新型机械式可回收端锚杆支护机理及应用研究

论文摘要

由于锚杆支护显著的技术经济优越性,已成为矿井巷道等地下工程支护的主要形式。煤矿巷道锚杆的种类繁多,我国煤矿巷道锚杆以树脂粘结式锚杆居多。但是,近年来发展起来的新型机械式可回收端锚锚杆,具有锚固性能好、可回收、施工快速方便等优点,然而,其支护机理等尚缺乏全面的认识。本文运用理论分析、实验测试、数值模拟和现场工业试验等方法与手段,对新型机械式可回收端锚锚杆支护的力学机理等进行了系统的研究,取得了如下创新性成果:(1)在详细考察新型机械式可回收端锚锚杆结构特点的基础上,对该新型锚杆的受力特征进行了系统的分析,对其力学性能进行了全面测试,并分析得到了锚固力的估算公式。在与树脂锚杆锚固性能比较的基础上,给出了该新型锚杆的适用环境。(2)针对锚杆支护的受力特点,建立了锚固围岩应力与变形分析的简化力学模型,并借助于经典弹性理论的Boussinesq解和Mindlin解,首次得到了锚固围岩应力场的解析解;给出了锚固围岩轴向、径向和环向应力的分布规律及随锚固长度的变化规律,揭示了端锚锚杆的锚固性能优于树脂锚杆的力学机理。(3)采用数值模拟方法,系统研究了锚固围岩沿锚杆的轴向应力、垂直于锚杆的径向应力和等效应力的分布特征,应用应力强度理论分析给出了不同锚固长度情况下锚杆支护对围岩强度的影响规律;研究结果表明,机械式端锚锚杆对锚固围岩的强化作用程度相对较高、强化作用范围相对较大。(4)系统研究了锚杆支护对巷道围岩稳定性的作用效应,给出了巷道围岩应力、变形、塑性区范围等随锚固长度和时间的变化规律,得到:随锚杆锚固长度的减小,巷道围岩的类压拱作用效应明显增强;巷道的顶底板移近量、两帮移近量均有明显减少;控制巷道围岩流变形的能力加强。(5)现场工业性试验,系统监测了新型机械式可回收端锚锚杆的支护效果,验证了该新型锚杆支护下的围岩稳定性和杆体的可回收性。监测结果表明,和同规格的树脂锚杆相比,新型机械式可回收端锚锚杆具有更优良的支护性能。研究成果可为新型机械式可回收端锚锚杆的推广应用提供重要依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• Abstract （detailed）
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义（Research Background and Significance）
• 1.2 国内外研究概况（Present Foreign and Domestic Research）
• 1.2.1 锚杆支护技术的沿革（The Historical Evolution of Bolt Support）
• 1.2.2 锚杆支护的作用机理研究（The Research on Action Mechanism of Bolt Support）
• 1.2.3 锚杆支护理论与应用研究（The Study on Bolt Support Theory and Application）
• 1.3 研究的内容及技术路线（Research Content and Techniques Course ）
• 1.3.1 研究的必要性（The Necessity of Research）
• 1.3.2 研究的关键技术（The Key Techniques of Research）
• 1.3.3 研究内容（Research Contents）
• 1.3.4 研究方法及技术路线（Research Approaches and Technique Course）
• 2 机械式可回收端锚杆的受力特征分析
• 2.1 锚杆种类（The Sort of Bolt ）
• 2.2 机械式可回收端锚锚杆的结构特点（The Structural Featuer of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 2.2.1 机械式可回收端锚锚杆结构（The Structural of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 2.2.2 机械式可回收端锚锚杆的工作原理及锚固性能特点（The Working Principle and Performance Characteristic of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt） ..
• 2.2.3 机械式可回收端锚锚杆性能的测试（The Performance Test of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 2.3 机械式可回收端锚锚杆的受力特征（Loading Characteristics Analysis of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 2.3.1 树脂粘结式锚杆的受力特征（Loading Characteristics Analysis of the Resin Anchor-hold）
• 2.3.2 机械式可回收端锚锚杆的受力特征（Loading Characteristics of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 2.3.3 两种锚杆支护的受力特征比较（Loading Characteristics Compa- rison of Two Anchor-hold）
• 2.3.4 机械式可回收端锚锚杆的锚固力分析（Analysis on Anchoring Force of the Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 2.4 本章小结（Summary）
• 3 机械式可回收端锚锚杆支护机理的理论分析
• 3.1 端锚锚杆对围岩作用的弹性分析（Elastic Analysis on End-anchored Applied on Surrounding Rock ）
• 3.1.1 力学计算模型（Mechanical Calculation Model）
• 3.1.2 端锚锚杆对围岩作用的弹性解（Elastic Solution for End- anchored Applied on Surrounding Rock）
• 3.1.3 锚固围岩应力分布特征(Stress Distribution Characteristic of Surrounding
• 3.2 树脂锚杆锚固作用的弹性分析（Comparative Analysis on Anchoring Effects of Two Types of Bolt）
• 3.2.1 力学模型的建立（The Establishment of Mechanical Model）
• 3.2.2 锚固机理的弹性解（Elastic Solution of Anchoring Principle）
• 3.2.3 不同锚固段长度下的围岩应力分布特征（Stress Distribution Characteristics of Surrounding Rock with Different Anchoring Length）
• 3.3 本章小结（Summary）
• 4 机械式可回收端锚锚杆支护机理的数值分析
• 4.1 应力状态对巷道围岩强度的影响（Influence of Stress State on Intensity of Roadways Surrounding Rock）
• 4.1.1 未受采动影响岩体的应力（Stress State of Uninfluenced Rock）
• 4.1.2 巷道围岩的应力状态（Stress State of Roadways Surrounding Rock）
• 4.1.3 围岩应力状态与巷道支护（Stress State of Surrounding Rock and Roadways Support）
• 4.2 锚杆支护对巷道围岩强度的影响（Influence on Intensity with the Supporting of Bolt）
• 4.2.1 锚杆支护对围岩岩性参数E、C、Φ的影响（Influence on Lithology Parameter E、C、Φ、of Supporting with Bolt）
• 4.2.2 锚杆支护对锚固体围岩强度的影响（Influence on Intensity with the Supporting of Bolt）
• 4.3 机械式可回收端锚锚杆锚固作用的数值模拟（Numerical Simulation Study on the Supporting of Mechanical Recoverable End-anchored Bolt）
• 4.3.1 数值计算方法及软件简介（Numerical Calculation Method and Software Introduction）
• 4.3.2 数值计算模型及方案（Numerical Calculation Model and Schemes）
• 4.3.3 数值模拟结果分析（Numeric Simulation Results and Analysis）
• 4.4 本章小结（Summary）
• 5 机械式可回收端锚锚杆支护巷道的稳定性分析
• 5.1 数值计算模型与计算方案（Numerical Calculation Model and Schemes）
• 2D简介(FLAC^2D Software Introduction)'>5.1.1 FLAC^2D简介(FLAC^2D Software Introduction)
• 5.1.2 计算模型与计算方案（Numerical Calculation Model and Schemes）
• 5.2 巷道围岩应力分布特征（Stress Distribution Features of the Roadway Surrounding Rock）
• y 分布（Vertical Stress Distribution Features of the Roadway Surrounding Rock ）'>5.2.1 巷道围岩的垂直应力σ_y 分布（Vertical Stress Distribution Features of the Roadway Surrounding Rock ）
• 5.2.2 巷道围岩的水平应力σx 分布（Horizontal Stress Distribution Features of the Roadway Surrounding Rock ）
• 5.3 巷道围岩的变形特征（Deformation Features of Roadway Surrounding Rock）
• 5.3.1 巷道围岩的垂直位移yv (Vertical Displacements of Roadway Surrounding
• 5.3.2 巷道围岩的水平位移xu （ Horizontal Displacements of Roadway Surrounding Rock）
• 5.4 巷道围岩塑性区分布特征（Plastic Zone Distribution Features of Roadways Surrounding Rock）
• 5.5 本章小结（Summary）
• 6 机械式可回收端锚锚杆支护巷道的围岩流变分析
• 6.1 流变本构模型简介（Introduction of Rock Creep Constitutive Model）
• 6.1.1 经典粘弹性模型（Sutra Viscoelastic Model）
• 6.1.2 Burgers 模型（Burgers Model）
• 6.1.3 Burgers 蠕变粘塑性模型（Burgers Creep Viscoelastic Model）
• 6.2 数值计算模型与计算方案（Numerical Calculation Model and Schemes）
• 6.2.1 数值计算模型（Numeric Calculation Model）
• 6.2.2 数值计算方案（Numeric Calculation Scheme）
• 6.3 数值模拟结果及分析（Numeric Simulation Results and Analysis ）
• 6.3.1 流变作用下巷道围岩的应力特征（Deformation Features of the Roadway Surrounding Rock with Rheologic Action）
• 6.3.2 流变作用下巷道围岩的变形特征（Stress Distribution Features of the Roadway Surrounding Rock with Rheologic Action）
• 6.3.3 流变作用下锚杆支护对巷道围岩塑性区的影响（Plastic Zone Distribution Features of Roadways Surrounding Rock With Rheologic Action）
• 6.4 本章小结（Summary）
• 7 工业性试验与效果分析
• 7.1 试验区概况（General Situation of Test Area）
• 7.2 支护方案设计（Design of Support Scheme）
• 7.2.1 锚杆支护设计原理（Design Principle of Bolt Support）
• 7.2.2 机械式可回收端锚锚杆支护方案设计（Design of Support Scheme with Mechanical Recoverable End-fixed Bolts）
• 7.3 机械式可回收端锚锚杆施工工艺与技术（Construction Technique and Technology of Mechanical Recoverable End-fixed Bolts）
• 7.3.1 施工机具选择（Choice of Contraction Equipments）
• 7.3.2 机械式可回收端锚锚杆施工工艺及技术要求（Construction Technique and Requirement of Mechanical Recoverable End-fixed Bolts）
• 7.4 机械式可回收端锚锚杆的回收方案与技术（Recycling Scheme and Technology of Mechanical Recoverable End-fixed Bolts）
• 7.4.1 回收方案与工艺（Recycling Scheme and Technology for Two Roadway of Fully-mechanized Face）
• 7.4.2 回收工作的组织管理（Organization and Management of Recycling Work）
• 7.5 井下支护质量观测方案与结果分析（Observation Scheme of Support Quality and Analysis for Results）
• 7.5.1 主要观测参数与仪器（Main Observation Parameters and Equipments）
• 7.5.2 观测方案设计（Design of Observation Scheme）
• 7.5.3 观测结果及分析（Observation Results and Its Analysis）
• 7.6 本章小结（Summary）
• 8 主要结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集