煤礦巷道樹脂錨固體力學(xué)行為及錨桿桿體承載特性研究.pdf

1、目前錨桿(索)支護(hù)技術(shù)是我國地下煤礦開采中普遍采用的一種主動控制巷道圍巖穩(wěn)定的支護(hù)技術(shù)。但由于錨桿支護(hù)加固對象的復(fù)雜性,至今錨桿支護(hù)原理還沒有一個統(tǒng)一全面的認(rèn)識,對于復(fù)雜條件下錨桿的錨固機理、與圍巖相互作用關(guān)系、應(yīng)力分布規(guī)律及錨桿桿體承載特性等問題需要更深入的研究。論文采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場實測、實驗室試驗和工程實踐相結(jié)合的綜合研究手段,圍繞樹脂錨固體力學(xué)行為及錨桿桿體承載特性展開研究。論文研究的主要工作如下:
　　(1)總

2、結(jié)分析了樹脂錨固體四類主要失效類型,著重分析了粘結(jié)失效類型中樹脂錨固體空洞錨固失效和長時蠕變失效的兩種形式。建立了空洞樹脂錨固體拉拔狀態(tài)下的力學(xué)模型,推導(dǎo)并求出了空洞樹脂錨固體拉拔狀態(tài)下沿錨固方向上桿體內(nèi)拉應(yīng)力分布的理論公式;同時建立了考慮錨固層粘彈特性樹脂錨固體拉拔狀態(tài)下的長時蠕變力學(xué)模型,推導(dǎo)并求出了與時間有關(guān)的桿體拉應(yīng)力和錨固層-桿體界面剪應(yīng)力分布公式,并求解了恒力長時作用下的樹脂錨固體桿體外端點位移的近似公式,同時得到了錨固體產(chǎn)

3、生破壞的極限拉拔力。
　　(2)通過實驗室力學(xué)試驗,獲得了圍巖、錨桿等力學(xué)參數(shù)。基于ABAQUS數(shù)值模擬軟件,驗證了兩種錨固體理論力學(xué)模型,研究了兩種模型中桿體應(yīng)力沿錨固方向上的分布規(guī)律,揭示了拉拔過程中錨固體內(nèi)應(yīng)力和位移的演化過程;著重闡述了長時蠕變模型桿體應(yīng)力傳遞的三個階段,分析了桿體的極限抗拉拔力與時間的關(guān)系。同時,分析了錨桿直徑、錨固層厚度、鉆孔直徑、圍巖強度等參數(shù)對樹脂錨固體桿體拉拔狀態(tài)下的力學(xué)特性影響。
　　(3

4、)采用預(yù)拉力錨固系統(tǒng)錨固作用綜合實驗臺,研究了不同預(yù)拉力下錨桿桿體應(yīng)力和彎矩的分布特征及其變化速率;通過測力錨桿井下拉拔試驗,揭示了預(yù)拉力與錨桿桿體外端點位移的相互關(guān)系及不同預(yù)拉力下錨桿桿體軸力分布及承載特征,同時基于測得的錨桿桿體應(yīng)力分布曲線,借助第三章研究結(jié)果,準(zhǔn)確推測了巷道頂板的完整性;初步判定預(yù)拉力錨桿實際工作狀態(tài)下桿體承載受力主要集中在外錨固段中性點附近,對限制巷道圍巖變形起主要作用的是中性點附近桿體-錨固層-圍巖三者之間的粘

5、結(jié)關(guān)系,同時桿體內(nèi)彎矩的存在說明桿體截面處于非均勻受力狀。
　　(4)在分析現(xiàn)有煤礦巷道圍巖監(jiān)測手段的不足和光纖光柵傳感技術(shù)優(yōu)越性的基礎(chǔ)上,初步提出并建立了一套基于現(xiàn)代光纖傳感技術(shù)的煤礦巷道圍巖動態(tài)實時在線監(jiān)測系統(tǒng);并采用該系統(tǒng)對煤礦巷道錨桿桿體受力及演化進(jìn)行了實測,監(jiān)測結(jié)果表明樹脂錨桿的桿體應(yīng)力分布呈非均勻分布且波動變化,桿體內(nèi)存在大量彎矩。
　　(5)最后基于理論研究結(jié)果提出了確保錨桿支護(hù)效果的幾個基本原則,并應(yīng)用于淮南

6、礦區(qū)顧橋礦1115(1)工作面軌道順槽及朱集煤礦1111(1)工作面軌道順槽的工程實踐,應(yīng)用結(jié)果表明遵循該原則采用的預(yù)拉力高強錨桿強化支護(hù)技術(shù)可以充分調(diào)動圍巖的自穩(wěn)能力優(yōu)化圍巖的力學(xué)參數(shù),有效控制巷道圍巖變形,滿足礦井安全生產(chǎn)要求;同時采用煤礦巷道圍巖動態(tài)實時在線監(jiān)測系統(tǒng)成功揭示了1111(1)工作面軌道沿空留巷期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,并與傳統(tǒng)礦壓觀測結(jié)果進(jìn)行了對比,兩者基本一致,初步顯示了該系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)用前景。
　　論文共有圖1