动载锚杆在冲击地压防治中的应用研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianzhihen1234
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本文首先介绍了冲击地压灾害的特点,分析了煤矿深井巷道在冲击地压作用下的破坏特征,进一步介绍了国内外防治冲击地压灾害的综合治理措施,并在前人的研究基础上,提出了本文的研究方法和内容。1.根据相似理论进行大型地质力学模型试验,按平面应变考虑,将水泥、砂和水按质量比为1:14:1.5的配比配制模型材料,用1.7mm铝丝模拟锚杆,石膏模拟水泥砂浆,在拱腰斜上方采用20gTNT炸药模拟冲击地压。再现了在短密锚杆支护工况下洞室抗冲击过程。试验结果表明:100mm短密锚杆不能有效的防止冲击地压对洞室的破坏,冲击压力直接将爆心至拱腰处的岩体材料冲出,破碎岩体以碎屑状为主,只有少数几个较大块体;从埋设在洞室周围的应变片可以看出,在冲击压力作用下,洞室围岩内动应变场主要表现拉应变,距离爆心越近,则产生拉应变越大。距离爆心最近的应变测点均出现受拉破坏;从设置在拱腰处的加速度传感器监测结果可知,在爆心附近洞壁主要表现为压的加速度,而在其它部位表现为拉的加速度,且压加速度峰值远大于拉的值。距离爆心越远,其加速度的峰值下降越剧烈。2.在模型试验的基础上,采用有限差分软件FLAC3D进行数值仿真计算。反演了冲击荷载和三向加载共同作用下岩体的力学参数,设计了5种锚杆长度、2种锚杆间距和吸能装置等三种支护措施,系统研究了三种支护措施组合下的15种工况的抗冲击特征。数值计算结果表明:支护锚杆长度存在一个最为合理的长度L。当实际支护长度小于L时,支护效果随长度增加而增强,当实际支护长度大于L时,支护效果随长度增加而减弱;锚杆间距也存在一个最为合理的间距D;洞壁表面吸能装置模拟结果表明,吸能装置的添加虽不能完全防止洞室破坏,但洞室破坏程度进一步降低,吸能装置有效地吸收了一部分能量,协助锚杆和围岩承担了部分冲击压力;从锚杆受力状况可知,洞周锚杆并不是均匀受力,在拱腰处的几根锚杆受拉力作用非常明显,其值可达到周围其它锚杆受力的100倍以上。虽然三种支护措施均不能达到完全支护效果,但不同工况下的洞室破坏程度却有所改变,为冲击地压的防治提供了更为清晰的认识,为进一步研究支护方案提供了理论和试验依据。
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