高冲击韧性锚杆吸能减冲原理及应用
本文选题:巷道支护 + 冲击地压 ; 参考:《煤炭科学研究总院》2015年博士论文
【摘要】:本文针对目前冲击地压巷道的支护难题,以义马矿区常村煤矿为研究背景,采用实验室实验、数值模拟、理论分析与井下试验相结合的综合研究方法,对冲击地压巷道失稳破坏原因、煤岩体冲击载荷下的动态力学性质及高冲击韧性锚杆的抗冲击性能进行了研究,获得以下主要研究成果:(1)巷道开挖形成的煤岩体节理和裂隙,大大降低了煤岩体的完整性,使其应变率敏感性增强,进而增大了裂隙煤岩体的塑性变形能力;(2)高冲击韧性锚杆具有高强度、高冲击韧性及高延伸率,可以经受冲击地压所产生的冲击载荷,杆体可以在高强度下屈服吸能,具有良好的吸能减冲特性,且不易动载破断,高预应力可有效提高裂隙煤岩体的粘结力和抗滑力,使冲击载荷下裂隙煤岩体的塑性变形能力减弱,从而增强煤岩体的稳定性;(3)建立了高冲击韧性锚杆吸能减冲模型,分析了高冲击韧性锚杆防冲抗震的机理,提出了高抗冲击体的概念和高冲击韧性锚杆吸能减冲原理,高冲击韧性锚杆与巷道围岩组成了一个共同的高抗冲击体,采用高强度锚索,使高抗冲击体和深部岩体形成复合抗冲击体,增大围岩承载结构,增加锚固层厚度和强度,高强度锚索不但可以提供较大的承载载荷,且高强度锚索可以使高抗冲击体和深部岩体协调变形,避免冲击载荷作用下高抗冲击体的不协调变形而产生失稳破坏,复合抗冲击体随冲击波冲击方向整体高强度让压吸能,从而耗散冲击地压灾害释放的大量冲击能量;(4)基于高抗冲击体力学模型和能量耗散模型,确定了高抗冲击体防冲抗震的应力判据和能量准则,得出高冲击韧性锚杆与巷道围岩的协调变形(高抗冲击体)是耗散冲击地压能量的主要方式,通过提高锚杆的预紧力、强度、冲击韧性及支护密度等参数,可有效提高巷道围岩的抗冲击能力;(5)将研究成果进行了现场应用,解决了冲击地压巷道的支护难题,取得了良好支护效果,进一步验证了高冲击韧性锚杆吸能减冲原理的正确性。
[Abstract]:In this paper, aiming at the difficult supporting problem of impact ground pressure roadway, taking Changcun Coal Mine in Yima Mining area as the research background, the comprehensive research method of laboratory experiment, numerical simulation, theoretical analysis and underground test is adopted. In this paper, the failure reason of rock entry instability, the dynamic mechanical properties of coal and rock mass under impact load and the impact resistance of high impact toughness anchor are studied. The main research results are as follows: (1) the joints and fractures of coal and rock mass formed by tunnel excavation. The integrity of coal and rock mass is greatly reduced, the sensitivity of strain rate is enhanced, and the plastic deformation ability of fractured coal and rock mass is increased. (2) High impact toughness anchor rod has high strength, high impact toughness and high elongation. The bar body can yield and absorb energy under high strength, has good energy absorption and impact reduction characteristics, and is not easy to break under dynamic load. High prestress can effectively improve the cohesion and slide resistance of fractured coal and rock mass. The plastic deformation ability of fractured coal and rock mass is weakened under impact load, and the stability of coal and rock mass is enhanced. (3) the energy absorption model of high impact toughness bolt is established, and the mechanism of high impact toughness anchor is analyzed. The concept of high impact resistance body and the principle of energy absorption and impact reduction of high impact toughness anchor rod are put forward. The high impact toughness anchor rod and surrounding rock of roadway constitute a common high impact resistant body, and the high strength anchor cable is used. The high strength anchor cable can not only provide a large load, but also increase the bearing structure of surrounding rock, increase the thickness and strength of the anchoring layer, and make the high impact resistant body and deep rock mass form a composite shock resistant body, and increase the bearing structure of surrounding rock. And the high strength anchor cable can make the high impact body and the deep rock mass deform harmoniously, avoid the uncoordinated deformation of the high resistance impact body under the impact load and cause instability damage, and the composite shock resistant body makes the whole high strength energy absorption with the direction of shock wave impact. Therefore, a large amount of shock energy released by shock ground pressure disaster is dissipated. (4) based on the high shock resistance physical model and energy dissipation model, the stress criterion and energy criterion of high impact resistant body are determined. It is concluded that the coordinated deformation of high impact toughness anchor rod and surrounding rock of roadway (high shock resistance) is the main way to dissipate the energy of impact ground pressure. By improving the parameters such as pretightening force, strength, impact toughness and support density of bolt, etc. (5) the research results are applied in the field to solve the problem of supporting roadway under impact ground pressure, and good support effect is obtained. It further verifies the correctness of the principle of energy absorption and impact reduction of high impact toughness anchor.
【学位授予单位】:煤炭科学研究总院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD353.6
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 黄春曼;李慧敏;;车辆碰撞及吸能材料结构研究进展综述[J];装备制造技术;2012年01期
2 贾福音,杨华,毕少华,蔡善海,岱贞海,张宝林,朱子星;托罐式吸能防撞梁[J];煤矿机械;2001年05期
3 吴义富;顾红军;阳波;;植物秸秆吸能缓冲特性研究[J];噪声与振动控制;2006年03期
4 程群峰;许亚洪;廖建伟;方征平;益小苏;;引发机制对复合材料波形梁吸能性能的影响及其破坏形貌分析[J];复合材料学报;2008年01期
5 刘瑞同,林建平,王鑫伟;复合材料对称元件的缓冲吸能性能研究[J];热固性树脂;2004年03期
6 张伟;郑鹏飞;刘陈;高原;;动态冲击荷载作用下橡胶材料吸能率分析[J];兵器材料科学与工程;2012年05期
7 赵统武;应力波法测试凿岩机冲击能量系统中吸能装置的研究[J];矿冶工程;1987年02期
8 贺成红;张佐光;李玉彬;孙志杰;;复合材料的冲击吸能与动态黏弹特性[J];北京航空航天大学学报;2007年07期
9 潘一山;马箫;肖永惠;李忠华;;矿用防冲吸能支护构件的数值分析与实验研究[J];实验力学;2014年02期
10 李剑峰;;柔性缓冲吸能式挡车装置[J];煤矿机械;2008年03期
相关会议论文 前10条
1 杨志强;杨嘉陵;;吸能缓冲靴设计方法研究[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
2 王光耀;万鑫铭;李阳;高丽;周佳;赵清江;;热处理工艺对铝合金吸能盒力学性能和吸能性能影响的研究[A];2012重庆汽车工程学会年会论文集[C];2012年
3 赵洪伦;程玲;王文斌;;吸能元件特性的非线性有限元仿真研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
4 许亚洪;程群峰;益小苏;;不同引发机制对复合材料圆管件吸能性能影响的初步研究[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
5 燕瑛;罗炜桓;王立朋;宫少波;;复合材料圆筒结构准静态压缩破坏吸能研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
6 彭跃湘;;平头汽车碰撞吸能器结构设计与试验研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
7 黄可;顾菲菲;何思渊;何德坪;;梯度孔径多孔铝合金的压缩及吸能性能[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 李本怀;王科飞;李成林;;B型不锈钢地铁碰撞吸能研究[A];第八届中国智能交通年会论文集[C];2013年
9 潘一山;吕祥锋;李忠华;;煤矿冲击地压巷道吸能支护研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
10 赵桂范;林乐川;储元娟;;曲面壳体撞击吸能分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
相关重要报纸文章 前4条
1 湖南记者站 组稿;列车结构塑变吸能技术及装置[N];科技日报;2012年
2 本报记者 谢莉葳;寻求车头吸能与刚性的平衡[N];中国消费者报;2013年
3 成吉昌 郭惠斌;防撞吸能装置令驾驶员更安全[N];中国汽车报;2001年
4 段衍;轻客品质 微面成本[N];民营经济报;2006年
相关博士学位论文 前8条
1 付玉凯;高冲击韧性锚杆吸能减冲原理及应用[D];煤炭科学研究总院;2015年
2 张宗华;轻质吸能材料和结构的耐撞性分析与设计优化[D];大连理工大学;2010年
3 雷成;基于多体系统动力学的机车车辆耐撞性研究[D];西南交通大学;2014年
4 柳艳杰;汽车低速碰撞吸能部件的抗撞性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 尹汉锋;着陆缓冲系统中吸能结构的耐撞性优化[D];湖南大学;2011年
6 李松晏;高速列车吸能结构研究与明线交会安全评估[D];中国科学技术大学;2014年
7 王志华;泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究[D];太原理工大学;2005年
8 黄俊;面向行人下肢碰撞保护的汽车前端结构快速优化设计研究[D];清华大学;2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 姚鹏辉;基于连挂碰撞的城轨车辆吸能结构研究[D];西南交通大学;2015年
2 余建立;翻转式薄壁结构吸能特性研究及其在吸能盒中的运用[D];华南理工大学;2015年
3 刘洪兰;汽车吸能盒抗撞性仿真优化研究[D];上海工程技术大学;2015年
4 赵景慧;FSAE赛车复合材料碰撞缓冲结构研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 刘传欣;脆性复合材料冲击防护吸能优化设计[D];大连理工大学;2015年
6 姜帆;基于变截面板的吸能盒与前纵梁优化[D];大连理工大学;2015年
7 林繁国;汽车碰撞能量衰变特性研究及磁流变液缓冲吸能装置设计[D];重庆交通大学;2015年
8 陈淑琴;城轨车辆碰撞仿真分析及其耐撞性研究[D];兰州交通大学;2015年
9 师光耀;基于ANSYS Workbench的汽车吸能盒碰撞仿真及优化设计研究[D];河北科技大学;2015年
10 张哲绎;复合材料薄壁结构抗撞性优化设计[D];燕山大学;2016年
,本文编号:2077552
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/2077552.html