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冲击地压的两种破坏类型及其机制 被引量：1
1
作者 韩军 郭宝龙 +6 位作者 贾冬旭 马双文 齐庆新 朱志洁 赵善坤 荣海 CAO Chen 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第5期524-533,共10页
为揭示冲击地压的发生机理,分析了多个冲击地压实例,提出冲击地压的新分类及其发生机制。研究结果表明:存在两种不同破坏类型的冲击地压,定义为煤体破碎型和煤体滑动型,前者以煤体的冲击破碎为显著特征,后者以煤体整体冲入巷道内为主要... 为揭示冲击地压的发生机理,分析了多个冲击地压实例,提出冲击地压的新分类及其发生机制。研究结果表明:存在两种不同破坏类型的冲击地压,定义为煤体破碎型和煤体滑动型,前者以煤体的冲击破碎为显著特征,后者以煤体整体冲入巷道内为主要特征。煤体破碎型冲击地压的发生机理为破裂冲击机理,即煤体在高应力作用下破裂后围岩发生弹性回弹,对煤体产生准动态加载,导致煤体发生冲击破坏;煤体滑动型冲击地压的机理为卸载滑脱机理,即特定条件下顶板向上挠曲导致煤层竖直压力降低,竖向夹持力降低的煤体在水平应力作用下整体冲入巷道。研究结论可为冲击地压的分类和精准防治提供指导。 展开更多
关键词 冲击地压 煤体破碎型 煤体滑动型 破裂冲击 卸载滑脱
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巷帮煤体整体滑脱型冲击地压锚杆防冲支护原理及工程实践 被引量：5
2
作者 韩军 李广汉 +2 位作者 郭宝龙 马双文 CAO Chen 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期117-125,共9页
冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类... 冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类型冲击地压的重要地质特征,而巷帮煤体整体滑脱是其主要冲击破坏特征。在此基础上,以巷帮滑脱煤体为研究对象,建立了顶板-巷道-底板复合结构体力学模型,建立了巷帮煤体发生水平滑移的极限平衡方程,并对各个参数进行分析。结果表明:由于顶板反弹使巷帮煤体竖直方向压力降低,巷帮煤体被构造应力推入巷道发生冲击地压。基于该发生机制模型,认为目前的锚杆支护设计体系在防治巷帮煤体冲入型冲击地压存在不足,并基于其发生和破坏特征,建立了针对巷帮煤体整体滑脱型冲击地压的锚杆防冲支护设计原则,即将顶和底帮锚杆锚固端分别穿层打入稳定的顶底板内,并使用长锚索取代中部帮锚杆,提供锚杆支护的防冲作用。基于新建立的锚杆防冲支护设计方法,以大屯矿区孔庄煤矿7305工作面防冲支护为工程背景,在宽煤柱段巷帮锚杆支护采取了防冲设计,帮顶、底部锚杆及补强锚索均锚固于顶底板内部,能够有效吸收煤体滑动动能,提高安全性。 展开更多
关键词 冲击地压 坚硬顶板 回采巷道 整体滑脱 锚杆防冲支护
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坚硬顶板回采巷道冲击地压的卸载滑脱机制 被引量：26
3
作者 韩军 崔露郁 +3 位作者 贾冬旭 惠乾嘉 朱志洁 CAO Chen 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期711-721,共11页
冲击地压严重威胁煤炭安全高效开采,研究冲击地压发生机制具有重要意义。首先对矿井回采巷道冲击地压显现特征进行了归纳和总结,认为坚硬顶板和坚硬煤体是回采巷道发生冲击地压的关键地质特征,水平应力是冲击地压力源,巷帮煤体滑脱是回... 冲击地压严重威胁煤炭安全高效开采,研究冲击地压发生机制具有重要意义。首先对矿井回采巷道冲击地压显现特征进行了归纳和总结,认为坚硬顶板和坚硬煤体是回采巷道发生冲击地压的关键地质特征,水平应力是冲击地压力源,巷帮煤体滑脱是回采巷道冲击的破坏特征。基于弹性地基理论,分析了坚硬顶板条件下回采工作面前方和临空侧顶板向上挠曲、导致煤层竖直压力卸载的特性,并与现场监测工程实践进行对比验证。在此基础上,以巷帮煤体为研究对象,建立了顶板-煤层-底板复合结构体的卸载滑移力学模型,通过分析煤块所受水平应力、煤体拉力及煤-顶板和煤-底板结构面摩擦力之间的力学平衡关系,建立了巷帮煤体冲击启动的临界方程,并对各变量的取值进行了讨论。结果显示,开采过程中,悬顶使坚硬顶板向下弯沉,坚硬煤体导致工作面前方和侧方顶板向上挠曲,从而使工作面前方或者侧向煤层垂直压力降低,使得顶底板对煤层夹持作用减弱,巷帮煤体在水平应力作用下,克服顶、底板摩擦力及煤体抗拉力后冲入巷道,形成冲击地压。基于建立的模型,分析了开采深度、顶板强度、弹模和厚度、煤层强度和弹模等控制要素的影响和作用。最后,以唐山矿“8·2”冲击地压和红阳三矿“11·11”冲击地压为例,应用提出的模型解释了坚硬顶板挠曲、巷帮煤体卸载滑脱的冲击地压发生机制,对提出的模型进行了验证。 展开更多
关键词 坚硬顶板 回采巷道 冲击地压 卸载滑脱机制
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适用于围岩大变形的螺纹钢锚杆设计及工程实践 被引量：8
4
作者 韩军 王鑫 +3 位作者 马双文 张明 CAO Chen REN Ting 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3745-3755,共11页
矿用锚杆自20世纪90年代已开始大规模应用,但目前其螺纹几何参数仍与土木行业钢筋相同。钢筋螺纹是针对地面无地应力、且支护体变形控制在弹性阶段的钢混结构而设计,随着深部资源开采进展,地下巷道出现围岩大变形,原基于地面建筑的钢筋... 矿用锚杆自20世纪90年代已开始大规模应用,但目前其螺纹几何参数仍与土木行业钢筋相同。钢筋螺纹是针对地面无地应力、且支护体变形控制在弹性阶段的钢混结构而设计,随着深部资源开采进展,地下巷道出现围岩大变形,原基于地面建筑的钢筋螺纹几何参数需针对高地应力、软岩大变形等地质条件进行优化。基于锚固力学载荷传递机理,明确螺纹钢螺纹是锚杆支护承载者,锚杆锚固性能与螺纹几何参数密切相关;通过分析锚固段的破坏方式,将锚固段破坏分为平行剪切破坏和剪涨滑移破坏;进一步通过分析2种破坏过程,阐明了螺纹几何参数(包括杆体直径、螺纹上升角、肋宽、肋坡角、肋高、肋间距)对锚固性能的影响和作用。针对深部资源开采,综合考虑巷道围岩的变形控制及离层控制,研发了一种适用于围岩大变形的新型螺纹钢锚杆,该设计通过螺纹几何优化提高了锚固段的峰后残余强度,通过增加锚固段吸能能力有效提高大变形围岩体的岩层控制能力。对新螺纹钢锚杆进行了实验室锚固力测试和现场拉拔试验,结果显示,围岩大变形锚杆平均拉拔力峰值比矿用左旋锚杆分别提高了13%和16%;从能量吸收的角度,新锚杆在实验室和现场的平均吸能较左旋锚杆提高了15%和55%,表明围岩大变形锚杆的锚固性能优于矿用的左旋锚杆。进一步对新设计锚杆进行了工业试验,在深部回采巷道设计安装了3种锚网支护方式,通过对比分析断面收敛量、顶板离层量、杆力及锚杆宏观破断失效方式等,进一步验证了新设计的围岩大变形锚杆支护更有利于深部巷道的岩层控制。 展开更多
关键词 螺纹优化 围岩大变形 锚杆支护 锚固力测试 工业试验
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不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固力优化研究 被引量：18
5
作者 赵象卓 张宏伟 +3 位作者 CAO Chen 张明 张怀东 韩军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1263-1270,1280,共9页
为研究不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系,基于厚壁理论,对肋间距分别为12、24、36、48 mm的左旋螺纹钢锚杆锚固试件在套筒壁厚4.5 mm和6.0 mm条件下进行拉拔试验,通过测试拉拔力、拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、耗... 为研究不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系,基于厚壁理论,对肋间距分别为12、24、36、48 mm的左旋螺纹钢锚杆锚固试件在套筒壁厚4.5 mm和6.0 mm条件下进行拉拔试验,通过测试拉拔力、拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、耗能值等参数,探讨了不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系。试验结果表明:在不同的套筒中,即不同围岩条件下,随着肋间距的增加,锚杆拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、拉拔耗能值相应增大;肋间距为24 mm时,锚杆拉拔力最大,相同肋间距的锚杆在围岩强度较大的条件下拉拔力较大;壁厚为4.5 mm的套筒周向应变均大于壁厚为6.0 mm的套筒,即不同围岩条件对锚杆控制其变形能力有重要影响;在不同围岩条件下,增大肋间距均可以提高锚杆的锚固性能。 展开更多
关键词 厚壁理论 拉拔试验 螺纹钢锚杆 肋间距 锚固性能
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树脂锚固剂中添加不同钢质骨料对锚固力的影响 被引量：19
6
作者 张明 CAO Chen +4 位作者 张怀东 TRAN Vancong REN Ting 马双文 韩军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1690-1697,共8页
本次实验研究对钢质骨料添加剂的外形、粒径和浓度进行了优化,以提高树脂锚固剂在破坏界面的抗剪能力和改变原锚固剂的直剪破坏方式来直接改善整个锚固系统的加固效果,进一步提高了钢质骨料对试件锚固力的增强程度。试验通过向散装慢速... 本次实验研究对钢质骨料添加剂的外形、粒径和浓度进行了优化,以提高树脂锚固剂在破坏界面的抗剪能力和改变原锚固剂的直剪破坏方式来直接改善整个锚固系统的加固效果,进一步提高了钢质骨料对试件锚固力的增强程度。试验通过向散装慢速树脂锚固剂中分别添加粒径为1.5,2.0,2.8mm的钢砂和1.4,2.0,2.5mm的钢丸,每种粒径的钢质骨料又分为30,40,50共3种数量;使用矿业20 mm右旋螺纹钢锚杆和长度100 mm、内径30 mm、壁厚7.0 mm的钢套筒制作锚固试样;然后使用电液伺服万能试验机,加载方式为2 mm/min进行拉拔试验采集数据,并结合销栓作用相关理论分析不同钢质骨料添加剂对平均锚固力的影响。试验数据表明:与无添加钢质骨料的锚固试件相比,向树脂锚固剂中添加钢砂和钢丸对锚固试件的平均锚固力分别为125.6,129.0kN,提高了6.4%和9.4%;其中,添加粒径为1.4~1.5,2.0~2.0和2.5~2.8mm的试件平均锚固力分别为127.6,124.7和129.6kN,提高了8.1%,5.7%和9.8%,呈现先减小而后增大的趋势;而添加钢质骨料的数量增加对锚固力的提升程度呈现逐渐减小的趋势,即添加骨料数量为30,40,50的试件平均锚固力分别为128.5,127.2和126.2kN,提升约8.9%,7.8%和6.9%。本次实验中最大锚固力提升来自添加数量为30、粒径为1.4 mm的钢丸,平均锚固力为135.1 kN,增加了14.5%。试验中的锚固剂破坏方式为剪切破坏,且钢质骨料产生的销栓作用对锚固剂破坏表面造成划痕,并根据锚固段破坏机理分析,进一步讨论了锚固剂抗剪强度及残余抗剪强度参数对锚固效果产生的重要影响。 展开更多
关键词 树脂锚固剂 钢质骨料 锚固力 销栓作用
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右旋螺纹钢锚杆横肋间距锚固优化数值模拟研究 被引量：9
7
作者 马双文 张明 +3 位作者 CAO Chen 张怀东 REN Ting 韩军 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期117-125,共9页
为了研究右旋螺纹钢锚杆不同横肋间距对其锚固性能的影响,通过ANSYS有限元数值模拟软件分析了在简支约束条件下60、100kN载荷下横肋间距为12、24、36、48和60mm的右旋锚杆锚固试件的受力状态。模拟结果显示:2种载荷下,锚杆杆体表面最大... 为了研究右旋螺纹钢锚杆不同横肋间距对其锚固性能的影响,通过ANSYS有限元数值模拟软件分析了在简支约束条件下60、100kN载荷下横肋间距为12、24、36、48和60mm的右旋锚杆锚固试件的受力状态。模拟结果显示:2种载荷下,锚杆杆体表面最大应力在横肋间距12、24、36、48mm时增长较为显著,与横肋间距48mm相比,横肋间距为60mm时最大应力无明显增长;杆体横肋对应的树脂圈凹槽处易形成应力集中区域,且在横肋间距为48mm时应力峰值达到最大;试件套筒外壁应变随着横肋间距增加先增大而后减小,在横肋间距为48mm时达到最大。分析表明,在树脂与套筒内壁和杆体锚固段锚固密实情况下,横肋间距为48mm时试件的锚固性能最优。 展开更多
关键词 右旋螺纹钢锚杆 数值模拟 横肋间距 锚固性能
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深部回采巷道锚固失效分析及支护对策 被引量：14
8
作者 宁义国 马双文 CAO Chen 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2021年第8期23-29,共7页
针对深部回采巷道围岩变形导致锚杆支护失效的问题,提出通过改善锚杆受力状态、改变锚杆锚固方式、优化杆体形状,减少锚杆破断的方法,在此基础上,设计了1种新外形结构的螺纹钢锚杆。进行了实验室拉拔试验,结果表明:矿用右旋锚杆、左旋... 针对深部回采巷道围岩变形导致锚杆支护失效的问题,提出通过改善锚杆受力状态、改变锚杆锚固方式、优化杆体形状,减少锚杆破断的方法,在此基础上,设计了1种新外形结构的螺纹钢锚杆。进行了实验室拉拔试验,结果表明:矿用右旋锚杆、左旋锚杆和大肋间距高强锚杆的平均拉拔力为136.9、106.1、147.6 kN,且大肋间距高强锚杆吸能效果更好。在现场试验前,先对回风巷的围岩结构进行探测,包括顶板钻孔窥视和松动圈测试,依据围岩结构探测结果,确定最终的巷道支护方案。回风巷采用原支护方案和大肋间距高强锚杆全锚支护2种方案支护,并对顶板离层和锚杆受力进行实时监测,试验结果表明:大肋间距高强锚杆支护的巷道顶板最大下沉量较原支护方案减小36.4%,顶板离层量较原支护方案降低24.1%;顶板和两帮锚杆受力的结果显示大肋间距高强锚杆支护较原支护方案锚杆受力更小,两种支护方案顶板锚杆受力最大值分别为442.9 MPa和78.1 MPa,改进方案较原支护方案降低了82.4%;其回采期间,全锚大肋间距高强锚杆支护方案与原支护方案相比,支护失效锚杆数量明显减少,这都表明全长锚固的大肋间距高强锚杆更有利于维护巷道的稳定。 展开更多
关键词 锚杆支护 锚固方式 巷道变形 深部回采
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考虑地下水入侵导致土壤强度变化的沿海建筑地基韧性模型 被引量：2
9
作者 王草 AYYUB B.M KUMARI W.G.P 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期67-74,共8页
海平面上升导致的地下水入侵沿海地区的建筑地基造成显著风险。提出了一个考虑地下水侵入导致土壤强度退化的沿海建筑地基韧性模型。该模型由地基的性能函数在服役期内的积分得到。考虑条形基础的韧性,其极限承载力由Terzaghi公式描述... 海平面上升导致的地下水入侵沿海地区的建筑地基造成显著风险。提出了一个考虑地下水侵入导致土壤强度退化的沿海建筑地基韧性模型。该模型由地基的性能函数在服役期内的积分得到。考虑条形基础的韧性,其极限承载力由Terzaghi公式描述。韧性模型考虑气候变化背景下地下水位的上升对土壤强度的影响。通过一个算例,展示了所提出的韧性模型的适用性。结果表明,如果不考虑气候变化影响下地下水位的上升,则会得到不保守的结构韧性评估结果。结构全寿命周期内的韧性也取决于所采用的维护措施(即,修复受损的结构性能)。未来的研究中,还应考虑其他因素(如锈蚀)对沿海建筑地基性能退化的联合影响。 展开更多
关键词 韧性模型 沿海建筑地基 土壤强度变化 地下水入侵 气候变化
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