恒阻吸能锚固岩体动力特性及控制机制研究

作者：王琦; 吴文瑞; 何满潮; 魏华勇; 王业泰

来源：煤炭学报, 2023, 1-11.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.1237

• 恒阻吸能
• 锚固岩体
• 动力特性
• 岩爆准则
• 控制机制

深部围岩动力灾害发生的本质在于围岩积聚能量的突然释放，通过锚固支护实现能量的有效吸收是围岩控制的常用手段，也是围岩动力灾害控制的关键。锚固岩体动力特性及控制机制研究是锚固支护合理设计的前提。基于此，本文研发了新型高强、高延伸率、高吸能特性恒阻吸能支护材料，开展了恒阻吸能锚固岩体动力试验，分析了锚固岩体的动力学响应特征与能量演化规律。结果表明，与无锚岩体相比，恒阻吸能锚固岩体表面损伤率和体积损伤率分别降低了62.1%和93.1%，中粒、细粒和微粒岩爆碎屑质量减少均在90%以上，总能量、平均能量和最大能量分别降低了87.6%、82.9%和80.3%，岩爆峰值应力增加了54.2%，岩爆时间延后了140.2%。同时对恒阻吸能支护构件的强度、吸能能力、剪切偏移等特征进行了分析，恒阻吸能材料的强度、形变和吸能安全储备率分别为38.8%、94.0%和97.9%，安全性好。试件上端和下端支护构件的上下总偏移量分别为0.886mm和0.403mm，岩爆锚固控制应考虑围岩的剪切作用。基于岩爆能量计算模型，研究了岩爆峰值应力与能量释放的规律，明确了预应力锚固支护对岩爆的控制机制。恒阻吸能锚固使岩体岩爆的峰值应力从单轴抗压强度的1.6倍增加到2.5倍，加锚岩体岩爆所需能量是无锚岩体的2.3倍，预应力锚固支护有效降低了岩爆发生的风险。在上述研究基础上，从监测预警、控制方法、支护设计、效果评价等方面提出了岩爆防控的工程建议。

• 单位
  山东大学; 中国矿业大学（北京）; 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室