煤帮螺旋锚杆锚固作用分析
发布时间：2020-12-22 21:37
螺旋锚杆对松散巷帮支护有较强的适应性,为特定地质条件下树脂锚固系统失效带来的安全风险提供了解决方案。螺旋锚杆锚固力生成、工作及失效机理研究对煤巷支护产品优化升级至关重要。本文聚焦于螺旋锚杆锚固机制,采用理论分析、实验室试验、现场验证等综合研究手段,分析了螺旋锚杆锚固微元运动及受力状态,阐述了螺旋锚杆锚固力生成过程,提出了螺旋锚杆嵌固式、摩擦式和反作用力式的三种锚固力生成途径;通过现场实测,研究了安装工艺、螺杆结构高度,螺旋嵌固段长度分别与螺旋锚杆锚固效果的关系;总结了螺旋锚杆锚固系统失效特征,表征了螺旋锚杆实验室极限工作条件下的载荷分布规律;开展了螺旋锚杆锚固力现场监测,分析了围岩稳定及采动条件下螺旋锚杆锚固力在煤帮中的演化规律。主要结论如下:（1）在满足锚杆结构强度、刚度的前提下,减小锚杆螺旋大径D、螺旋结构槽深度h,控制槽宽比u0,选择与锚杆参数匹配的钻机有利于螺旋锚杆旋进及锚固力生成。（2）螺旋锚杆锚固力与导孔直径呈先增加后降低的趋势;导孔储备值在30mm60mm之间,锚固效果最好;螺旋嵌固段长度要综合考虑螺旋高度、导孔深度、煤体的物理...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋锚杆类型Figure2-1TypeofScrewbolt
螺旋锚杆旋进模型中，螺旋结构的螺旋结构槽受到煤体垂直方向上的压应力 σv作用，因此，螺旋锚叶受到方向与螺旋微分单元速度 v 相反的煤体摩擦应力 ，螺旋结构槽内的煤屑受到的剪应力为 τ，其方向与煤屑微分单元速度 νa相反。图中 σv 下指螺旋杆体下方煤岩体对杆体产生的应力，由于忽略了杆体自重，孔外煤体受到的干扰忽略不计，σv 下与垂直方向上应力 σv大小相等，方向相反。螺旋锚杆锚固力生成的三个机制中提到，锚杆螺旋挤压煤体并在重力及构造应力的作用下锚固力会明显增大，由此可见，螺旋锚杆锚固力与安装位置处应力环境密切相关，锚固微元收到的正应力、剪应力都与煤体的受力存在联系，基于此，我们对螺旋锚杆表明煤体的受力进行探讨分析。在摩擦阻力和剪切力共同作用下，需要建立垂直压应力 σv和杆体螺旋结构槽内煤屑受到的剪应力 τ 在水平方向的变化规律，其中，煤体垂直压应力 σv可以与摩擦阻力 的变化规律建立联系。2.3.1 旋进模型表面煤体垂直应力
3.1.1 试验仪器准备本次井下试验，所需仪器设备均为现场常用的设备，试验之前都经过检修校对，满足试验要求。具体包括手动式锚杆拉拔仪如图3-1（a）所示；带有铭牌和刻度盘的扭矩扳手如图3-1（b）所示；手持式气动帮锚杆钻机如图3-1（c）所示；卷尺，液压测力计如图3-1（d）所示；钻头系列等。（a）手动式锚杆拉拔仪 （b）扭矩扳手（c）手持式气动帮锚杆钻机 （d）液压测力计图 3-1 试验所用的主要仪器Figure 3-1 The main instruments required for the test
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析[J]. 李怀珍,李学华,种照辉,龙景奎. 采矿与安全工程学报. 2017(06)
[2]强力锚杆杆体断裂失效的微细观试验研究[J]. 吴拥政,褚晓威,吴建星,何杰. 煤炭学报. 2017(03)
[3]西部矿区植被根系采动损伤特征及细观力学机制[J]. 潘东江,张农,赵一鸣,雷少刚. 煤炭学报. 2017(02)
[4]煤炭精准开采科学构想[J]. 袁亮. 煤炭学报. 2017(01)
[5]端部锚固锚杆预应力场分布特征的大型模型试验研究[J]. 林健,石垚,孙志勇,王正胜,蔡嘉芳. 岩石力学与工程学报. 2016(11)
[6]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普. 中国矿业大学学报. 2016(06)
[7]钢螺旋锚杆承载能力的有限元分析[J]. 尹新生,宋晓东. 吉林建筑大学学报. 2016(04)
[8]浅部煤矿井下地应力分布特征研究及应用[J]. 康红普,司林坡,张晓. 煤炭学报. 2016(06)
[9]超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术[J]. 康红普,范明建,高富强,张辉. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[10]千米深井高地压软岩巷道沿空留巷工程案例[J]. 张农,陈红,陈瑶. 煤炭学报. 2015(03)
博士论文
[1]全长锚固系统失效机制及耐久性探究[D]. 冯晓巍.中国矿业大学 2017
[2]巷道快速掘进空顶区顶板破坏机理及稳定性控制[D]. 马睿.中国矿业大学 2016
硕士论文
[1]螺旋钢桩竖向承载机理试验研究[D]. 王达麟.天津大学 2012
[2]自旋锚管技术在软岩隧道支护中的研究与应用[D]. 周杨.西安科技大学 2011
[3]土层自旋锚管的研究与工程应用[D]. 许刚.西安科技大学 2010
本文编号：2932478
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋锚杆类型Figure2-1TypeofScrewbolt
螺旋锚杆旋进模型中，螺旋结构的螺旋结构槽受到煤体垂直方向上的压应力 σv作用，因此，螺旋锚叶受到方向与螺旋微分单元速度 v 相反的煤体摩擦应力 ，螺旋结构槽内的煤屑受到的剪应力为 τ，其方向与煤屑微分单元速度 νa相反。图中 σv 下指螺旋杆体下方煤岩体对杆体产生的应力，由于忽略了杆体自重，孔外煤体受到的干扰忽略不计，σv 下与垂直方向上应力 σv大小相等，方向相反。螺旋锚杆锚固力生成的三个机制中提到，锚杆螺旋挤压煤体并在重力及构造应力的作用下锚固力会明显增大，由此可见，螺旋锚杆锚固力与安装位置处应力环境密切相关，锚固微元收到的正应力、剪应力都与煤体的受力存在联系，基于此，我们对螺旋锚杆表明煤体的受力进行探讨分析。在摩擦阻力和剪切力共同作用下，需要建立垂直压应力 σv和杆体螺旋结构槽内煤屑受到的剪应力 τ 在水平方向的变化规律，其中，煤体垂直压应力 σv可以与摩擦阻力 的变化规律建立联系。2.3.1 旋进模型表面煤体垂直应力
3.1.1 试验仪器准备本次井下试验，所需仪器设备均为现场常用的设备，试验之前都经过检修校对，满足试验要求。具体包括手动式锚杆拉拔仪如图3-1（a）所示；带有铭牌和刻度盘的扭矩扳手如图3-1（b）所示；手持式气动帮锚杆钻机如图3-1（c）所示；卷尺，液压测力计如图3-1（d）所示；钻头系列等。（a）手动式锚杆拉拔仪 （b）扭矩扳手（c）手持式气动帮锚杆钻机 （d）液压测力计图 3-1 试验所用的主要仪器Figure 3-1 The main instruments required for the test
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤岩锚固系统滑移脱黏试验研究与力学性能分析[J]. 李怀珍,李学华,种照辉,龙景奎. 采矿与安全工程学报. 2017(06)
[2]强力锚杆杆体断裂失效的微细观试验研究[J]. 吴拥政,褚晓威,吴建星,何杰. 煤炭学报. 2017(03)
[3]西部矿区植被根系采动损伤特征及细观力学机制[J]. 潘东江,张农,赵一鸣,雷少刚. 煤炭学报. 2017(02)
[4]煤炭精准开采科学构想[J]. 袁亮. 煤炭学报. 2017(01)
[5]端部锚固锚杆预应力场分布特征的大型模型试验研究[J]. 林健,石垚,孙志勇,王正胜,蔡嘉芳. 岩石力学与工程学报. 2016(11)
[6]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普. 中国矿业大学学报. 2016(06)
[7]钢螺旋锚杆承载能力的有限元分析[J]. 尹新生,宋晓东. 吉林建筑大学学报. 2016(04)
[8]浅部煤矿井下地应力分布特征研究及应用[J]. 康红普,司林坡,张晓. 煤炭学报. 2016(06)
[9]超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术[J]. 康红普,范明建,高富强,张辉. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[10]千米深井高地压软岩巷道沿空留巷工程案例[J]. 张农,陈红,陈瑶. 煤炭学报. 2015(03)
博士论文
[1]全长锚固系统失效机制及耐久性探究[D]. 冯晓巍.中国矿业大学 2017
[2]巷道快速掘进空顶区顶板破坏机理及稳定性控制[D]. 马睿.中国矿业大学 2016
硕士论文
[1]螺旋钢桩竖向承载机理试验研究[D]. 王达麟.天津大学 2012
[2]自旋锚管技术在软岩隧道支护中的研究与应用[D]. 周杨.西安科技大学 2011
[3]土层自旋锚管的研究与工程应用[D]. 许刚.西安科技大学 2010
本文编号：2932478
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