摘要：为了研究冲击载荷作用下锚杆的动态力学性能,测试了5种不同材质的锚杆杆体力学参数。采用自由落锤冲击实验装置对不同锚杆进行了侧向抗冲击性能实验,分析了侧向冲击载荷下锚杆的动力响应。进行了5种不同冲击高度的侧向抗冲击实验,得到不同冲击高度下不同锚杆的冲击动态响应曲线,锚杆表面轴向的应变时程曲线,冲击作用点的力-位移时程曲线。研究发现,在相同冲击能量下,锚杆冲击吸收功越高冲击峰值载荷越小,冲击作用时间随着冲击高度增大逐渐减小;冲击吸收功越高,锚杆应变峰值及残余应变越大;不同锚杆冲击力峰值和最大位移明显不同,峰值强度和最大位移越大,破断能越大。对锚杆抗冲击机理进行了研究,发现控制材质中有益及有害元素含量,可提高锚杆的抗冲击性能。测试了断口组织和金相组织,得到锚杆冲击吸收功越高,晶粒度级别越高的结论。

摘要：采用煤矿井下小孔径水压致裂地应力测量装置,在山西、陕西、内蒙古、宁夏、新疆等5省（自治区）的10余个浅部煤矿区,进行了88个测点的地应力测量,最浅测点的埋深仅为38 m。根据地应力测量数据,分析了浅部煤矿井下地应力分布特征与变化趋势,并与深部煤矿进行了比较。通过实例分析,介绍了地应力测量结果在浅部煤矿井下工程中的应用情况。浅部煤矿井下地应力受多种因素影响,测量数据离散性很大,随测点埋深的变化规律不明显;地应力场以σH〉σh〉σV型为主,水平应力占绝对优势。最大水平主应力与垂直主应力的比值主要集中在1-3之间;最小水平主应力与垂直主应力的比值大部分在0.5-2.0;平均水平主应力与垂直主应力的比值大多处于1.0-2.5;最大主应力与最小主应力之差同垂直主应力的比值离散性较大,最大值超过2。将地应力测量数据应用于浅部煤矿煤柱尺寸优化、锚杆支护参数设计,在保证巷道安全与支护效果的前提下,提高了煤炭资源采出率,降低了巷道支护成本。

摘要：我国煤矿巷道从1956年开始研究应用锚杆支护技术,至今已有60a.介绍了煤矿巷道锚杆支护技术的发展历程,不同时期采用的锚杆类型及应用条件;总结了煤矿巷道锚杆支护技术取得的研究成果,包括锚杆支护作用模式与支护理论;动态化、信息化的设计方法;支护材料与构件类型、力学性能及匹配性;施工工艺与机具;矿压监测方法与仪器;及锚杆支护在全国的推广应用情况.60a的研究与实践表明,我国煤矿已形成有中国特色的锚杆支护成套技术体系,锚杆支护成为煤矿巷道主体支护方式,为煤矿安全、高效建设与生产提供了可靠的技术保障.最后,根据我国煤矿巷道特点,提出了锚杆支护技术今后的发展方向与建议.

摘要：针对屈服强度500 MPa以上矿用锚杆杆体容易出现断裂失效的问题,采用化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜及金相显微等综合试验手段对两种破断强力锚杆进行了分析,结合锚杆的实际受力特征及断裂失效分析学理论,从微细观机制初步揭示了杆体破断原因。结果显示材质及加工缺陷等内在属性是断裂的内因,工作环境、应力腐蚀及复杂受力状态是外因,锚杆的韧性则决定了断裂的类型和断口形态。并相应提出了减少杆体破断几率的综合方法,包括改善受力状态、全长锚固、优化外形、防腐蚀处理等。

摘要：为研究冲击地压巷道锚固围岩损伤破坏特征,以实际发生冲击失稳的巷道为例,分析了冲击载荷作用下锚固围岩动载响应特征,现场测试了冲击载荷作用后围岩损伤、锚固界面损伤及锚固性能,对比分析了冲击载荷前后锚杆力学性能。研究结果表明:冲击载荷作用下,巷道锚固围岩和锚杆与锚索受反复压拉压作用,导致锚固系统锚固性能降低与失效;冲击载荷作用后,巷道围岩节理、裂隙发育,完整性差且强度大幅降低,锚固性能劣化或失效;锚杆支护材料性能降低,杆体延伸率降低13. 8%,抗拉强度降低6. 6%,冲击吸收功降低24. 3%,锚杆产生塑性变形,晶粒扭曲、畸变,微观金相组织紊乱。采用锚固注浆、高预应力全长锚固以及高强度、高伸长率、高冲击韧性锚杆与锚索联合支护,可以有效提高冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性。

摘要：为了揭示在冲击载荷下锚杆支护材料动态力学特性及应变率效应,为不同震级冲击地压巷道支护设计提供参考与借鉴,达到冲击地压巷道分级防控的目的。采用实验室试验对不同冲击韧性锚杆的静态和动态力学特性进行了测试,从微-细观角度分析了不同韧性锚杆的抗冲击性能,分析了应变率大小对锚杆动态力学响应的影响规律。实验结果表明:CRM700锚杆的冲击吸收功分别是HRB500和CRM600的1.30倍和1.14倍,峰值载荷分别是两种锚杆的1.18倍和1.07倍,瞬时变形量分别是两种锚杆的1.33倍和0.91倍;CRM700锚杆和HRB500锚杆断口形态和金相组织显著不同,HRB500锚杆断口源区为韧窝形态,中部扩展区为准解理+少量韧窝,终断区为韧窝形态,金相组织为铁素体+珠光体;而CRM700锚杆断口附近全部为韧窝形态,金相组织为回火索氏体+贝氏体+铁素体。同时,应变率对HRB500锚杆的屈服强度、抗拉强度和应变影响显著,而对CRM600锚杆的影响较小,对CRM700锚杆的影响最小。对比3种锚杆的动态力学特性,CRM700锚杆的载荷曲线和冲击功曲线比较平滑,材料受到冲击载荷后呈现出缓慢断裂的特性,对冲击载荷具有良好的适应性。并且CRM700锚杆强度对应变率敏感性差,应变随应变率的提高显著增大,很好的适应了高应变率下的冲击载荷,在高应变率冲击载荷作用下,能通过增加瞬时变形提高吸能能力。两者晶粒度级别不同,HRB500锚杆的晶粒度为6级,而CRM700锚杆的晶粒度为10级,晶粒度越高,晶粒越小,强化效果越好;同时晶粒减小后晶体界面增多,有效阻碍了裂纹的扩展,晶界面面积相应也增大,晶界上的夹杂物浓度降低,从而避免了沿晶断裂,极大提高了锚杆的抗冲击性能。晶粒尺寸越小,位错在第2相周围积聚的梯度越低,其锚杆力学特性应变率敏感性越弱。总之,无论从冲击载荷曲线和冲击功曲线特征,还是在应变率的敏感性方面,CRM700锚杆均表现出对冲击载荷具有良好的适应性,其在高应变率冲击载荷作用下能通过增加瞬时变形提高吸能能力。

摘要：针对浅埋深长壁采场切顶压架灾害发生过程中的时间序列问题,采用实验室基础参数测试对典型浅埋深煤岩体破坏的时间效应进行三向围压加载实验,利用相似材料模拟手段对浅埋采场顶板切落破坏过程中多个参量的时间序列特征进行研究。研究得出:三向围压状态下,浅埋煤层顶板岩石易由“X”型破裂、强度屈服破坏转化为单一剪切破坏,且具有明显的时间效应;浅埋深工作面推进速度慢导致垂直采动应力与水平应力之差增大是顶板发生剪切破坏的主因;浅埋煤层基岩发生整体切落下沉前,覆岩采动裂隙存在“形成—发育—扩展到地表(岩层整体切落下沉)”的时间过程;切落位置与工作面推进速度相关,加快推进速度后,来压步距加大,支架受力下降,基岩整体切落位置基本发生在支架后方;切顶时煤层超前支承压力达到极值,随后应力降低;顶板应变在时间序列上依次经历“三区”:“初始应变稳定区—应变剧烈演化区—采空区应变稳定区”,工作面推进速度慢时,顶板岩层应变启动点超前,顶板切顶线前移,顶板应变幅值增大,超前支承压力启动点和峰值均比覆岩应变滞后,而支架压力与采动应力时间序列变化曲线规律类似,可相互表征。研究结果表明,通过对支架压力、采动应力、覆岩应变等指标的联合监测与预警值设计,可实现对浅埋采场切顶压架灾害的预测和防治。

摘要：为研究结构面对节理煤体单轴压缩力学行为的影响,首先基于结构面实测与参数标定试验构建合成煤体模型,然后分别针对REV尺寸煤块与煤体进行不同加载方位的单轴压缩数值试验,分析结构面对节理煤体力学行为的影响机制以及裂隙的形成机制。结果表明:(1)所构建的合成煤体模型可表征研究煤体,其REV为1. 0 m×1. 0 m×2. 0 m;(2)结构面弱化煤体单轴抗压强度与弹性模量,增大煤体单轴压缩变形,弱化/增强程度取决于加载方位与结构面的方位关系;(3)结构面决定煤体单轴压缩破坏方式,煤体表现为平行加载方向的劈裂破坏,加载方位不同劈裂形态不同;(4)提出了可量化评价基质破坏与结构面活化对节理岩体破坏贡献程度的指标:基质破坏贡献比和结构面活化贡献比;(5)平行加载方向的结构面在加载力作用下激活为活化原生裂隙,并在其端部发育出翼裂纹,形成压致拉裂裂隙组合。对于包含非贯穿结构面的煤体,裂隙组合彼此连通形成劈裂裂隙;对于包含贯穿结构面的煤体,贯穿的活化原生裂隙直接形成劈裂裂隙。

摘要：为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据,采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试,分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240,236和225mm,最大承载能力分别为20,16.2和77kN,3种金属网的最大挠度差别不大,但承载速率差别较大,钢筋网承载速率最大,其次是经纬网,最小是菱形网;动载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1743,938和2010J,最大挠度分别为350,420和360mm,钢筋网吸能能力最大,挠度中等,而菱形网吸能能力次之,而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载,其初期刚度较低,承受效率慢,而其受力均匀,能承受较大的静载荷和动载荷,且四周绑丝处不易破断,勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力,但其主要的缺陷在于承载效率慢,支护刚度太低,通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高,承载效率快,但强度相对较低,易产生经线和纬线错动失效,且经纬网变形时,受力不均匀,绑丝易断裂,四角固定处受力较小,受力传递效果较差,要想提高经纬网支护效果,需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高,强度大,吸能能力强,但钢筋网的缺点是强度不能充分利用,尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低,制约了钢筋网支护效果,要想提高其支护效果,需提高焊接点强度和四周绑丝强度。

摘要：依托自主研制的采场模型试验系统,研制了与之配套的低扰动、高精度、高效率应力(压力)测量系统,包括工作面超前支承压力监测系统、顶板支护模拟系统和等弹模弱扰动模型应力监测系统3部分。测量系统标定结果表明,超前支承压力监测系统输出值稳定,受载与输出值线性度高;顶板支护模拟系统基于液压控制原理,具有线性度高、重复性好、力学性能稳定等优点;模型应力测试块体与模型材料力学性能匹配、变形协调性好,防潮绝缘特性适应模型铺设及养护期间的潮湿环境。采场模型试验应用效果表明,整套测量系统采样精度高、测试效率高,具有良好的长时可靠性;能够得到覆岩采动应力场的演化特征,可以开展顶板来压特征、支架与顶板相互作用关系研究,为深入阐释采动应力场与覆岩破断形态的关联性研究提供试验依据。