前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术的发展

近些年来,国外在采用合成粘合剂等化学组分的浆液加固锚杆支护和加固裂隙发育、不稳固岩体方面进行了广泛的试验研究,并取得了大量成果。研究表明,合成的化学浆液,在几分钟内即可从液相转化为固相,并与锚杆支护或岩体构成强度较高的结合体,从而防止岩体的片帮冒顶。这在前苏联及一些工业发达国家的金属矿山和煤矿,已巳获得较广泛的应用。我们从本期起,通过对该文分期连载,将陆续介绍这一新技术在前苏联的发展状况。     

前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术的发展(续)

4 预注化学奖液加固不稳固岩体试验研究 预注浆加固岩体即根据矿山地质条件,选择合理的化学组分配制成加固浆液,采用高压泵装置或爆力法,将浆液压入岩体的空洞、裂隙中与岩体形成坚固的整体,从而防止岩体冒落。4.1 注浆加固过程的实验研究 这方面,莫斯科矿院和原全苏有色金属矿山研究院等进行了试验研究。实验表     

松散煤岩体钻封注耦合注浆锚固机理与试验研究

针对松散煤岩体巷道钻孔成孔困难、锚固力低的问题,提出了钻封注分次注浆时空耦合加固方法,实现了钻孔内“全长封孔+带压注浆”,分析了钻封注分次注浆加固技术原理,研发了自钻锚杆、封孔及加固注浆材料,其封孔材料具有膨胀性大、强度大和凝固时间快等特点,注浆加固材料具有速凝早强、流动性好、固结效果好及强度较高等优点。研究结果表明:全长封孔后带压注浆,浆液扩散半径大,钻封注锚杆锚固力相对于数脂锚固提高1倍以上,表明钻封注分次注浆加固技术具有较高的应用价值。     

巷道围岩加固体力学特性与稳定性分析

为了给出定量的围岩稳定性评价方法,将锚杆与围岩的复合体等效为围岩加固体,继而建立了深部围岩与加固体力学分析模型,在求得加固体的物理力学参数表达式后,对模型进行了力学分析,提出依靠加固体变形程度来评价围岩稳定性的方法,最后,结合算例对某巷道围岩进行稳定性分析,同时分析了岩体和锚杆参数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:通过理论计算得出的巷道洞壁位移以及锚杆轴力与实测值相近,证明了模型的合理性;锚杆支护设计遵循长而疏、短而密的规律,但锚杆长度增加或间排距减小到一定值后,围岩稳定性的增幅在降低;锚杆预紧力与围岩稳定性呈线性变化规律,锚杆弹性模量与直径对围岩稳定性影响较小;该方法能快速、简洁地分析岩体与锚杆参数对围岩稳定性的影响,也能优化锚杆支护参数。     

前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术发展(续)

6 加固浆液析出毒物的危害及预防6.1 加固浆液析出的毒物及危害 浆液的配制过程、注浆过程及以后的采掘过程,都可能从使用的化学组分中析出有毒有害物质(气体),如甲醛、氰、甲醇、丙烯等。甲醛有强烈的气味,对眼晴有刺激作用,也能引起呼吸道疾病(过敏性病变)、神经系统疾病。另外,如果化学组分落到皮肤上有刺激作用,甚至损害皮肤,微量落到皮肤上两个月后便发红发痒。氰为无     

前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术的发展(续)

5 预注浆液工艺的试验研究6.1 高压泵压注浆液工艺5.1.1 平窿顶岩层的地表注浆加固 平窿建筑公司采用脲甲醛树脂加盐酸、矽酸钠溶液和磷石膏配制浆液,对平窿掘进中裂隙发育的顶板地表层进行注浆加固。注浆孔径105mm,用如图26所示的装置进行灌注。浆液的组分是:KФ-Ж- М脲甲     

冲击危险巷道锚杆支护防冲原理解析

为揭示锚杆支护对冲击地压的防治原理,基于失稳理论进行锚杆支护巷道冲击地压解析,探究锚杆支护间排距对冲击地压发生的临界阻力区、临界载荷以及冲击释放能量的影响规律。结果表明,对于脆性岩体,锚杆支护间排距对冲击地压影响微弱;对于塑性岩体,随着锚杆支护间排距减小,冲击地压发生的临界阻力区、临界载荷与冲击释放能量逐渐增加,且这种规律随着岩体冲击倾向性降低越发明显。从临界阻力区与临界载荷角度看,降低锚杆支护间排距,能够增加冲击地压发生难度,但锚杆支护间排距降低导致冲击释放弹性能增加,冲击破坏能力提升。因此,应在弹性区与塑性区交界处设置吸能结构吸收多余的弹性能,从而削弱冲击能对锚固岩体的破坏力。     

软弱围岩大断面隧道掌子面锚杆加固参数研究

软弱围岩隧道的开挖施工容易造成开挖面失稳坍塌以及拱顶沉降过大等事故,须对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以宁波象山县野猪山隧道为工程背景,以新意法为理论基础,采用玻璃纤维锚杆加固隧道掌子面,通过数值分析研究了掌子面锚杆布置密度、加固长度、搭接长度等加固参数,得出掌子面玻璃纤维锚杆加固长度应大于隧道开挖直径,可提高掌子面的稳定性;对掌子面挤出变形控制较为严格的情况下,可以对全断面布置锚杆进行加固。     

山区坡顶建筑荷载作用下顺层粘土边坡稳定性分析

基于摩尔库伦本构模型和SRM法,利用MIDAS GTS NX有限元数值模拟软件,结合镇雄县某滑坡治理区域新出现隐患应急抢险工程施工方案,将该边坡在天然状态、砌石挡土墙加固、抗滑桩加固、抗滑桩+锚杆锚索框格梁加固4种工况模拟结果与现场实际情况进行对比,分析边坡及坡顶建筑稳定性。得出以下结论:该边坡砌石挡土墙的加固作用低于天然削坡状态;坡顶建筑为一层时,天然削坡的安全系数为1.069,存在安全隐患,在类似边坡修筑浅基础房屋前应对边坡进行加固处理;抗滑桩加固对坡脚滑动体起到了良好限制作用,此时边坡安全系数为1.184,仍存在安全隐患;锚杆锚索框格梁对边坡加固时,坡顶建筑与抗滑桩最大变形分别为4.92 cm与3.26 cm,相比抗滑桩加固缩小41.4%与30.2%,安全系数为1.622,相对抗滑提高40.0%,此时边坡处于安全状态。为类似边坡治理工程提供参考。     

矿山帷幕注浆堵水隔障机理研究

根据现场取样分析和实验分析探讨了围岩注浆堵水隔障机理,注浆浆液充填了岩石孔隙、溶隙等空隙,使岩石的宏观孔隙度降低、致密程度增加,改变了岩石的物力性质,使岩石由原来的含水层或透水层变为隔水层;对注浆前后岩石进行了单轴压缩试验,通过对比实验分析研究,结果表明浆液在岩体结构面中凝结后对结构面进行充填加固,使注浆岩体的单轴抗压能力提高,能在较大变形范围内保持稳定的承载能力,增强了工程岩体抵抗外力破坏的能力。注浆隔障带能够承受水压能力增大,隔水性能增强;并从理论上对固结体的强度进行了分析计算。     

石门揭煤高角度断层围岩注浆加固理论研究与应用

石门揭煤时,断层的存在会增大发生灾害的危险性,尤其是高角度断层对煤层和瓦斯赋存特征影响较大.做好石门揭煤过程中高角度断层加固工作可以有效防范灾害的发生.从理论上分析了注浆加固对高角度断层围岩力学性能的影响,视浆液为宾汉流体,基于平板渗流模型,考虑浆液自重,建立了高角度断层内浆射流模型,推导出浆液的扩散半径表达式.将该理论应用于鹤煤八矿-655 m水平轨道石门揭煤点处30F4高角度断层注浆加固.结果表明,通过注浆加固提高了断层围岩的整体性和稳定性,有效预防了断层可能引发的灾害事故,实现了石门安全揭煤.     

梁锚结构加固浅埋隧道洞口软弱地层的承载特性研究

针对隧道洞口埋深浅且软弱围岩稳定性差这一问题,提出在地表增设混凝土框架梁,设置扩大头锚杆与框架梁连接并深入软弱围岩,运用数值模拟分析“混凝土框架梁-扩大头锚杆”结构加固软弱地层后的力学特性。研究结果表明：采用“混凝土框架梁-扩大头锚杆”加固隧道洞口软弱地层,k=0.4时,相比于没有加固对照模型,隧道最大拱顶沉降值下降68.7%,隧道最大边墙收敛值下降15.1%,初期支护最大等效应力减小12.7%;建立不同加固区围岩松动压力分散系数k下的数值模型,通过拱顶沉降结果与加固区围岩松动压力分散系数的线性拟合,提出采用加固结构后的隧道拱顶沉降规律与围岩松动压力计算方法。     

深部采场进路开采顶板稳定性分析与支护设计

为降低深部矿体开采中冒顶事故的发生概率,确保井下安全开采,采用Q系统分级法、RMR岩体分类和BQ分级法对矿区岩体进行质量评价,结合块体理论和三维有限元分析进路开挖后顶板的稳定性。研究表明:部分岩体在进路开挖后顶板处出现较大拉应力集中,抗拉稳定性降低,极有可能出现冒顶事故。针对这类不稳定岩体,提出永久巷道采用锚喷支护,临时巷道采用锚杆穿带支护;并运用悬吊理论、组合梁理论、屈服强度理论和安全系数法分析支护条件下进路顶板的稳定性,优化支护结构参数。通过振弦式锚杆应力计收集现场未支护巷道与支护巷道轴向力,得出该支护设计对开挖后岩体变形起到了明显改善作用。     

深部软岩煤巷围岩变形分析与控制技术研究

根据深部软岩煤巷围岩力学性质,借助有限差分软件FLAC程序,模拟软岩煤巷开挖未支护巷道和U型钢支护巷道围岩变形破坏全过程,得到围岩应力场、位移场和塑性区变化规律。结果表明,解决底板问题是维护深部软岩煤巷整体稳定的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联的,提高围岩本身强度参数是围岩控制的重点。由此提出大刚度高阻力联合支护技术,即应用高阻力预应力锚杆进行锚网支护的基础上,以注浆加固和反底拱对底板进行控制,同时配合大刚度U型钢支护,适时实施围岩二次注浆加固及锚索加强支护,且将此技术应用于工程实践。     

某炼钢厂主厂房加固效果评价

1 概况 合肥钢铁公司一炼钢厂建于1958年,原设计为3t转炉车间,后改为5t电炉。主厂房(见图1、图2)为双跨等高单层厂房,跨度均为15m,柱距6m,建筑面积6300m~2。设计采用工字形钢筋混凝土柱,T形钢筋混凝土梁,T形及工字形双坡屋面梁,大型屋面板,阶形杯口基础。由于各种原因,前期部分建成后不久,发现15m双坡屋面梁出现裂缝,故对主跨屋面梁用钢衍架进行了加固,对副跨屋面梁用预应力拉杆加固,以后分别对柱、天窗架作了加固处理,柱子用混凝土套加固,小柱用型钢加固,天窗架用钢结构加固。主跨12-34轴线钢筋混凝土吊车梁更换为钢吊车梁。     

大采高仰斜工作面玻璃纤维增强塑料锚杆煤壁加固技术及应用

针对段王矿090502综采工作面存在近200m仰采段,为提高煤壁稳定性,避免或减少煤壁片帮发生,提出玻璃纤维增强塑料锚杆煤壁加固方案,通过数值模拟方法对煤壁加固参数进行了优化研究,并进行了现场应用.研究结果表明:采用φ20mm×3.0m全螺纹玻璃纤维增强塑料锚杆、间排距为1.5m×1m进行煤壁加固,不仅可保持煤壁稳定,而且施工方便,保证了工作面的正常回采.     

深埋煤矿巷道锚杆支护设计探讨

合理有效的锚杆支护理论是巷道支护设计的关键.以岩石具有自稳能力为前提,对巷道开挖后岩体不稳定区域进行了划分,以此作为锚杆支护设计的参照标准.以白羊岭煤矿东翼回风大巷为例,进行了相关锚杆支护设计.数据监测表明,该支护设计方法合理可行,具有推广价值.     

某公路隧道围岩稳定性及支护方式分析

跟踪某隧道施工,进行地质素描和节理统计,通过赤平投影分析节理发育分布规律,建立岩体结构模型;根据隧道围岩结构模型,运用离散元分析方法计算围岩稳定性,并结合现场塌方分析围岩破坏模式。通过离散元分析及时支护和无支护情况下围岩稳定性,探讨钢格栅锚杆组合进行初次支护的力学机理;根据现场钢格栅承受压力和隧道收敛监测,分析某隧道施工中围岩和支护体系的稳定性,总结出隧道施工中安全事故的主要原因,并给出合理的支护建议。     

基于蠕变效应的穿层钻孔封孔参数优化与试验研究

为解决穿层钻孔封孔难度大、瓦斯抽采效率低的问题,视煤岩体为弹塑性介质,在考虑蠕变效应下建立巷道围岩力学模型;根据Dracy定律,推导浆液流动控制方程,以渗透率变化为桥梁,构建巷道围岩变形与浆液流动的耦合模型;利用COMSOL软件解算该理论模型。数值模拟结果表明:巷道围岩塑性软化区范围由初始时刻4.69 m不断扩大,在100天时稳定于15.19 m;浆液扩展半径随注浆压力的增加而持续增大,当注浆压力高于2.8 MPa后,浆液扩展半径变化较小,逐渐趋于稳定。试验钻孔平均瓦斯体积分数为56.49%,是传统工艺下钻孔平均瓦斯体积分数的3.46倍,在抽采后期仍能维持较高的抽采水平。     

快装锅炉前后管板加固型式的探讨

目前国内对快装锅炉前后管板的加固型式有不同的见解,本文就当前采用的三种加固型式提出一些看法,与工业锅炉设计单位的同志们共同讨论。 第一种加固型式是前后管板用偏角约为2度的焊接的圆钢长拉撑连接(见图1)。这种加固型式有如下的缺点: (1)焊接的圆钢长拉撑是刚性结构,不利于圆钢长拉撑、烟管管束和锅筒受热自由膨胀。经计算其伸长量约6毫米。此膨胀力与锅筒内部压力重叠作用在不退火的焊接部位,其次前后管板上的孔眼为斜孔,焊接部位的内应力很高,很可能导致焊缝裂纹的产生。(2)目前采用的焊接的圆钢长拉撑都是20号钢,直径一般在45毫米…