预紧力作用下巷道围岩锚固体稳定机理及应用_韦四江著_9787502065799

　　《预紧力作用下巷道围岩锚固体稳定机理及应用》系统介绍了作者在锚杆预紧力在深部巷道围岩控制理论与实践方面的研究成果，内容主要包括锚杆预紧力对锚固体的强化特征、组合载荷作用下巷道围岩锚固体的破坏特征及锚杆受力特征、锚固体失稳模式、巷道围岩锚固体简支梁和固定梁压曲模型及稳定判据、深部回采巷道稳定性的工程实例等。
　　《预紧力作用下巷道围岩锚固体稳定机理及应用》可供采矿、地下工程、冶金、水电、交通、土木工程等行业的工程技术人员和高等院校师生参考。

　　高应力深部巷道围岩稳定性控制是国内外采矿及岩石力学界研究的重点和难点。高应力巷道围岩控制及其灾害防护已成为决定深部开采矿井经济效益和安全生产的关键问题，并决定着资源开发的可行性及可持续发展。高地应力、高地温、高岩溶水压及受采动影响是深部巷道围岩的特点，其力学系统属于典型的非线性力学系统，浅部的巷道支护理念技术已经部分失效。
　　巷道围岩稳定性与围岩状态密切相关，围岩失稳的根本原因在于巷道围岩破碎区的失稳。随着开采深度的增加，巷道围岩破碎区的范围进一步扩大。锚杆支护可以施加较大的预紧力；能充分利用围岩自身的承载能力，代表了巷道支护的发展方向，属于主动支护。在深井高应力条件下，尽管多种支护形式（如锚网索、U型钢可缩性支架、围岩注浆加固等）并存，但锚杆支护作为最主要的支护形式，在深井巷道围岩控制中发挥了重要作用。
　　深井巷道围岩具有较大的破碎区，巷道周围锚杆支护均是在围岩破碎区中进行，传统的锚杆支护理论（如悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论）不能有效揭示破碎围岩中锚杆支护的作用机理。围岩强度强化理论认为锚杆与锚固范围的岩体相互作用，组成锚固体，形成统一的承载结构，并且由于锚杆的作用，锚固体的峰值强度和残余强度与锚固前岩体相比得到强化，锚固体强度强化后能有效降低巷道围岩破碎区及塑性区的宽度，显著减小围岩变形，从而促使巷道围岩稳定。锚杆支护围岩强度强化理论揭示了破碎围岩中锚杆支护的作用机理，为发展高强锚杆、超高强锚杆提供了理论依据。
　　随着开采深度的进一步增加，巷道围岩破碎区的范围将进一步加大，而巷道周边由锚杆及锚固范围岩体组成的锚固体由于受锚杆长度限制，其应用受到限制，锚固体外岩体的运动将对锚固体施加更大的作用力，使锚固体变形、失稳，从而使巷道断面收缩，严重时影响巷道的正常使用。因此，研究锚固体的变形特性、稳定特征，建立巷道围岩锚固体稳定的判别准则及支护设计方法，对深井巷道围岩控制至关重要。
　　本书采用相似材料模拟试验研究锚杆预紧力对锚固体的峰值强度、残余强度、黏聚力、内摩擦角和弹性模量的强化作用，拟合了不同预紧力作用下锚固体强度及力学参数公式，得到了锚固体应力应变曲线和对应的锚杆工作载荷关系曲线。采用YDM-E型采矿工程物理模拟试验系统研究了组合载荷作用下巷道围岩锚固体的破坏特征、裂隙演化规律和锚杆工作载荷的变化过程。分析了巷道围岩锚固体形成的影响因素，提出了锚固体失稳的模式及相应的技术措施；阐述了影响锚固体稳定的锚固系统关键因素，包括树脂一钻孔脱黏失稳特征、层状顶板锚固体锚杆的弯曲变形特点和护表构件的性能。基于关键层理论，提出了巷道顶板锚固体简支梁和固定梁压曲模型及稳定判据；提高锚杆预紧力能够有效减少顶板锚固体的挠度、两帮锚固体的破碎区和塑性区宽度。针对深井动压大断面回采巷道，采用高预紧力高强锚杆锚索协调支护和预留断面技术进行了初步设计和数值计算；现场工程实践表明，巷道围岩得到了有效控制。
　　本书的研究成果主要是在导师勾攀峰教授的指导下完成的。现场工程实践过程中得到了中平能化集团开拓处、平煤股份十一矿、中平能化研究院开采所的领导和工程技术人员的热情帮助；试验过程中得到了苏承东教授、尤明庆教授、郜进海教授、李化敏教授、魏锦平副教授、张盛教授、熊祖强教授、刘少伟教授、李振华教授、陈晓祥副教授、魏世明副教授、刘志忠副教授和崔峰高级技师等的指教；得到了王大顺、李树彬、杨阳、王满想、康继春、王丹等硕士研究生的无私帮助。在此一并表示衷心感谢！
　　本书的研究成果受到国家自然科学基金项目（50874037、51174078、U1304517）、煤炭安全生产河南省协同创新中心、国家地方联合工程试验室科研平台运行经费的资助。
　　随着矿井开采深度的增加，煤矿采掘工程条件日益复杂，巷道围岩控制难度愈来愈大，本书只是一些阶段性成果的总结，在深部复杂条件巷道围岩控制技术上还有许多挑战性的工作要做。由于作者水平所限，书中难免存在不足之处，恳请读者提出宝贵意见。

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