纵横组合方案在顶板围岩中形成的围压状态最佳，其次为纵向单梁方案。在典型工程赵楼煤矿设计并实施了让压型锚索箱梁支护系统、工字钢锚索梁支护系统及T型钢带锚索梁支护系统、U型钢带锚索梁支护系统4大类14种数值试验和3大类11种方案的现场试验。研究表明：让压型锚索箱梁支护系统各方案比原支护方案效果显著提高；让压型锚索箱梁支护系统围岩控制效果整体优于工字钢锚索梁支护系统且经济性高；让压型锚索箱梁4种支护方案中，巷道围岩控制效果最好的为纵横组合方案，其次为纵向单梁方案，再次为纵向双梁方案，最后为横梁方案。 通过理论计算、数值试验与现场试验结果综合分析，最终得到了深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机理及让压型锚索箱梁控制机制。 2100433B