高延伸率錨索動(dòng)態(tài)力學(xué)特性及工程應(yīng)用

付玉凱 ，吳擁政 ，周鵬赫 ，孫卓越 ，李軍臣

（1.中煤科工開采研究院有限公司, 北京 100013；2.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計(jì)事業(yè)部, 北京 100013；3.煤炭科學(xué)研究總院開采研究分院, 北京 100013；4.煤炭智能開采與巖層控制全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100013）

0 引 言

隨著煤礦開采深度的增加，煤礦巷道在掘進(jìn)過程中常面臨高應(yīng)力、軟巖、強(qiáng)采動(dòng)及強(qiáng)沖擊等復(fù)雜地質(zhì)條件[1–3]。傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)材料難以滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道圍巖控制要求，常造成巷道支護(hù)材料斷裂失效，圍巖出現(xiàn)強(qiáng)烈變形，甚至出現(xiàn)坍塌冒頂事故[4–5]。為了滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道的支護(hù)要求，具有高強(qiáng)度、高延伸率及高抗沖擊等特性錨桿(索)支護(hù)材料及技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)[6–9]。

研究發(fā)現(xiàn)，深部復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道錨桿(索)支護(hù)材料應(yīng)具有高強(qiáng)度和一定的變形能力[10–11]。支護(hù)材料的高強(qiáng)度是其施加高預(yù)應(yīng)力的基礎(chǔ)。同時(shí)，支護(hù)材料的強(qiáng)度高，在深部巷道圍巖使用過程中能有效避免斷裂失效；支護(hù)材料的變形能力能適應(yīng)巷道圍巖的變形，使巷道圍巖的能量得到一定的釋放。基于上述2 個(gè)方面，國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)出了不同型號(hào)的吸能錨桿系列支護(hù)材料，根據(jù)吸能錨桿工作原理的不同可分為3 種，即桿體結(jié)構(gòu)型、機(jī)械結(jié)構(gòu)型及材料型吸能錨桿。

1)桿體結(jié)構(gòu)型吸能錨桿。桿體結(jié)構(gòu)型錨桿主要是通過桿體與錨固劑或圍巖的摩擦作用來實(shí)現(xiàn)其工作阻力和變形能力。HOEK 等[12]開發(fā)了Swellex 錨桿，Swellex 錨桿由開槽無縫鋼管桿體和托板組成，無縫鋼管通過內(nèi)部高壓水膨脹實(shí)現(xiàn)桿體與圍巖的接觸，桿體與圍巖間通過摩擦力來提供支護(hù)工作阻力和變形；……