“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; 25898IP
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煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

作者(Author)：康红普, 姜鹏飞, 杨建威, 王志根, 杨景贺, 刘庆波, 吴拥政, 李文洲, 高富强, 姜志云, 李建忠

摘要：针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题，以淮南新集矿区口孜东矿7 m大采高工作面运输巷为工程背景，分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式；采用井下试验和数值模拟相结合的方法，从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面，揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念；采用数值模拟对比研究了单一锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律，阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索，研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果，形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将上述研究成果应用于淮南新集矿区口孜东矿，提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数，并进行了矿压监测。监测数据表明，采用提出的锚注-喷浆控制方案后，煤帮结构、完整性与强度得到显著改善，锚杆、锚索锚固力大幅提升，充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%，锚杆、锚索破断率大幅减少，有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形，为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。

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煤炭学报

2021年第03期

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深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

作者(Author)：王琦, 张朋, 蒋振华, 何满潮, 李术才, 王悦, 江贝

摘要：针对深部高应力回采巷道围岩控制难题，以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景，对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析，结果表明:巷道围岩变形量大，破坏范围广，锚杆大部分处于强度劣化区内，难以发挥支护作用，锚索受力大，接近极限破断力。为解决上述问题，系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究，建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标，对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此，提出了深部高强锚注切顶自成巷方法，利用高强锚注提高巷道顶板完整性，利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递，使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性，利用自主研发的地质力学模型试验系统，开展了模型试验对比研究，高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%，围岩变形量为后者的45.1%，应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究，提出了相应的工程建议，并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用，监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形，实现了无煤柱开采。

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煤炭学报

2021年第02期

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锚杆杆体动态力学特性及应变率效应实验

作者(Author)：吴拥政, 付玉凯, 郑建伟

摘要：为了揭示在冲击载荷下锚杆支护材料动态力学特性及应变率效应，为不同震级冲击地压巷道支护设计提供参考与借鉴，最终达到冲击地压巷道分级防控的目的。采用实验室试验对不同冲击韧性锚杆的静态和动态力学特性进行了测试，从微-细观角度分析了不同韧性锚杆的抗冲击性能，分析了应变率大小对锚杆动态力学响应的影响规律。实验结果表明:CRM700锚杆的冲击吸收功分别是HRB500和CRM600的1.30倍和1.14倍，峰值载荷分别是两种锚杆的1.18倍和1.07倍，瞬时变形量分别是两种锚杆的1.33倍和0.91倍;CRM700锚杆和HRB500锚杆断口形态和金相组织显著不同，HRB500锚杆断口源区为韧窝形态，中部扩展区为准解理+少量韧窝，终断区为韧窝形态，金相组织为铁素体+珠光体;而CRM700锚杆断口附近全部为韧窝形态，金相组织为回火索氏体+贝氏体+铁素体。同时，应变率对HRB500锚杆的屈服强度、抗拉强度和应变影响显著，而对CRM600锚杆的影响较小，对CRM700锚杆的影响最小。对比3种锚杆的动态力学特性，CRM700锚杆的载荷曲线和冲击功曲线比较平滑，材料受到冲击载荷后呈现出缓慢断裂的特性，对冲击载荷具有良好的适应性。并且CRM700锚杆强度对应变率敏感性差，应变随应变率的提高显著增大，很好的适应了高应变率下的冲击载荷，在高应变率冲击载荷作用下，能通过增加瞬时变形提高吸能能力。两者晶粒度级别不同，HRB500锚杆的晶粒度为6级，而CRM700锚杆的晶粒度为10级，晶粒度越高，晶粒越小，强化效果越好;同时晶粒减小后晶体界面增多，有效阻碍了裂纹的扩展，晶界面面积相应也增大，晶界上的夹杂物浓度降低，从而避免了沿晶断裂，大大提高了锚杆的抗冲击性能。晶粒尺寸越小，位错在第2相周围积聚的梯度越低，其锚杆力学特性应变率敏感性越弱。总之，无论从冲击载荷曲线和冲击功曲线特征，还是在应变率的敏感性方面，CRM700锚杆均表现出对冲击载荷具有良好的适应性，其在高应变率冲击载荷作用下能通过增加瞬时变形提高吸能能力。

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煤炭学报

2020年第11期

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双节理贯通岩石锚固机理试验研究

作者(Author)：赵同彬, 邹建超, 傅知勇, 于凤海

摘要：锚杆支护在矿山采动巷道裂隙围岩中应用范围不断扩大，揭示节理岩石锚固控制机理有利于提出科学合理的参数设计。采用声发射和数字散斑相关方法对45°倾角双节理岩石单轴压缩试验过程中的声发射数和变形场进行监测，建立了应力-应变曲线与声发射信号的对应关系，研究了曲线的变化特征以及声发射信号的分布规律，并分析了锚固作用对双节理岩石强度及变形特性影响。基于不同加载阶段双节理岩石表面散斑位移场分布特征和演化过程，总结了锚杆对节理岩石变形破坏模式和形态的影响规律。通过分析双节理岩石在不同阶段的变形演化特征与声发射数据活跃点位置及数据的对应关系，对试件破坏过程进行了划分。结合锚杆的变形形态，建立了压剪状态下锚固节理岩石力学模型，对其在不同加载阶段下进行受力分析，分析了双节理岩石破坏模式以及锚杆抗压剪、抑滑移锚固作用机理。结果表明:① 锚固双节理岩石可以承受较大的轴向变形而不发生失稳破坏，其起裂强度、弹性模量、峰值应变比无锚试件分别提高了30.7%,45.0%,109.9%，而泊松比仅为无锚试件的50%;② 锚固双节理岩石的破坏模式主要为断裂失稳，断裂失稳过程分为节理填充物滑动、节理面错动致裂、底部岩石起裂、上部岩石裂纹扩展、裂纹贯通5个阶段;③ 基于锚杆自身抗剪能力以及完整岩石的协同作用增强了锚固体抗压剪强度，锚杆抑制岩石基体相对滑动提高了节理岩石的变形能力。

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煤炭学报

2020年第09期

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树脂锚固剂搅拌过程仿真及高效搅拌构件优化实验

作者(Author)：刘少伟, 贺德印, 付孟雄, 张伟光

摘要：针对树脂锚杆工程应用中普遍存在的多种锚固失效问题，着重分析了树脂锚杆锚固系统黏结失效问题及影响因素，发现树脂锚固剂搅拌效果对其发生有重要影响。为有效降低锚固系统黏结失效问题的影响，提升树脂锚固剂的搅拌质量，根据锚固剂搅拌工作过程及搅拌效果影响因素，研发了一种可以套在锚杆(索)端部的锚固剂高效搅拌构件。采用理论分析、数值模拟和实验室试验相结合的方法，分析了树脂锚固剂对锚固系统工作性能的重要作用，同时，完成了高效搅拌构件结构设计及参数优化、工作原理、搅拌成效及改善锚固质量的作用效果分析。结果表明:高效搅拌构件搅拌截齿斜角为30°时，其结构参数设计较为合理，此时对树脂锚固剂具有较好的搅拌效果。在锚杆顶端安装高效搅拌，可有效提高搅拌过程中树脂锚固剂的运动速度，改善锚固剂搅拌混合的均匀性及固化效果，锚固剂体积分布更加合理密实。在构件的搅拌作用下，锚固剂封装袋将破碎成较小碎片，可避免较大封装袋碎片对锚固质量的影响，有助于提高锚杆锚固质量。锚杆拉拔试验对比分析结果显示，通过在锚杆顶端安装高效搅拌构件，锚杆的拉拔力峰值、拉拔过程能量吸收能力，相较于仅有锚杆作用时均有较大提高，说明锚固系统的锚固质量及抵抗破坏的能力得到了明显增强。

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煤炭学报

2020年第09期

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长期载荷作用下柔性锚杆力学特性及工程应用

作者(Author)：谢正正, 张农, 王朋, 汪明坤

摘要：以联合强化支护为主的控制技术是当前深部煤巷围岩控制的主要手段，复杂化的支护形式明显降低巷道掘进效率，采掘矛盾突出，已成为制约煤矿高效生产的普遍性难题。而不受巷道高度限制且能实现快速安装的柔性锚杆已在静态拉伸下表现出良好的力学性能，可有效解决巷道安全与掘进效率相制约的问题。为研究柔性锚杆在长期载荷作用下的力学特性和动态变化特征，通过自主研发的锚杆(索)耐久性实验系统对柔性锚杆进行长达5个月加载实验，分别设置无处理对照组、不同淋水环境和不同安装角度3种相似工程环境，并对长期加载后的柔性锚杆开展静态拉伸实验。结果表明，与未经长期载荷作用的柔性锚杆相比，长期加载对柔性锚杆力学性能影响较小,峰值力仅降低1.2%;淋水环境下柔性锚杆出现多处锈蚀，其峰值载荷和延伸性能较无处理对照组均出现降低，分别降低8.6%和21.4%，而经防锈处理的柔性锚杆能保持自身的力学性能;不同安装角度的柔性锚杆有差异性的力学行为，角度过大时对柔性锚杆的承载能力带来不利影响;现场应用时，要确保柔性锚杆经过防锈处理且安装角度不宜过大。最后，在大倾角强动压巷道、高应力大断面巷道和厚顶煤巷道等复杂条件巷道中进行柔性锚杆单一化支护技术的现场实践，锚杆支护效率和巷道掘进速度有明显提升，同时围岩变形得到有效控制。

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煤炭学报

2020年第09期

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加锚节理岩体剪切蠕变特性及其本构模型分析

作者(Author)：宋洋, 李永启, 王韦颐, 刘金明

摘要：深部岩体地质环境复杂，节理岩体破坏机理不明确制约深地工程发展，为研究深部节理岩体的剪切破坏，尤其是塑性剪切破碎带的变形破坏，通过采用相似材料模拟试验和细观CT扫描技术相结合的方法，对不同法向应力下加锚节理岩体分级剪切蠕变试验过程进行研究;引入新型元件对原有模型进行修正，并采用剪切蠕变试验与三维重构宏细观结合的方法对复合流变模型中孔隙体积分数进行求解。研究表明:① 在节理岩体剪切蠕变试验中，瞬时蠕变变形量与法向应力呈负相关，衰减蠕变时间与法向应力呈正相关;② 研究发现剪切蠕变试验中稳态蠕变时间与试件破坏时间的比值时间因数M不随法向应力的提高变化，视为岩体固有属性;试验中试件的时间因数M均大于84%，即稳态蠕变时间在整个试件破坏过程中占比高。通过对不同岩体强度下时间因数M与孔隙体积分数f进行统计分析可知:时间因数M随岩体强度的提高呈现增加的趋势，孔隙体积分数f随时间因数M提高线性增加，从而实现利用时间因数M对节理岩体破碎程度的定量表征;③ 传统西原模型能够准确描述节理岩体剪切蠕变的衰减阶段和稳态阶段，对加速阶段的描述与实际不符，为准确描述节理岩体剪切蠕变全程，引入GTN模型对传统西原体进行修正，得到描述加锚节理岩体剪切蠕变全程的复合流变模型，通过对复合流变模型与试验曲线进行验证，说明复合流变模型在描述节理岩体剪切蠕变曲线的加速阶段时优于传统西原体。

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煤炭学报

2020年第04期

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深部巷道围岩锚固结构失稳破坏全过程试验研究

作者(Author)：靖洪文, 尹乾, 朱栋, 康红普, 孙彦景, 王勃

摘要：为了探索深部巷道围岩锚固结构从开始承载至整体失稳全过程，揭示围岩内部应力及变形破裂演化规律，以口孜东矿-967 m水平西翼轨道大巷为工程背景，依托自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统，结合声发射、电磁辐射、电阻率、数字散斑等多源地球物理信息监测技术，对无支护、锚杆支护及锚杆索支护巷道围岩锚固结构承载特性及变形破裂演化特征进行大尺度物理模型试验研究。试验获得了不同支护锚固结构变形破裂全过程荷载-位移曲线，随着支护强度的增加，荷载-位移曲线应力跌落现象逐渐减弱，而锚固结构峰值承载能力、等效弹性模量和峰值位移分别增加了82.57%，33.33%和107.24%，巷道围岩越容易形成“压力拱”结构效应，抵抗变形的能力逐渐增强;试验过程中，顶板围岩变形量最大，两帮次之，底板最小，锚固结构破坏特征随支护强度的增加由张拉裂纹为主的脆性破坏向剪切滑移为主的塑性破坏转化;多源地球物理信息响应特征与荷载-位移曲线具有良好的耦合关系，随着支护强度的增加，锚固结构内部单位时间破坏次数逐渐减少，电磁辐射强度及脉冲数均逐渐减弱;声发射事件与锚固结构裂纹萌生扩展呈现较好的对应特征，在模型进入非稳定破坏阶段，随着裂纹迅速扩展，声发射活动异常活跃;随着荷载的增加，锚固结构由于裂纹发育趋于松散破裂，视电阻率逐渐升高导致区域导电能力逐渐降低，随着支护强度的增加，锚固结构的高阻区形成时间变大而范围变小。

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煤炭学报

2020年第03期

1478

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