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巷道锚杆锚固力学特性现场试验研究

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作者：

靖洪文，苏海健 ，孟波，赵振龙

单位：

中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室， 江苏 徐州

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摘要

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能，采用锚杆拉拔系统，在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验，研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明：当锚固长度小于极限锚固长度时，锚杆极限锚固力与锚固长度呈线性正相关关系，围岩及杆体强度越高，锚固力-锚固长度关系曲线的线性斜率越大，煤层及含砂质岩层中锚固力-锚固长度的线性斜率分别为1.63和2.96，玻璃钢锚杆在煤层中对应的斜率仅为0.41；在钻孔孔径和锚杆材质等均相同的条件下，锚杆极限拉拔力的端头位移在15～20 mm之间；锚杆的锚固性能与围岩破裂程度以及围岩原位黏聚力具有正相关性。

02

创新点

以山西省大同矿区为例，针对不同锚固段岩性、锚固长度、锚杆材质、锚杆直径等条件下的井下巷道，开展现场锚杆破坏性拉拔试验。通过全程拉拔力-位移曲线，分析了井下锚杆的作用过程及与现有室内模拟试验结果的差异性与存在机制；定量获得了锚固参数对常规螺纹钢锚杆和玻璃钢锚杆锚固力的影响规律；结合原位钻孔剪切和摄像技术，建立了锚固段岩体强度与锚杆锚固力的定量关系。主要结论：

1） 受托盘附近破碎围岩压缩挤密效应及锚固剂的压缩作用的影响，锚杆现场拉拔曲线开始阶段均存在近似“压密”过程，显示锚杆预紧力以及托盘等护表能力的不足。

2） 当锚固长度小于极限锚固长度时，锚杆锚固力与锚固长度呈线性正相关关系，围岩及杆体强度越高，锚固力锚固长度关系曲线的线性斜率越大。

3） 相同锚固长度、钻孔直径和锚杆材质条件下，锚杆直径越大，锚固系统的有效承载面积越大，锚杆的锚固性能越优越。

4） 锚杆锚固力与锚固段岩体强度呈正相关性，围岩黏聚力可以较好的表征锚固段围岩强度、围岩破裂程度等因素的综合影响。

研究成果有望为工程锚杆支护定量评价与设计提供新的视野和认识。

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部分图表

测试原理及锚杆拉拔系统

测试现场方案及结果

锚杆失效形式

荷载-位移曲线（忻州窑煤矿）

锚固长度对锚固力的影响

锚固长度对玻璃钢锚杆锚固力的影响

不同锚杆直径下荷载位移曲线及锚固力分布

锚固段岩性对锚固力的影响

围岩钻孔内壁破裂特征

原位钻孔剪切测试原理与设备

原位剪切测试结果

锚杆锚固力与围岩黏聚力的关系

04

作者简介

靖洪文

山东冠县人，中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，二级教授、博士生导师，享受国务院政府特贴专家，主要从事岩石力学特性，巷（隧）道围岩控制理论与技术等领域的科研工作。作为项目负责人连续9次获得国家自然科学基金重点、面上项目、国际合作项目等资助；目前主持国家自然科学基金重点项目、面上项目、国际合作交流项目各1项以及国家重点研发计划子课题1项；先后主持完成了“973计划”课题1项、国家自然科学基金重点项目（分课题）1项、面上项目4项，重大项目子课题1项、国家“十一五”科技支撑计划项目子课题1项以及教育部科学技术研究重点项目等，与企业合作攻关重大项目80余项。在国内外主流期刊发表论文180余篇，出版专著6部；先后获国家科技进步二等奖2项，教育部、河南、山东、江苏等省部科技进步一等奖3项、二等奖15项等；指导毕业博士（后）、硕士研究生100余名。

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