申请/专利权人：安徽理工大学

申请日：2021-01-15

公开（公告）日：2021-06-04

公开（公告）号：CN112903480A

主分类号：G01N3/30(20060101)

分类号：G01N3/30(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.26#授权;2021.06.22#实质审查的生效;2021.06.04#公开

摘要：本发明涉及煤矿开采技术领域，提供了一种深部巷道锚杆或锚索冲击拉伸破坏判断方法，包括如下步骤：S1、构建几何模型；S2、构建力学模型，对假想岩体受矿震产生震动速度、锚杆冲击动载力进行相应分析，并获得锚杆冲击拉伸破坏力学判据。本发明还提供了一种基于上述深部巷道锚杆或锚索冲击拉伸破坏判断方法的控制方法。本发明的优点在于：本发明对深部巷道锚杆“动‑静载”拉伸破断机理方面进行研究，并最终得出深部巷道锚杆或锚索冲击拉伸破坏判断与控制方法，将其用于煤矿开采领域，可最终实现深部巷道中“支护‑围岩”局部结构的良好工况和稳定。

主权项：1.一种深部巷道锚杆或锚索冲击拉伸破坏判断方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建几何模型：基于锚杆或锚索的支护原理，建立“支护-围岩”局部结构简化空间模型；当所述“支护-围岩”局部结构发生破坏，巷道直接顶首先发生破坏，并逐渐向周边扩展；假想直接顶存在处于破坏状态的假想岩体，在锚杆预紧力作用下岩体间无明显间隔或分层现象，锚杆和锚固段未发生破坏，“支护-围岩”局部结构处于悬吊状态；此时，将假想岩体质量计为M，巷道锚杆支护的排距为a、间距为b，直接顶厚度为m，则对于单个锚杆来说，其控制的假想岩体体积不超过a×b×m；按最大估算，假想岩体长度×宽度×厚度＝a×b×m；S2、构建力学模型并进行相应分析：S21、对假想岩体受矿震产生震动速度进行分析当厚硬岩层破断运动或覆岩空间结构失稳诱发矿震，震源能量瞬间释放并在采场和巷道围岩产生不同程度的震动响应；将震源和考察的巷道视为2个独立的“点”，震源在岩体介质中传播的是能量；设震源能量为U，震源距假想岩体中心之间直线距离为r，震源岩体介质的能量衰减是传播路径距离的幂指数衰减函数，表示为：Ur＝U·r-λ式1；式1中：Ur为距震源直线为r的岩体介质单位能量，λ为传播距离方向上岩体介质综合衰减系数；假设震源传递至假想岩体的单位能量全部被吸收，则质量为M的假想岩体吸收能量大小Um表示为：Um＝πρ2·Ur式2；式2中：ρ为质量为M的假想岩体当量半径，设岩体平均容重为γ，考虑质量相等4πρ3γ3＝M或者4πρ33＝abm，估算假想岩体吸收的能量全部转化成假想岩体的动能，估算假想岩体最大震动速度vm为： 考虑震源与假想岩体的空间关系，估算假想岩体竖直向下的震动速度vv： 式4中：β为震源传播方向与垂直方向之间夹角；S22、对锚杆冲击动载力进行分析当假想岩体冲击于底部岩体，静止的底部岩体和相连锚杆产生冲击效应；此时假设：假想岩体冲击过程中不发生明显变形，被冲击的托盘及考察构件质量远小于冲击物的质量，冲击后冲击物与被冲击物附着在一起形成统一运动系统，认为只有系统动能与势能相互转化，同时冲击过程中锚杆未发生脱锚和破断现象，并在其弹性变形范围之内；假想岩体与托盘发生冲击的整个过程，系统减少的重力势能V：V＝MgΔd式5；冲击过程中系统减少的动能T： 冲击过程中，托盘受迫与假想岩体一起运动；假定锚杆在冲击过程中产生的应力不超过其弹性极限，动载荷作用下仍然满足胡克定律，因此锚杆增加的动载应变能Vεd： 式7中：Pd为锚杆和托盘受到的冲击动载集中力，Δd为锚杆在动载情况下拉伸变形量；锚杆单独在静载Pj＝Mg和动载Pd作用下，对应的拉伸变形量Δj、Δd分别为： 式中：l为锚杆锚固末端至托盘之间的自由段长度，E、S分别为锚杆的弹性模量和截面面积；根据冲击过程，冲击物和被冲击物组成系统能量转化守恒关系为：V+T＝Vεd式10；联立式5～10化简并得到Δd和Δj之间关系 求解Pd＝kMg，其中基于分析得到则Pd≈2Mg，此时取Pd＝2Mg；S23、锚杆冲击拉伸破坏力学判据设锚杆直径为D，施加的预紧力为Ft，矿震引起的动载拉伸力Pd＝2Mg，再根据圣维南原理和截面法，锚杆截面上“叠加”的拉伸应力σtc大小为： 不考虑锚杆其他受力或变形，杆体截面上的各点处于纯拉应力状态；若锚杆极限抗拉强度为[σt]，则锚杆“动-静”载荷拉伸破坏力学判据为： 接着得到锚杆冲击拉伸破坏满足条件：

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百度查询： 安徽理工大学 一种深部巷道锚杆或锚索冲击拉伸破坏判断及其控制方法

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