适用于围岩大变形的螺纹钢锚杆设计及工程实践

作     者：韩军 王鑫 马双文 张明 CAO Chen REN Ting HAN Jun;WANG Xin;MA Shuangwen;ZHANG Ming;CAO Chen;REN Ting

作者机构：辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 辽宁省煤炭资源安全开采与洁净利用工程研究中心辽宁阜新123000 澳大利亚伍伦贡大学土木、采矿与环境学院新南威尔士伍伦贡2522 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52074145) 辽宁省高等学校创新人才支持计划资助项目(LR2017030) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2021年第46卷第12期

页      码：3745-3755页

摘      要：矿用锚杆自20世纪90年代已开始大规模应用,但目前其螺纹几何参数仍与土木行业钢筋相同。钢筋螺纹是针对地面无地应力、且支护体变形控制在弹性阶段的钢混结构而设计,随着深部资源开采进展,地下巷道出现围岩大变形,原基于地面建筑的钢筋螺纹几何参数需针对高地应力、软岩大变形等地质条件进行优化。基于锚固力学载荷传递机理,明确螺纹钢螺纹是锚杆支护承载者,锚杆锚固性能与螺纹几何参数密切相关;通过分析锚固段的破坏方式,将锚固段破坏分为平行剪切破坏和剪涨滑移破坏;进一步通过分析2种破坏过程,阐明了螺纹几何参数(包括杆体直径、螺纹上升角、肋宽、肋坡角、肋高、肋间距)对锚固性能的影响和作用。针对深部资源开采,综合考虑巷道围岩的变形控制及离层控制,研发了一种适用于围岩大变形的新型螺纹钢锚杆,该设计通过螺纹几何优化提高了锚固段的峰后残余强度,通过增加锚固段吸能能力有效提高大变形围岩体的岩层控制能力。对新螺纹钢锚杆进行了实验室锚固力测试和现场拉拔试验,结果显示,围岩大变形锚杆平均拉拔力峰值比矿用左旋锚杆分别提高了13%和16%;从能量吸收的角度,新锚杆在实验室和现场的平均吸能较左旋锚杆提高了15%和55%,表明围岩大变形锚杆的锚固性能优于矿用的左旋锚杆。进一步对新设计锚杆进行了工业试验,在深部回采巷道设计安装了3种锚网支护方式,通过对比分析断面收敛量、顶板离层量、杆力及锚杆宏观破断失效方式等,进一步验证了新设计的围岩大变形锚杆支护更有利于深部巷道的岩层控制。

主 题 词：螺纹优化 围岩大变形 锚杆支护 锚固力测试 工业试验 

学科分类：081901[081901] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 0903[农学-动物生产类] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2021.0054

馆 藏 号：203107126...