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中国矿业大学
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[硕士论文] 付世雄
采矿工程 中国矿业大学 2017(学位年度)
摘要:针对煤帮锚杆支护技术远远滞后于顶板的问题,采用现场试验、理论分析、数值模拟等综合手段,研究了煤体锚杆原位拉拔实验、煤锚系统力学特性演化及煤帮锚杆等效预紧力与控制,并进行了工程验证。
  本研究主要内容包括:⑴锚杆拉拔载荷的变化分为线弹性上升、非线性上升、恒定阻力、下降失效四个阶段,锚固体的破坏过程分为弹性、剪切破坏和脱粘三个阶段。剪切破坏过程中锚固力损失量和增量动态平衡是造成阻力恒定的原因。⑵与软煤条件相比较,友众矿中硬煤条件下,P-S曲线趋势较乱,载荷震荡明显,增阻速率显著降低。煤体裂隙等原因造成的锚固力震荡更加明显,锚固段呈现分段承载失效的特性。⑶在三线性剪切-滑移本构模型的基础上,将锚固状态划分为弹性阶段、塑性滑移阶段、脱粘阶段三种状态,并推导得到了弹性状态和塑性状态下粘锚力分布的解析解。随着锚固单元的剪切特性值t1u1增加,杆体轴力和剪切应力的传递性能降低,增大锚孔直径会造成杆体轴力和剪应力的传递性变差。⑷在煤岩体交界面处容易产生剪切滑移破坏,易引发煤帮上下尖角网兜破坏;煤体内部发生压剪破坏是形成煤体大面积鼓出本质原因。锚杆支护对煤体施加预紧力,使煤体从掘巷后的二向应力状态,恢复到三向应力状态,提高煤体的力学性质,使掘巷后的摩尔应力圆远离强度包络线,减小塑性区的宽度,提高巷帮煤体的稳定性。锚杆预紧力的扩散效果与锚固长度、间排距、施加的预紧力值密切相关,支护的关键在于使锚杆之间形成有效的压应力联通区域。⑸结合友众矿对巷帮煤体的支护方案进行了优化和现场实验,锚杆安装以后,锚杆保持了较好的工作阻力状态,托锚力一直维持稳定在30kN左右。矿压观测监测期间巷道顶底板累计移近量为23mm,两帮累计移近量为53.5mm,能够满足生产实际的需要。
[期刊论文] 付世雄 郜志强 岳炜
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北大核心
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摘要:基于锚杆拉拔锚固段受力分布规律及杆体屈服强度,提出了临界锚固长度的确定方法,并进行了数值模拟和现场拉拔试验进行验证.数值模拟表明,锚固段临界锚固长度是存在的,现场拉拔结果表明,基安达矿回采巷道顶板临界锚固长度为0.9 m以上,帮部临界锚固长度为0.7 m....
摘要:针对U型钢截面反拱梁失稳破坏问题,应用CAD与ANSYS两软件联合建立U型钢反拱梁有限元模型,采用ANSYS内置的非线性屈曲分析模块,模拟分析U25,U29和U36这3种不同截面反拱梁在承受径向均布载荷条件下临界屈曲载荷和极限承载力与反拱圆心角之间的关系,并在求解过程中监测跨中节点竖向载荷-位移曲线。ANSYS 数值模拟分析结果表明:3种截面反拱圆心角在70°时临界屈曲载荷达到最大值,随后圆心角加大则屈曲载荷平均以4.0%的速度缓慢下降,表明反拱梁在圆心角70°时稳定性最好;当反拱梁圆心角小于70°时,反拱极限承载力以34.3%的增幅递增,呈快速增长趋势;当圆心角大于70°时,反拱承载力则以14.5%的增幅缓慢增长,增幅速度较为平缓。研究结果为工程应用提供了可行方法和理论依据。...
[专利] 发明专利 CN201410834743.9
中国矿业大学 2015-04-29
摘要:本发明公开了一种大巷区域应力场优化方法,首先是在大巷掘进前,在大巷附近相连通的巷道测试地应力,计算并分析得到大巷掘进后巷帮最大主应力差的位置,然后在大巷附近合适的层位最大主应力差位置的上方或下方掘进多条卸压巷,利用卸压巷对大巷进行卸压。然后从卸压巷内向最大主应力差位置处施工应力优化钻孔并静力爆破。待卸压巷变形到一定程度以后掘进大巷,然后在大巷内测量地应力并计算巷帮最大主应力差的位置。从大巷内向帮部最大主应力差位置处施工应力优化钻孔并爆破卸压,优化大巷区域应力场。该方法不仅利用卸压巷进行卸压,而且在掘巷前后两次对巷帮最大主应力差位置进行爆破卸压,因而可以较好的优化大巷所在区域的应力场。
[专利] 发明专利 CN201410837201.7
中国矿业大学 2015-05-20
摘要:本发明公开了一种基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法,通过测试掘进巷道围岩的地应力,分析计算得到巷道区域应力场主应力差分布,确定最大主应力差位置相对于掘进端头和巷道帮部界线的坐标。然后从掘进端头向最大主应力差位置施工多列应力优化钻孔,并在钻孔孔底装药区装药进行静力爆破,使最大主应力差减小,从本质上对巷道区域应力场进行优化。该方法应力场优化超前于巷道掘进,优化效果较好,不会对浅部围岩进行破坏,浅部围岩的完整性仍较高,有利于对巷道的长时间维护,优化后的巷道易于维护。具有广阔的应用前景。
[专利] 发明专利 CN201410837427.7
中国矿业大学 2015-04-08
摘要:本发明公开了一种巷外施工优化巷道区域应力场的方法,属于巷道支护技术领域。首先在预掘进巷道的底板岩层中合适位置掘进一条卸压巷,并在与预掘进巷道相连通的巷道内测试地应力,通过计算和分析主应力得到巷道掘进后巷帮最大主应力差的位置。从卸压巷内向最大主应力差位置处施工多列应力优化钻孔,并在最大主应力差位置进行静力爆破,从而优化巷道区域应力场。该方法可以对不具备巷内施工卸压方案条件的高应力巷道进行卸压和巷道区域应力场优化,其方法简单,操作方便,实施效果好。具有广阔的应用前景。
[专利] 发明专利 CN201510026485.6
中国矿业大学 2015-05-27
摘要:本发明公开的一种简易微增阻大变形锚固装置及方法,装置主要由让压锚具、导向弹簧和生根锚具构成,通过让压锚具夹片内多道螺纹的渐次破坏和弹簧的压缩变形实现让压,从而适应围岩的大变形,对围岩提供微增阻的锚固力,在此过程中可以对围岩实现15~25cm的让压,不仅可以适应巷道围岩较大的变形量,而且在巷道变形过程中还可以提供微增阻的锚固力,使巷道变形在一定的范围内缓慢地变化,既能很好地支护巷道,又能满足巷道的大变形,不会因为巷道变形过大而使锚索锚固效果损失或者失效。该发明可以更好地适应深井及软岩动压巷道,节省了巷道维护费用,提高了巷道的安全可靠性。
[专利] 发明专利 CN201510025393.6
中国矿业大学 2015-04-29
摘要:本发明公开了一种双介质垛式支撑坚硬顶板的煤矿采空区处理方法及装置,主要针对煤矿厚层坚硬顶板难以垮落的工程难题,采煤工作面采煤工序结束后,通过在采空区内充填基础垛体,基础垛体与顶板之间通过充填化学材料进行软接顶。充填垛的间、排距取徝受采深、采高和顶板岩性等因素影响,排距为15~30m,间距为8~15m;充填垛的截面可以为圆形、矩形或正方形;有效断面面积为0.8~1m2。接顶软介质为采高的1/10~1/8;基础垛体的充填可以采用砼或砂砾石等材料注浆。本发明尤其适用于浅埋薄煤层的连续开采,改变刀柱式支撑采空区需要频繁搬迁工作面设计,或减少以注水软化顶板、爆破预裂法的繁杂工序。
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