深部回采巷道围岩力热效应研究

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最近十年以来,我国中东部浅层煤炭储量日益减少,多数矿井逐渐转向深部开采,也就必然面临“三高”的影响,因此深部回采巷道支护越来越成为当下煤矿安全生产的难题。为此本文先对取自工程现场的煤岩试样进行单轴压缩,确定煤岩单轴抗压强度等物理力学参数,继而在实验室通过配比制取相似标准试件,在结构上和力学特性与原岩保持相似,常温条件下力学特性曲线与原岩保持相似,研究不同温度下煤岩单轴压缩力学特性的影响;同时为了深入研究树脂锚杆锚固特性,本文在实验室通过配比与原巷道等强度的围岩作为围岩介质,通过分析锚固界面力学性能变化以及围岩破坏特征,确定锚杆锚固破坏机理,主要研究成果如下:  (1)通过研究不同温度下砂岩和煤的力学特性曲线,全过程应力应变曲线都经历4个阶段:压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段。温度不同,每条曲线所表现出来的特点也不相同。相同的温度条件下,每组实验的3个试件的力学特性曲线也存在差异。  (2)随着温度的升高砂岩的峰值应力逐渐降低,40℃以前砂岩峰值应力降低速度较快,40℃以后峰值应力下降程度较小,峰值应变逐渐降低,弹性模量逐渐降低,体积模量逐渐增大;煤试件的峰值应力随温度的升高而变大,峰值应变随温度的升高而逐渐变小,弹性模量随温度增加逐渐变小,体积模量随温度升高逐渐变小。  (3)基于实验过程中得到的砂岩与煤的峰值应力、峰值应变、弹性模量,根据weibull分布的假设、岩石应力应变强度理论与损伤力学理论,计算考虑温度效应的岩石热损伤本构方程。  (4)基于岩石的单轴实验确定的配比,制作围岩介质为砂岩和围岩介质为煤的水泥砂浆锚固试件,测量不同温度对两种围岩介质锚固性能的影响,表明:随着温度的升高,围岩介质为砂岩和煤的树脂锚固剂锚固性能逐渐降低;通过两种围岩介质的对比,同一温度条件下,围岩强度对树脂锚固剂的锚固性能也会有较大。在锚杆自由端附近轴力最大,沿着锚杆长度逐渐降低。从锚固试件的破坏形式来看,锚杆的脱落形式主要表现为锚杆锚固层与围岩之间发生相对滑动;当拉拔荷载超过锚固层与围岩之间的粘结力时,锚固层整体被拔出。
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