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基于锚固剂环裂纹扩展的全长锚固脱黏失效机制研究

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岩石力学与工程学报 2023年第4期42卷 948-963页

作者：梁东旭张农荣浩宇徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

为了探究全长锚固系统的脱黏失效机制,达到构建高质量锚固体的目的,建立锚杆–锚固剂界面力学模型,分析锚杆拉拔滑动导致锚固剂环裂纹扩展的3个阶段以及锚杆–锚固剂、锚固剂–围岩界面环向围压随锚杆滑动的变化,推导最大轴向力与剪应... 详细信息

为了探究全长锚固系统的脱黏失效机制,达到构建高质量锚固体的目的,建立锚杆–锚固剂界面力学模型,分析锚杆拉拔滑动导致锚固剂环裂纹扩展的3个阶段以及锚杆–锚固剂、锚固剂–围岩界面环向围压随锚杆滑动的变化,推导最大轴向力与剪应力的位置,揭示锚杆–锚固剂界面的脱黏失效机制,提出锚杆–锚固剂界面、锚固剂–围岩界面脱黏失效的判据,并通过工程实例及实验进行验证。研究结果表明:在围岩发生变形时锚杆–锚固剂界面脱黏失效按照黏结、机械互锁和摩擦顺序依次失效。围岩围压直接影响锚固剂环径向裂纹完全开裂的外周诱导围压,锚固剂的抗拉强度决定了锚固脱黏发生的界面。当围岩抗拉强度大于锚固剂环抗拉强度时,锚杆–锚固剂环界面脱黏,锚固剂环在锚杆轴向最大拉力处萌生裂纹,向两侧脱黏;当围岩抗拉强度小于锚固剂环抗拉强度时,锚固剂环–围岩界面脱黏或围岩脱出,锚固剂环与围岩界面脱黏从锚杆加载端开始并向锚杆尾部转移。抗拔锚固力发挥作用的方式与锚固剂环完整形态有关,即完整时的黏结作用和机械互锁作用,裂纹萌生后的部分黏结和机械互锁作用,完全破碎后的摩擦作用。全长锚固锚杆–锚固剂界面脱黏失效随中性点转移呈循环扩散式脱黏。

关键词：采矿工程全长锚固脱黏失效裂纹扩展锚固界面声发射

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高预紧力后张法全长锚固支护力学分析

吉林大学学报（工学版） 2020年第2期50卷 631-640页

作者：陶文斌侯俊领陈铁林唐彬北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

针对深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均、抗剪切承载能力低以及无法适应其大变形等问题,提出了高预紧力后张法全长锚固支护方法,通过建立高预紧力后张法全长锚固支护力学模型,对高预紧力后张法全长锚固支... 详细信息

针对深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均、抗剪切承载能力低以及无法适应其大变形等问题,提出了高预紧力后张法全长锚固支护方法,通过建立高预紧力后张法全长锚固支护力学模型,对高预紧力后张法全长锚固支护的受力特征和支护围岩承载能力进行了理论计算和现场应用分析,并与传统加长、全长锚固支护方法进行了对比。研究结果表明:高预紧力后张法全长锚固支护方法具有高预应力支护与全长锚固支护的优点,在全长锚固的基础上使预高于金立紧力向围岩内传递,与传统加长、全长锚固支护方法相比,高预紧力后张法全长锚固支护方法锚固段的剪应力分布更加平缓;有利于锚杆预紧力在围压中扩散,增大围岩压应力区范围,改善锚固围岩特性;配套采用研发的高预紧力减摩托盘提高锚杆预紧力,可形成更有效的锚固围岩承载结构。

关键词：岩土工程高预紧力全长锚固后张法高预紧力托盘围岩承载结构

基于全长锚固下的软岩巷道围岩承载结构力学响应解析

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煤炭科学技术 2023年

作者：王想君李英明赵光明孟祥瑞王艺程详安徽理工大学矿业工程学院安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽理工大学采矿工程博士后流动站

为研究高应力软岩巷道围岩在全长锚杆锚固后围岩力学承载结构的稳定性，本文考虑软岩峰后强度软化时的扩容特性和全长锚固锚杆受力边界条件，建立了全长锚固锚杆力学模型，推导得到锚杆受力解析式。并通过将锚固力等效为体积力的形式建... 详细信息

为研究高应力软岩巷道围岩在全长锚杆锚固后围岩力学承载结构的稳定性，本文考虑软岩峰后强度软化时的扩容特性和全长锚固锚杆受力边界条件，建立了全长锚固锚杆力学模型，推导得到锚杆受力解析式。并通过将锚固力等效为体积力的形式建立了全长锚固围岩力学模型，将其由浅及深依次划分为锚固残余区、锚固塑性软化区、非锚固塑性软化区及弹性区，推导了各分区的应力表达式。结合工程算例分析了空间效应、扩容系数、锚杆长度和托盘反力等因素对围岩应力和锚杆受力的影响规律。结果表明：受空间效应影响，巷道变形破坏呈现渐进式发育，借此提出了“锚固调控区”的概念，即在全长锚固锚杆支护过程中，围岩的虚拟支护力和锚固力处于此消彼长的状态，从而抑制围岩应力向深部转移，有效减小了塑性区范围。锚杆安装时机越早，作用于杆体的围岩变形越大，且与围岩之间更易形成共同承载体；锚杆轴力与扩容系数呈正比关系，随着扩容系数增大，锚固力增长速率显著加快，保证了锚杆对围岩径向应力的恢复作用；锚杆长度越大，围岩/锚固剂界面粘结范围越广，使得沿杆体的轴力分布及其峰值明显增大，进而使围岩切向应力峰值区向洞壁方向偏移；全长锚固锚杆托盘反力对残余区和塑性区边界的影响较小，其作用主要体现在改善锚杆受力情况，充分发挥锚杆锚固作用及护表能力。

关键词：高应力软岩巷道全长锚固围岩应力锚杆轴力耦合作用

爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆累积受力特征研究

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金属矿山 2023年第8期 205-213页

作者：刘超王文杰黄永祥贾稳宏朱大铭武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081 金川集团股份有限公司三矿区甘肃金昌737100

针对全长锚固玻璃钢锚杆在多次爆破冲击作用下的损伤失效问题,依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动现场实测数据,基于应力波反射拉伸破坏理论简化了锚杆动载受力模型并建立了数值计算方案,研究了单次及多次爆破动载下的全长锚... 详细信息

针对全长锚固玻璃钢锚杆在多次爆破冲击作用下的损伤失效问题,依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动现场实测数据,基于应力波反射拉伸破坏理论简化了锚杆动载受力模型并建立了数值计算方案,研究了单次及多次爆破动载下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向受力特征,并通过全长锚固玻璃钢锚杆冲击试验结果验证了数值计算结果的可靠性。研究表明:在动载强度不变的情况下,不同爆破次数下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力均沿杆体长度方向呈指数型下降,且锚杆最大轴向应力始终在孔口位置;随着爆破次数的增加,锚杆各部位轴向应力均不断增大,锚杆最大轴向应力增加更为明显,且轴向应力分布范围不断向锚固段深处延伸;随着爆破次数增加,玻璃钢锚杆最大轴向应力持续增大直至破坏,但金属锚杆轴向应力快速增大至一定数值后便趋于平稳,两者具有明显差异性;随着动载强度的增大,玻璃钢锚杆失效前的最大受力次数整体上呈先快速下降后缓慢下降的指数型变化特征。研究结果可为爆破冲击作用下的玻璃钢锚杆支护设计及爆破控制提供理论依据。

关键词：多次爆破动载全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力累积受力

爆炸动载与预紧力静载下全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究

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采矿与安全工程学报 2019年第1期36卷 140-148页

作者：王文杰宋千强武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室资源与环境工程学院湖北武汉430081

针对爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆力学响应特征及破坏问题,建立动-静载联合作用下全长锚固玻璃钢锚杆受力分析模型,分析爆破动载下玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力分布特征,研究最大单段起爆炸药量、爆心距、岩体弹性模量对玻璃钢锚杆力... 详细信息

针对爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆力学响应特征及破坏问题,建立动-静载联合作用下全长锚固玻璃钢锚杆受力分析模型,分析爆破动载下玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力分布特征,研究最大单段起爆炸药量、爆心距、岩体弹性模量对玻璃钢锚杆力学响应特征的影响。结果表明:在爆破动载作用下,全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力均集中出现在锚杆尾部锚固段与自由段交界面附近较小范围内,且最大单段起爆药量对锚杆受力影响显著;锚杆轴向应力和剪切应力随着爆心距的增加快速降低,在爆心距10～15 m范围内锚杆受爆破动载影响最大,易发生尾部杆体断裂破坏;随着岩体弹性模量增大,锚杆轴向应力逐渐降低,但剪切应力先逐渐升高后再缓慢降低。研究结果与现有实验室相似试验结论及现场试验现象相吻合,可以为爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆的支护设计及爆破控制提供依据。

关键词：全长锚固玻璃钢锚杆爆破动载巷道支护受力特征

高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究

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采矿与安全工程学报 2019年第3期36卷 482-490页

作者：王文杰万浩武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验湖北武汉430081

针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC^3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而... 详细信息

针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC^3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而拱肩和底角处锚杆受到轴向拉伸和横向弯曲的综合作用。随着支护时间的增长,顶板和两帮处锚杆轴力增大明显,但锚杆弯矩较小;而拱肩和底角处锚杆除轴力增大外,其弯矩变化也较大,锚杆弯矩呈现先增大后减小的规律,且弯矩较大的部分主要集中在靠近临空面的外端部,易使锚杆受到横向弯曲的影响而发生弯拉失效。研究结果与现有文献理论研究及现场试验结果相吻合,能为高应力软岩巷道中玻璃钢锚杆及其他黏结式锚杆支护设计和参数优化提供理论指导。

关键词：高应力软岩巷道支护玻璃钢锚杆全长锚固受力特征

爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆累积损伤特征研究

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爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆累积损伤特征研究

作者：刘超武汉科技大学

学位级别：硕士

针对爆破动载作用下全长锚固玻璃钢锚杆的累积损伤破坏问题,首先根据爆破动载下锚杆受力原理,揭示爆破动载下锚杆支护体系累积损伤过程,确定玻璃钢锚杆失效的形式及主要影响因素。然后,以杆体尾部最大轴向应力及锚固界面脱黏长度为损伤... 详细信息

针对爆破动载作用下全长锚固玻璃钢锚杆的累积损伤破坏问题,首先根据爆破动载下锚杆受力原理,揭示爆破动载下锚杆支护体系累积损伤过程,确定玻璃钢锚杆失效的形式及主要影响因素。然后,以杆体尾部最大轴向应力及锚固界面脱黏长度为损伤变量,结合Miner线性累积损伤理论,建立玻璃钢锚杆累积损伤计算模型,同时利用FLAC软件建立全长砂浆锚固锚杆动载受力模型,并依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动实测数据,对爆破动载下的全长锚固玻璃钢锚杆受力及累积损伤特征进行理论研究和数值分析,并将研究结果与金属锚杆进行对比。最后通过金川三矿区玻璃钢锚杆支护效果分析与现场试验,确定爆破动载下玻璃钢锚杆支护的可行性。主要研究成果如下:(1)爆破动载下,全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力在孔口处出现最大值后,沿杆体轴向指数型衰减至零,且应力分布较金属锚杆更为集中。两个界面剪应力均是沿杆体轴向迅速增大至峰值后快速减小为零,之后黏结性能相对较弱的界面首先发生脱黏破坏,脱黏位置剪应力下降至残余黏结强度,同时剪应力峰值向孔底转移。玻璃钢锚杆界面剪应力较金属锚杆分布更集中,峰值位置更加突出。(2)玻璃钢锚杆最大轴向应力随动载强度增大呈线性增大而随围岩或砂浆强度的增大而减小。改变动载强度并不能改变锚固界面的破坏形式,脱黏破坏始终发生在黏结性能相对较弱的界面。动载强度越大,界面脱黏长度和剪应力分布范围越大,剪应力峰值位置越靠近孔底,而未破坏界面的剪应力峰值位置也会向孔底转移。围岩强度越大或砂浆强度越小,剪切破坏越倾向于发生在杆体-砂浆界面,反之,则越倾向于发生在砂浆-围岩界面。(3)玻璃钢锚杆杆体损伤累积速度随爆破次数持续增大,但增速增长的较为缓慢,而锚固界面损伤累积速度则随爆破次数快速增大,呈指数型增长。玻璃钢锚杆杆体累积损伤特征在一定程度上与金属锚杆相反,其抗爆性能比金属锚杆差,而锚固界面累积损伤特征与金属锚杆基本一致,界面均从孔口处开始脱黏,且脱黏长度随动载次数均呈指数型增长。(4)随着动载强度的增大,玻璃钢锚杆杆体和锚固界面失效前的最大受力次数呈指数型下降,且呈现出先快速下降后缓慢下降的两阶段特征。围岩或砂浆强度越大,单次爆破动载对杆体及界面造成的损伤越小,杆体及界面的损伤累积速度也越小。随着界面黏结强度的增大,界面损伤累积速度显著降低。(5)爆破动载下玻璃钢锚杆支护效果分析与现场试验表明,优化后的玻璃钢锚杆支护有效期限明显提升,并未发生明显的锚杆破坏情况。锚杆受力整体上都没有超过玻璃钢锚杆自身抗拉强度,支护区域矿岩稳定性能满足现场正常生产的要求,在爆破动载条件下使用玻璃钢锚杆支护是可行的。

关键词：爆破动载全长锚固玻璃钢锚杆累积损伤轴向受力锚固界面

爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆动力响应特征研究

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采矿与安全工程学报 2020年第5期37卷 898-907页

作者：王文杰王照刚郑际镜史志杰武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081 火箭军研究院工程设计研究所北京100120

针对爆破动载下全长砂浆锚固玻璃钢锚杆损伤破坏问题,基于结构动力学,依据爆炸球面波理论建立全长砂浆锚固玻璃钢锚杆动力响应模型。根据金山店铁矿全长砂浆锚固玻璃钢锚杆支护参数和爆破振动监测数据,计算并分析爆破动载下锚杆轴向应... 详细信息

针对爆破动载下全长砂浆锚固玻璃钢锚杆损伤破坏问题,基于结构动力学,依据爆炸球面波理论建立全长砂浆锚固玻璃钢锚杆动力响应模型。根据金山店铁矿全长砂浆锚固玻璃钢锚杆支护参数和爆破振动监测数据,计算并分析爆破动载下锚杆轴向应力、剪切应力随时间的变化特征和分布规律;研究爆心距、单次最大起爆药量和围岩弹性模量对锚杆动力响应的影响。结果表明:爆破动载下锚杆轴向应力和剪切应力最大值随单次起爆药量的增加快速增大且随时间呈正弦式变化和衰减,但随爆心距的增加而快速降低;应力作用范围主要集中在锚杆孔口附近的锚固段内且随应力峰值的增大而增长,但随着围岩弹性模量的减小逐渐增大且剪切应力最大值逐渐向锚固段深处移动,表明全长锚固玻璃钢锚杆在爆破动载下发生杆体尾部的断裂破坏或锚杆与砂浆接触面的剪切破坏与围岩性质相关。

关键词：锚杆支护砂浆锚杆全长锚固爆破动载动力响应

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全长锚固技术在准备巷道中的应用

煤矿安全 2019年第9期50卷 84-87,91页

作者：邵德盛查德求赵磊王威王福海陈康王庆牛安徽省煤炭科学研究院安徽合肥230001 淮浙煤电有限责任公司顾北煤矿安徽淮南232150

针对顾北矿南一1#煤采区煤层回风巷复合顶板的地质条件,为了保证准备巷道在整个采区服务年限内支护安全,采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等'四位一体'的研究手段确定顾北矿A组煤准备巷道合理锚杆支护参数,提出全长锚固预应... 详细信息

针对顾北矿南一1#煤采区煤层回风巷复合顶板的地质条件,为了保证准备巷道在整个采区服务年限内支护安全,采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等'四位一体'的研究手段确定顾北矿A组煤准备巷道合理锚杆支护参数,提出全长锚固预应力技术方案,开展了工业性试验,巷道顺利安全贯通,12个月的矿压观测表明,顶底板位移量最大值为140 mm,两帮位移量为80 mm,巷道变形较小。

关键词：全长锚固准备巷道四位一体联合支护数值模拟