深井巷道樹脂錨固體熱力耦合特性研究.pdf

1、樹脂錨桿是煤礦巷道快速掘進(jìn)的主要支護(hù)方式，其支護(hù)作用主要通過樹脂錨固層的應(yīng)力傳遞來實(shí)現(xiàn)，因此樹脂錨固層的力學(xué)可靠性是影響巷道支護(hù)效果的重要因素之一。隨著煤礦深部開采的推進(jìn)，高地應(yīng)力、高地溫巷道不斷增多，錨桿、樹脂錨固層和圍巖組成的錨固體力學(xué)行為將與淺部不同，而目前國內(nèi)外關(guān)于樹脂錨固體在熱力耦合作用下的力學(xué)特性研究較少涉及，深井高溫巷道支護(hù)設(shè)計(jì)普遍未考慮熱力耦合效應(yīng)，對(duì)其影響機(jī)理認(rèn)識(shí)仍不夠成熟。論文采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的

2、方法，在以下幾個(gè)方面開展了相關(guān)研究:
　　(1)開展了熱力耦合作用下樹脂錨固材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，定量分析了溫度對(duì)樹脂錨固材料熱力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:20℃至60℃區(qū)間內(nèi)，樹脂錨固材料的強(qiáng)度、彈性模量隨溫度升高而熱衰減的速率分別近似為0.94MPa/℃、0.144GPa/℃;泊松比、熱膨脹系數(shù)則隨溫度升高而增長的速率分別約為3.14×10-3/℃、0.559×10-6/℃。
　　(2)進(jìn)行了熱力耦合作用下樹脂錨固材料的流

3、變實(shí)驗(yàn)，建立了樹脂錨固材料的熱力耦合流變本構(gòu)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映出:樹脂錨固材料的流變特性受應(yīng)力水平和溫度影響較大。應(yīng)力水平和溫度越高，則樹脂錨固材料流變變形、穩(wěn)態(tài)流變速率越大;當(dāng)熱力耦合荷載超過某一臨界值時(shí)，穩(wěn)定流變向粘塑性加速流變發(fā)展，小于此臨界值時(shí)，流變按粘彈性穩(wěn)定流變發(fā)展;恒載10MPa、20MPa、30MPa和40MPa作用下，樹脂材料發(fā)生熱粘彈性向粘塑性變形轉(zhuǎn)化的臨界溫度分別約為52.5℃、44℃、33℃和30℃。
　　

4、(3)通過熱力耦合作用下樹脂材料與鋼筋粘結(jié)拉剪實(shí)驗(yàn)及相關(guān)數(shù)值分析，指出了樹脂錨固層的拉剪強(qiáng)度、剛度是影響錨固系統(tǒng)性能發(fā)揮的兩項(xiàng)重要因素;揭示了樹脂錨固材料的粘錨性能熱衰減規(guī)律;即在26℃至80℃區(qū)間內(nèi)，樹脂錨固層的拉剪強(qiáng)度、剛度隨溫度升高而熱衰減的速率分別約為0.428MPa/℃、1.38GPa*m-1/℃。
　　(4)對(duì)砂巖、泥巖兩種典型的深部工程巖石進(jìn)行了熱力耦合作用下的變形特征實(shí)驗(yàn)，獲得了相應(yīng)變形參數(shù)。與樹脂錨固材料相比，2