《動壓巷道錨固體大變形與錨固作用衰減機理》是依託中國礦業大學，由鄭西貴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：動壓巷道錨固體大變形與錨固作用衰減機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鄭西貴
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高強預應力錨桿支護已成為我國煤礦的主要巷道支護形式，但由於采動應力的強烈作用，巷道錨固環境急劇惡化，錨固作用迅速衰減甚至失效，導致頂板事故或巷道強烈收斂變形。通過現場實測、實驗分析、數值模擬和理論分析相結合的手段，研究動壓巷道圍岩應力分布特徵及演化規律，錨固系統的物理效應、力學效應和結構效應，動態實時監測錨固工作狀態和巷道圍岩表面及岩體內部的精細位移監測，揭示外無效加固體誘導采動巷道大變形的機理；揭示出預應力加長錨固方式的錨固作用衰減呈現出二次或多次波動的更複雜規律，非傳統全長錨固方式或端錨形式的增阻、恆阻、衰減的簡單曲線規律；適時注漿技術可改善圍岩完整性，增加錨桿的粘結長度，達到恢復錨固力的作用。為強采動作用下的巷道預應力錨桿支護和頂板安全控制提供理論保障和技術支持。
結題摘要
針對煤礦巷道預應力錨固控制技術，通過實驗室實驗、現場實測、力學建模分析、數值計算等綜合研究手段，系統研究了初始托錨力與預緊力矩的轉換關係；提出了臨界預緊力矩的概念，分析了托錨力在掘採過程中的波動演化特徵和影響因素，揭示了托錨力在圍岩變形破壞過程中的演化規律；提出了協同承載原理，創新了穩定托錨力的技術方法，並開展了工程實踐驗證研究，主要結論如下： （1）分析了錨桿托錨力與預緊力矩的轉換關係，托錨力沿軸向方向的應力分布情況和影響因素。通過測試常規系列錨桿在自製實驗台及井下平層狀岩石表面、煤體粗糙面和噴砼光面等3種工程界面預緊力矩和托錨力的轉換關係，發現了扭矩係數趨於定值的現象，提出了臨界預緊力矩的概念，即托錨力與預緊力矩線性增長且扭矩係數達到穩定時的扭矩，特定條件下測得的數值為200 N•m左右。 （2）基於層狀岩體的錨固段粘結應和傳遞力學分析，修正了剪下滯力學模型，解釋了層狀岩體逐層脫粘累次破壞的現象，提出了漸次脫錨判據，揭示了托錨力振盪波動的機理。 （3）實測了7條深井巷道頂板64組錨桿和47組錨索的托錨力，得出了托錨力波動的基本規律。總結了影響托錨力波動的多種主要因素，包括層理數目、初始預緊力、采動應力和護表構件剛度等；歸納了掘采全過程工作托錨力演化的8種類型，利於工作托錨力穩定和圍岩控制的類型有穩定型、躍升趨穩型、單一漸增型、單一緩降型和緩降趨穩型；不利於圍岩穩定和安全的瞬降失效型、鋸齒型振盪和台階下降等類型。 （4）調研了多個礦井的錨桿支護巷道，分析了托錨力損耗與圍岩破壞的關係，總結了產生托錨力完全損耗、部分損耗、無損耗的原因，及其對應的巷道支護失效、低效和大變形，並採用FLAC3D數值軟體計算分析了錨桿預緊力的合理取值，提出了利用高預緊力錨索和高剛度護表構件消除錨桿尾端拉應力作用效用的協同承載技術體系，分析了錨固劑粘結性能、錨固長度等對此體系影響。 （5）基於協同承載原理，創新研製了均勻承載的碟形錨索托盤、帶筋的高強T形鋼帶、帶托盤的高強鋼帶和錨桿柔性鎖緊結構等系列護表構件，形成了托錨力長時穩定的控制技術。 研究成果在淮南礦業集團潘一礦東區1252(1)首采工作面軌道順槽沿空留巷、丁集礦1252(1)工作面軌道順槽小煤柱沿空掘巷和大屯礦區孔莊礦-1 015水平混合井筒馬頭門的加固等地點進行了成功實踐，取得了較好的社會和經濟效益。
