“煤岩体锚固加固原理及应用”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“煤岩体锚固加固原理及应用”专题

锚杆被广泛应用于地面岩土工程和地下采矿工程。锚杆支护由于岩层控制效果好、成本低等特点已在我国地下煤矿巷道支护大规模应用，是目前巷道围岩主要的岩石控制手段。据统计，我国煤矿地下巷道每年安装螺纹钢锚杆超过 1.7亿根，是人员和设备安全及整个采矿作业的最终保障。

为便于大家了解“煤岩体锚固加固原理及应用”领域的最新科技成果，小编按照见刊时间倒序，整理了该领域近几年在《煤炭学报》已刊发的论文，一起来看看吧！

行业视野: 采矿
类别; 135个
关键词; 131位
专家; 29篇
论文; 24824IP
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岩块锚固机理的模拟试验研究

作者(Author)：王卫军, 韩森, 董恩远, 彭刚

摘要：为研究锚杆对深部巷道围岩的作用机理，利用自制三轴加载物理相似模拟试验系统，进行了加锚与不加锚完整和预裂岩石试件(400 mm×400 mm×400 mm)的加载对比试验，比较了锚杆预紧力和支护密度对完整和预裂岩石试件的锚固效果，分析了锚杆对完整和预裂岩石试件的作用时机。研究结果表明：无论完整试件或预裂试件，锚杆支护均可提高其峰值强度，尤其预紧力对提高峰值强度的作用明显，对预裂试件峰值强度的提高幅度比完整试件更大。加锚预裂试件相对于无锚预裂试件其应力应变曲线从竖向加载一开始就相对滞后；而加锚完整试件相对于无锚完整试件，从竖向加载开始到试件峰前连续变形阶段，应力应变曲线差别不大，无锚完整试件在达到其峰值强度后，承载力开始下降，而此时加锚完整试件承载力继续增大，只是增速有所减缓。对于预裂试件，锚杆承载具有即时性，即与试件基本同时承载；而对于完整试件，锚杆承载则体现出延时性，即锚杆在岩体发生破坏、产生较大变形后才开始承载。因此，锚杆支护难以阻止巷道围岩的塑性变形和塑性区的形成，深部巷道的围岩控制理念应由变形控制向稳定控制转变。深部巷道锚杆的主要作用一是提高破碎岩体的残余强度，二是阻止破碎岩体裂隙的后续扩张，从而提高围岩的整体性和完整性，达到维护巷道稳定的目的。

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煤炭学报

2023年第01期

216

855
各向异性初始地应力软岩中自膨胀锚杆扩体-拉拔试验研究

作者(Author)：刘杰, 孙荣琪, 张研, 宋瑞, 王昊, 孙涛

摘要：研发了一种掺入了较多 HCSA 型膨胀剂的自膨胀锚杆，可提升锚杆的极限抗拔力。但对于刚度较低、易变形的介质，自膨胀锚杆的锚固力提升主要因素还不确定。为探明自膨胀锚杆在各向异性初始地应力软岩中的抗拔力提升效果，采用 3 种壁厚的钢管模拟不同径向刚度的围岩，向钢管内部加入不同膨胀剂掺量的自膨胀锚固材料，通过测试锚固结构的径向膨胀应力和变形的演化规律，推导了在各向异性初始地应力中自膨胀锚杆膨胀应力和位移的分布解析式，建立了应力、变形与钢管壁厚、膨胀剂掺量的关系。基于 ABAQUS 数值模拟方法验证了公式与试验相吻合，并通过拉拔模拟得到了自膨胀锚杆在低刚度岩土体中的膨胀规律和极限抗拔力的提升效果。研究结果表明:1 降低钢管壁厚时，不同膨胀剂含量自膨胀锚杆对应的应力-变形的变化趋势高度一致，在膨胀剂含量较大时，降低钢管壁厚，径向膨胀应力仅减小 8.6%，但径向变形量却增大 117%，说明扩大头效应更明显。 2 膨胀剂含量为 25%的自膨胀锚杆极限抗拔力在不同刚度的围岩中提升幅度相近，但自膨胀锚杆在相对较高的围岩中抗拔力峰前能量增幅明显更大，达到 819%。说明摩擦力对自膨胀锚杆锚固性能的影响比扩体效应更优。最后，建立了以软弱围岩强度参数和初始应力等为判据的膨胀剂掺量设计公式，并在某岩质边坡进行了现场试验，试验结果验证了该公式的可行性。

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煤炭学报

2022年第10期

187

630
轴向冲击下锚固锚杆变形与应力特征分析

作者(Author)：司林坡 , 娄金福 , 杨景贺, 原贵阳

摘要：冲击地压因其特有的易发、多发、难防治特征，成为影响煤矿生产最为突出的动力灾害之一，其中以回采巷道冲击地压发生最为显著。冲击地压巷道动力显现过程中，锚杆支护系统往往伴随着一定的动载冲击作用，关于锚杆支护系统在动载冲击作用下的力学响应研究对冲击地压防治具有重要意义。为研究锚杆支护系统中杆体不同位置对冲击载荷的响应规律，选择煤矿常用的 500 号左旋无纵肋螺纹钢锚杆，沿锚杆轴向不同位置粘贴应变片，利用锚杆力学性能综合试验台对支护单元施加轴向冲击载荷，分别采用激光位移传感器和动态应变仪采集锚杆杆体及不同位置变形数据，分析杆体变形规律及时序特征;利用 LS-DYNA 数值分析软件再现轴向冲击载荷下锚杆受载变形过程，分析锚杆不同位置的应力和变形特征。结果表明:1 在 171 kN 初始拉伸载荷状态下，10 kJ 轴向冲击能量使锚杆端部载荷瞬时增加至 438 kN，此后处于振荡衰减状态，衰减速度逐渐增大。 2 10 kJ 轴向冲击能量导致锚杆在 30 ms 内振荡拉伸和收缩，并最终产生 28.39 mm 的拉伸塑性变形。 3 锚杆杆体不同位置的变形受应力波的界面反射效应影响较大，塑性变形大部分产生在锚杆自由段，且距离锚固段与自由段分界面越近杆体塑性变形量越大。 4 锚杆不同位置对冲击载荷响应具有时序性，拉伸和收缩变形均由杆尾向锚固端头依次响应。 5 锚固作用可有效约束锚杆变形，吸收冲击产生的应力波，随着锚固深度加大，锚杆应力和变形响应幅值显著减小。

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煤炭学报

2022年第10期

165

454
地震作用下 NPR 锚索固坡效应振动台试验研究

作者(Author)：陶志刚, 王璇, 郭爱鹏, 陈佳钰, 舒昱

摘要：为研究恒阻大变形(NPR)锚索在地震作用下的吸能特性和动力响应规律，总结地震作用下无支护边坡发生破坏的一般规律，利用振动台开展地震条件下无支护边坡以及 NPR 锚索支护边坡的振动台对比试验。结果表明:相同工况下经过 NPR 锚索支护后的边坡变形破坏情况以及岩土体的破碎程度与无支护边坡相比改善显著，NPR 锚索支护边坡的最终破坏程度也远低于无支护边坡，表明 NPR 锚索在地震作用下具有良好的吸能特性，能够通过吸收地震释放能量的方式增强边坡的整体性，降低坡体破坏程度，为边坡提供有效支护;分析 NPR 锚索在试验全程的轴力变化情况，发现在地震惯性力的反复作用下，锚索内恒阻结构产生疲劳效应导致轴力下降，随着施加振动荷载强度不断提高，轴力下降到一定数值后便不再发生明显变化，可认为在地震作用下 NPR 锚索的锚固特性始终存在，仍能对边坡提供有效支护;分析同一工况下 NPR 锚索支护边坡与无支护边坡各测点 PGA 放大系数的变化趋势，发现 NPR 锚索用于边坡支护工程中时，可以很好的限制坡体变形，对于滑坡位移具有一定的控制能力;根据试验现象及动力响应分析，将地震作用下无支护边坡破坏过程分为 3 个阶段:张拉裂缝产生及坡顶松动阶段，裂缝持续发展阶段，滑动面贯通坡体崩塌溃坏阶段。

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煤炭学报

2022年第09期

160

709
巷道下向小孔径锚固孔钻进产渣特征及高效钻头设计

作者(Author)：付孟雄, 刘少伟, 贾后省, 马念杰, 张英, 卢运海

摘要：煤矿巷道下向锚固孔钻进是巷道围岩锚固控制的重要环节，成孔质量与锚固效果成正比。长期以来，小孔径下向锚固孔排渣困难是高质量快速成孔的瓶颈问题。因此，为了降低钻渣生成尺寸，提高排渣效率，利用理论分析、数值模拟、实验室实验及现场测试相结合的方法，研究了现有 PDC 两翼式钻头产渣尺寸及其周边钻渣运移特征，研发了一种小孔径下向锚固孔高效破岩钻头，优化了钻头进出液通道尺寸，并对设计钻头工作性能进行了分析验证。结果表明:现有 PDC 两翼式钻头在钻孔底部均会形成中心岩柱结构，其尺寸随钻头刀片间距的增加而增加。中心岩柱是大尺寸钻渣的主要来源，中心岩柱尺寸越大，产生的粒径>2.5 mm 的钻渣平均尺寸也越大。改变刀片结构，消除孔底中心岩柱，可降低钻渣生成尺寸;现有钻头结构会造成钻渣局部聚集，导致钻渣上返能量损失;设计的高效破岩钻头因其结构优势较普通钻头更能够减少液渣混合流的能量损失，使钻渣具有更高的上返速度，更有利于钻渣顺利排出;高效破岩钻头的主副刀片会使钻孔底部形成平台结构，保证了孔底岩石均为切削破坏，消除了孔底中心岩柱，使钻渣平均尺寸明显低于其他类型钻头，也具有更高的破岩效率;现场试验结果表明，高效破岩钻头有效降低了钻渣生成尺寸，具有更高的成孔速度及排渣效率，工作性能良好。

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煤炭学报

2022年第06期

167

588
恒阻吸能锚杆力学特性与工程应用

作者(Author)：王琦, 何满潮, 许硕, 辛忠欣, 江贝, 魏华勇

摘要：地下工程面临大量高应力.极软岩等复杂条件.导致围岩应力集中.能量积聚.易发生围岩大变形.高强度.高预紧力.高延伸率以及高吸能特性的锚杆支护是大变形围岩的有效支护方式.传统锚杆支护存在强度低.延伸率不足等问题.支护体系易发生破断.基于此.自主研发了具有高强.高延伸率特性.可施加高预紧力的恒阻吸能锚杆.开展了新型锚杆.普通锚杆与恒阻大变形锚杆的静力拉伸与动力冲击对比试验.结果表明.在静力学性能方面.新型锚杆的屈服强度和破断强度分别为普通锚杆的2.06和1.62倍以上.具有高强.恒阻的力学特性.新型锚杆的最大力延伸率和断后延伸率分别是普通锚杆的1.52和1.26倍以上.单位长度吸收的能量是普通锚杆的3.05倍.具有高延伸率.高吸能特性.在动力学性能方面.新型锚杆的单次冲击平均位移量相比普通锚杆降低了47.0%.延伸率是普通锚杆的1.53倍.单位长度吸收的能量是普通锚杆的2.77倍.表明新型恒阻吸能锚杆具有良好的抗冲击能力和整体变形能力.恒阻吸能锚杆具有高强.高延伸率.高吸能特性.提出了恒阻吸能锚杆支护思路.并将新型锚杆在大断面隧道和深部高应力矿井现场进行了应用.现场监测结果表明.采用恒阻吸能锚杆的支护方式能够有效控制围岩变形.

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煤炭学报

2022年第04期

677

1814
螺纹钢锚杆搅拌树脂锚固剂端部形态优化试验研究

作者(Author)：刘少伟, 崔磊, 马念杰, 姜彦军, 李永恩, 彭博, 卢运海

摘要：常用的树脂锚固剂是实现螺纹钢锚杆与围岩黏结的重要介质.其工作性能对锚固质量存在重要影响.螺纹钢锚杆端部搅拌树脂锚固剂是锚固的关键步骤.为明晰螺纹钢锚杆端部搅拌树脂锚固剂问题.基于已有成果分析了螺纹钢锚杆搅拌端部类型.重点对双楔形端部搅拌树脂锚固剂进行了力学分析.得到了加制[V"型槽双楔形搅拌端效果良好的理论基础.锚杆端部加制[V"型槽有助于锚杆端头刺入锚固剂封袋.增加锚固剂所受的旋转力.更好破坏锚固剂封袋.增强锚固剂的搅拌效果,拉拔实验发现.双楔形角在60°-75°.随着双楔形角的增大.锚杆的拉拔力有逐渐递增的趋势.在双楔形端部加制[V"型槽的螺纹钢锚杆锚固时.平均拉拔力峰值比未加制[V"型槽的提高了22%.比传统原型锚杆提高了62%.相比于锚杆有横肋双楔形搅拌端.无横肋双楔形搅拌端的平均拉拔力峰值下降了约16%,通过高速动态非接触全场应变测试系统观察搅拌过程发现.锚杆原型搅拌端搅拌锚固剂时其封袋是被搅拌端挤压.摩擦破坏的.且破坏过程中锚固剂封袋几乎没有发生扭曲,锚杆单楔形搅拌端搅拌锚固剂时锚杆单楔形尖端从锚固剂与孔壁之间的空隙插入.将锚固剂推入孔壁的一侧进行挤压.旋转.并从锚固剂侧面破袋,锚杆双楔形搅拌端搅拌锚固剂时.双楔形端部使锚固剂封袋顶部产生凹陷.挤压.扭曲.最终使锚固剂封袋破坏.在双楔形端部加制[V"型槽后.锚固剂封袋发生更大扭曲.更有助于破坏锚固剂封袋.使树脂胶泥与固化剂充分混合.提升搅拌效率.

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煤炭学报

2022年第04期

500

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基于有效锚固层厚度的煤系巷道顶板叠加梁支护理论及应用

作者(Author)：姚强岭, 李英虎, 夏泽, 李学华, 王烜辉, 晁宁

摘要：通过对巷道顶板岩梁的变形及破坏特征分析，确定了顶板失稳的宏观过程及力学现象；针对煤系巷道顶板沉积岩层的分层特征，建立了煤系巷道顶板叠加梁力学模型，基于其协调变形及共同承载特性，求解出叠加梁中各分层岩梁等效承载应力、层间作用力以及锚杆（索）支护强化参数，揭示了锚杆（索）对叠加梁结构的支护作用机理，即优化不同抗弯刚度的各层顶板的承载应力分配，充分发挥各岩层力学承载性能，控制顶板的整体下沉，同时提高叠加梁的内聚力及变形模量，间接强化整体锚固结构的力学承载强度。针对顶板叠加梁支护结构在巷道不同服务阶段失稳条件，提出了煤系巷道顶板支护的有效锚固状态以及有效锚固层厚度，用于评价巷道支护中锚杆（索）对顶板实际的锚固能力，从而形成了煤系巷道顶板叠加梁支护理论。基于该支护理论，以皖北煤电集团任楼煤矿Ⅱ7324S工作面风巷为工程背景，对其在近距离煤层、采空区下伏成巷条件下进行了顶板支护设计，根据层间距在大于6 m，4 m-6 m以及2 m-4 m的三种不同范围，将该巷道进行分区，通过对顶板叠加梁结构进行分析与有效锚固层厚度计算，分别确定了在不同巷道区域内使用锚杆与注浆锚索为主的支护方案对巷道顶板进行加固，并结合现场工业性试验验证了该支护方案的合理性与有效性。

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煤炭学报

2022年第02期

596

997