弯曲式可伸长锚杆的承载特性及应用研究

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随着全球矿产资源需求量的增加,进入深部开采的矿井越来越多。深部巷道受高地温、高地压等条件的影响,巷道片帮、冒顶和底臌等现象日益严重,深部巷道的支护已成为国内外各大矿山面临的紧迫问题,实践表明,弯曲式可伸长锚杆能够提供较大伸长量,成为解决深部巷道支护难题的有效手段之一。本文首先对可伸长锚杆的支护原理进行了讨论,然后着重分析了弯曲式可伸长锚杆的承载特性和变形,并在实验室对弯曲式锚杆进行拉伸试验,最后针对贵州深部矿井的巷道破坏情况,采用弯曲式可伸长锚杆对支护方案进行优化,取得了良好的支护效果。本文主要研究成果如下:(1)总结了可伸长锚杆的支护原理及本质,分析了可伸长锚杆在全长锚、端头锚和双端锚等锚固方式下的承载和受力,结果表明,采用双端锚固时能够更好的发挥自身结构的性能,维护围岩稳定。(2)分析弯曲式可伸长锚杆弯曲单元长度、弧度与变形之间的关系,通过数值软件计算,进一步分析了弯曲段应力集中的规律,表明弯曲单元短、弧度大,弯曲段应力集中明显,能够提供较大的伸长量。因此,设计弯曲部分结构时,应综合考虑弯曲单元受力和伸长量两个因素。(3)详述了杆径18mm的弯曲锚杆的制作过程,并对其进行拉伸试验。对比直杆段与弯曲段各关键点应力应变关系,发现弯曲段内径、弯曲段与直杆连接处为承载的薄弱环节,同时,弯曲式可伸长锚杆的极限伸长量与极限强度随加载时间的增加而提高。(4)针对贵州开阳磷矿深部巷道两帮、顶板破坏严重,底臌明显的情况,结合矿井生产技术条件与弯曲式可伸长锚杆适合于大变形巷道支护的特点,优化了原支护方案。在巷道拱顶、拱肩、底角处采用弯曲式可伸长锚杆加固后,巷道围岩控制状况得到了明显改善。
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