改性脱硫石膏基喷射混凝土结构应用与监测

为了验证改性脱硫石膏基喷射混凝土的现场支护效果,在丁集煤矿某高抽巷联巷进行了现场喷射支护试验,分别用改性脱硫石膏基混凝土和水泥基混凝土对同一巷道的不同部位进行喷射支护,并在不同喷射段分别设立监测站,实时监测了喷层支护结构中的环向、轴向钢筋应力和混凝土应变,对比分析可见,改性脱硫石膏基混凝土喷层支护结构具有较高的承载力和抗变形能力,因此脱硫石膏基喷射混凝土应用于巷道支护是可行的。     

改性脱硫石膏基混凝土物理力学性能试验研究

为了验证改性脱硫石膏替代水泥的可行性,采用实验方法,对改性脱硫石膏和水泥及其混凝土的物理力学性能进行了对比试验研究。结果表明:改性脱硫石膏基混凝土抗压强度达到44 MPa,抗折强度达到9.5 MPa,明显高于水泥基混凝土。抗拉强度、抗剪强度与水泥基混凝土较为接近;因此,改性脱硫石膏替代水泥作为胶凝材料是可行的。养护条件的差异会对混凝土强度增长产生影响,低湿度的常温养护条件更适宜改性脱硫石膏基混凝土后期强度的发展;所以在煤矿巷道的喷射混凝土支护施工后无需洒水养护,从而减少施工工序,提高施工效率。另外,还给出了改性脱硫石膏基喷射混凝土配合比的三种优化方案,在满足其施工所需强度的条件下能够方便灵活地选用其最优配合比。     

喷射纤维混凝土在深井地下空间支护应用关键技术

为了解决深井地下空间支护困难,提出了将高韧性改性聚丙烯(粗)纤维与高弹模纤钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射工艺在围岩表面形成支护层与锚杆、锚索形成共同支护体的支护方案.试验发现:混杂聚丙烯(粗)纤维水泥基复合材料,适合深井巷道围岩的支护,其中聚丙烯(粗)纤维掺量为体积率0.4%,钢纤维掺量为体积率0.6%;用有限元软件模拟分析法FIAC确定纤维混凝土喷层厚度,可以节约喷层材料;在初喷支护45 d后进行纤维混凝土二衬喷射施工,可以避开应力的高峰,使支撑的中心向岩体内部移动.通过矿压显现观测证明纤维混凝土喷层试验段围岩稳定性好于素混凝土试验段.     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

2种锚杆耦合支护的喷混凝土力学模型

为确定混凝土层受破坏时中性层的位置并探究不同支护方式下锚喷支护参数与围岩自承能力间的关系,以弹性力学理论为手段,分别将湿喷+管缝式锚杆与湿喷+树脂锚杆耦合支护视为简支梁与固支梁模型,得出这2种耦合支护模型的数学解析式;用数值方法得出混凝土层受破坏时中性层偏离质心的位移计算公式;结合莫尔-库仑准则得出巷道围岩自承能力与锚杆间距、混凝土喷层厚度及混凝土强度之间的力学模型;推导得出喷层厚度每增加10 mm,湿喷+管缝式锚杆与湿喷+树脂锚杆模型中岩体自承能力最高分别提高0.01 MPa与0.40 MPa,喷射混凝土的抗拉强度与围岩破坏所需最大主应力间大致呈线性关系,进而为合理优化巷道支护参数提供依据。     

聚丙烯纤维混凝土喷层在矿业工程中的应用

随着煤炭开采向深部发展,地压显现十分明显,围岩变形量大,巷道破坏严重,对安全生产和经济效益产生较大的消极影响。采用普通混凝土喷层,施工后不久易出现裂缝,甚至逐渐发展到剥落和掉块,丧失了对围岩的封闭和支护作用,特别是在一批新型可伸长锚杆相继问世以后,这一不匹配问题更加突出。将聚丙烯纤维作为煤矿巷道混凝土喷层的辅助加强筋,能有效的解决这一难题。通过对聚丙烯纤维混凝土喷层的工业性试验研究可知,聚丙烯纤维有效提高了喷射混凝土的粘聚性,使喷层抗拉强度高、韧性好,且有效降低混凝土的回弹率和用量,施工工艺简单。由于不增加施工难度和工程费用,且力学性能优良质量可靠,在煤矿锚喷巷道支护中的应用前景十分广阔。     

湿喷混凝土力学性能及其应用研究

干喷混凝土在煤矿大断面巷道中存在强度低、匀质性差,施工过程回弹率低、粉尘浓度大等问题,而湿喷混凝土是解决此类问题的最有效途径之一。对比干、湿喷混凝土抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,湿喷混凝土强度明显提高,提高比率依次为49.3%、47.1%和47.2%,并通过现场塌落度实验确定水:水泥:砂子:石子=0.45:1.0:2.0:1.8,减水剂掺量为水泥0.8%的最佳配合比。其次采用FLAC模拟软件建立湿喷混凝土支护数值计算模型,分析干喷混凝土支护、湿喷混凝土支护后力学响应和位移情况。研究表明:湿喷混凝土支护条件下高应力区减少,应力变化更趋于平稳,巷道围岩承载力增加,稳定性更强。相对于干喷混凝土支护巷道最大水平位移和最大竖向位移分别减少了3.73%、10.8%,湿喷混凝土可在一定程度上减少巷道变形。     

鹤壁五矿深部高应力软岩巷道破坏机理及对策

针对鹤壁五矿深部三水平延伸轨道下山高应力软岩巷道支护问题,采用理论分析与数值模拟手段对其变形破坏机理及支护对策进行了研究.结果表明,在深部高地应力及软岩膨胀性作用力的影响下,巷道围岩内部积聚了大量的变形能量,单纯依靠多种支护形式的叠加,而不注重支护体与围岩之间以及支护体之间的耦合是巷道失稳的主要原因.为此,提出了锚网喷+锚索+底角锚杆+桁架耦合支护对策,即通过喷层封闭围岩,锚网柔性支护释放变形能,底角锚杆转移底臌塑性滑移作用力,锚索+桁架支护控制围岩整体变形,从而实现对高应力巷道围岩变形的有效控制.该技术在现场进行了成功应用,取得了良好的效果.     

巷道施工中锚喷支护技术分析

随着矿井开采数量的不断增加,巷道的支护问题已成为大家关注的课题。本文提出了锚杆喷射混凝土巷道现场施工技术,并对其工艺进行分析、探讨,从而加强技术施工,以确保巷道的支护质量和煤矿的安全生产。     

深部复杂应力环境下巷道破坏固-流耦合数值模拟分析

石嘴山一矿38区 600m轨道巷的稳定情况是影响矿井下组煤正常生产的潜在问题,本文基于岩石力学实验与现场工程调查的结果,对该巷道变形机理与破坏过程及规律进行固-流耦合数值模拟分析,得出注浆锚杆(索)与喷射混凝土联合支护方式是可行的,为巷道支护设计提供了理论依据。     

喷射混凝土与普通混凝土的力学性能对比研究

在隧道工程支护中,喷射混凝土支护层对围岩的变形及应力重分布起着决定性作用。喷射混凝土在早龄期的高强度特性是充分发挥其初期支护作用的保证,为了揭示其力学指标随龄期的演化规律,对具有相同配合比的喷射混凝土和普通模筑混凝土试样开展了5种龄期条件下的单轴压缩试验,对比分析了这两种混凝土的抗压强度、残余强度以及弹性模量。结果表明:喷射混凝土的早龄期强度较高,1d龄期的强度即可达到28d强度的60%,而普通混凝土仅为42%;随着龄期的增长,两种混凝土的强度差异均具有不断减小的趋势,弹性模量差异则变化不大;随着龄期的增长,初次破坏后的两种混凝土逐渐具有仍能满足其强度等级要求的残余强度来抵御二次甚至多次破坏的能力,且喷射混凝土所需的龄期更短;此外,二次破坏后喷射混凝土的强度损失率大体上较高,故耐久性更差,且其残余强度与其抗压强度呈现出规律的一致性。     

含软弱夹层对巷道围岩承载结构的影响分析

为研究软弱夹层对巷道围岩承载结构和稳定性的影响,采用相似材料模拟和理论分析相结合的方法,通过三种不同方案对比分析了不同支承结构下含软弱夹层巷道围岩受力与变形情况,揭示了含软弱夹层巷道围岩稳定控制机理,并通过现场实测进行验证。结果表明:①巷道顶板和帮部破坏程度明显大于肩部;②采用方案三联合支护能够有效提高巷道围岩应力和承载力;③联合支护方案能够使软弱夹层与上、下硬岩层之间协同耦合承载,减少巷道围岩变形。     

锚喷支护巷道聚丙烯纤维喷层新技术研究

聚丙烯纤维混凝土柔性喷层是软岩巷道支护中一种新型的喷层形式。通过对聚丙烯纤维混凝土的抗拉、抗压、抗剪等力学性质测试,分析了聚丙烯纤维混凝土对软岩支护的适应性。结合顾桥矿工程应用,从耐久性、抗渗性、经济性和施工技术等方面系统地研究了聚丙烯纤维混凝土喷层的性能。与普通混凝土喷层相比,聚丙烯纤维混凝土喷层中的应力分布较均匀,同时具有较好的让压能力。工业性试验表明,聚丙烯纤维混凝土喷层具有较高的推广应用价值。     

方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用

方钢约束混凝土(SQCC)拱架作为复杂条件地下工程中的一种新型支护方式,具备很高的支护强度和后期承载能力,而拱架留设的灌浆孔因局部削弱和应力集中效应而成为拱架的关键破坏部位,对拱架整体承载能力具有很大的影响,需对灌浆孔进行补强处理以提高拱架开孔后的整体强度.针对SQCC开孔短柱进行室内试验及数值试验,对比分析短柱变形破坏形态、荷载位移曲线及极限承载力等力学性能,研究方钢约束混凝土拱架补强机制;建立约束混凝土强度及经济指标,综合对比短柱补强效果.以SQCC150×8短柱为例,留设灌浆孔后短柱极限承载力相比SQCC短柱降低29.9%;侧弯钢板补强(ASS)后短柱的强度指标达148.7%,经济指标为90.8%,补强效果最好,且补强钢板长度在180~240 mm范围内,厚度为8 mm时,侧弯钢板对灌浆孔补强效果最明显,经济指标增长率最大.侧弯钢板补强试验结果在全比尺拱架室内试验中得到充分验证,在现场巷道支护应用中效果良好,研究成果为约束混凝土支护设计提供了依据.     

现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙平面外偏心受压试验研究

为研究现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙的平面外偏心受压性能,按1/3缩尺比例制作4组试件进行偏心距为40 mm的竖向加载试验,每组试件均含2榀组合墙和1榀网格式框架。结果表明:试件的楼层梁先于层间梁开裂,中柱先于边柱被压溃,试件破坏时,组合墙上可见明显的现浇磷石膏崩塌现象;组合墙开洞对结构承载力有明显影响,未开洞组合墙的承载力约为网格式框架承载力的1.5倍,而开洞组合墙的承载力与网格式框架的承载力相当;现浇磷石膏可以有效分担结构的竖向偏心荷载,在同级偏心竖向荷载作用下,组合墙中混凝土构件的压应力明显低于纯网格式框架构件的压应力;弹性有限元分析的应力结果与试件开裂前的应力测试结果误差较小,明显表明现浇磷石膏的强度贡献作用。     

新型混凝土喷层试验研究及工程应用

根据聚丙烯纤维混凝土结构力学原理,研究聚丙烯纤维混凝土喷层在煤矿锚喷巷道支护中适用性,结合淮北桃园矿区典型锚喷巷道工程,完成聚丙烯纤维混凝土喷层的合理配比及抗拉、抗压、抗剪等指标的室内试验.数值模拟结果表明,与普通混凝土喷层相比,聚丙烯纤维混凝土喷层中的应力分布较均匀,有较好的让压能力;工业性试验证明聚丙烯纤维混凝土喷层抗拉强度高、韧性好、回弹量低及工艺简单等特点,具有较高的推广应用价值.     

喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥试验研究

通过1座未加固石拱桥模型与1座带载喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥模型的破坏实验,研究了喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥的加固效果及加固计算方法.试验结果表明,在石拱桥模型达到破坏荷载70%时持载喷射60mm厚高性能水泥复合混凝土加固,石拱桥模型承载力提高幅度为25%.喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥能有效提高其承载力,改善其脆性破坏的性质,是一种经济有效的石拱桥加固方法.文中所用的加固后石拱桥承载力计算方法的计算结果与实验结果吻合良好,可供工程加固设计参考使用.     

不良岩体巷道的湿喷混凝土支护技术

通过分析传统支护理论与实践存在的不足,提出湿喷混凝土在不良岩体巷道支护中的支撑作用、充填与隔离作用以及应力转化作用;根据具体的工程背景,应用Barton的Q岩体分级及支护方法,提出采用湿喷混凝土+树脂锚杆的支护方案.研究结果表明:该支护方案实现了对不良岩体巷道的有效支护;湿喷混凝土直接成本与干喷混凝土直接成本近似相等,相同材料的湿喷混凝土平均强度比干喷混凝的平均强度高45%～85%,实现了对不良岩体巷道的支护需要;湿喷混凝土+树脂锚杆支护技术可替代传统的干喷混凝土+钢网+锚杆工艺,对不良岩体的支护具有独特优势.     

深部巷道围岩稳定性控制技术研究与实践

针对邢东矿深部巷道围岩大变形、支护系统严重损毁等矿压显现特征,在分析深部巷道变形破坏机制的基础上,认为改善浅部围岩力学性质、提高支护系统强度是控制深部巷道围岩变形破坏的有效途径,并据此提出了集强力锚杆索、钢管混凝土支架、滞后注浆加固技术于一体的联合支护技术,并阐述其控制机理。建立了钢管混凝土支架力学模型,得出新型钢管混凝土支架承载力及其对巷道承载体系提供的支护反力,并综合应用理论计算、数值模拟优化和工程类比等方法确定其控制方案。现场实践表明,采用该方案2个月后,围岩变形趋于稳定,两帮变形量小于150 mm,顶板下沉量为94 mm,底鼓变形量为79 mm,有效解决了深部巷道变形失稳问题,并为类似深部巷道围岩控制提供了理论和技术支撑。     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题,巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征,分析了砌碹巷道破坏机理,并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善"支护-围岩"关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。