高延伸率锚索动态力学特性及工程应用

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作者 付玉凯 吴拥政 +2 位作者 周鹏赫 孙卓越 李军臣 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期49-62,共14页

传统锚索延伸率低、抗冲击能力差,在强冲击载荷作用下易出现脆性破断失效,导致巷道出现冒顶、冲击地压事故等问题。基于此,自主开发了具有高强度、高延伸率及高抗冲击等特性的锚索,采用实验室试验、理论分析及现场试验等综合手段,分析... 传统锚索延伸率低、抗冲击能力差,在强冲击载荷作用下易出现脆性破断失效,导致巷道出现冒顶、冲击地压事故等问题。基于此,自主开发了具有高强度、高延伸率及高抗冲击等特性的锚索,采用实验室试验、理论分析及现场试验等综合手段,分析了高延伸率锚索的静、动载力学性能,研究了高延伸率锚索化学成分、金相组织和夹杂物与普通锚索的差异,提出了高延伸率锚索支护吸能原理,并将高延伸率锚索在现场进行了应用。研究结果表明:静载作用下,高延伸率锚索抗拉强度为1790 MPa,最大力总延伸率8.1%,是普通锚索的1.61~2.25倍;动载作用下,高延伸率锚索钢丝不易散开,破断载荷与普通锚索基本相同,断后伸长率分别是锚索A、B、C的1.82倍、1.68倍和1.52倍,单位长度吸能量分别是锚索A、B、C的2.54倍、1.99倍和1.70倍,高延伸率锚索塑性变形能力更强,吸能能力更高。高延伸率锚索通过在冶炼和轧制工艺过程中控制有害化学元素和有益化学元素含量、细化金相组织及减少夹杂物尺寸和数量等方式提高了钢丝的塑性变形能力,进而提高锚索整体的抗冲击性能。高延伸率锚索在现场应用过程中经受了多次大能量冲击后,巷道支护效果良好,高延伸率锚索未出现破断,有效控制了巷道冲击破坏。 展开更多

关键词 冲击地压 深部巷道 锚杆支护 落锤 高延伸率锚索

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煤巷围岩稳定性定量化评价及分类支护技术

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作者 焦建康 孙志勇 +1 位作者 王涛 付玉凯 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第5期19-27,共9页

目的为了建立晋城矿区煤巷围岩稳定性评价指标和定量化分类方法,方法在统计分析晋城矿区68组煤巷围岩强度、岩层结构发育程度、地应力数值的基础上,综合分析煤巷围岩稳定性影响因素,选取最大水平主应力、垂直主应力、顶板综合强度、巷... 目的为了建立晋城矿区煤巷围岩稳定性评价指标和定量化分类方法,方法在统计分析晋城矿区68组煤巷围岩强度、岩层结构发育程度、地应力数值的基础上,综合分析煤巷围岩稳定性影响因素,选取最大水平主应力、垂直主应力、顶板综合强度、巷帮煤体平均强度、顶板10 m范围内裂隙岩层厚度5个关键影响指标,提出顶板应力强度系数、巷帮应力强度系数、顶板松散性系数3个综合指标,通过K-means聚类算法,对煤巷顶板和巷帮进行定量化分类,结合成巷方式和煤柱尺寸,将晋城矿区煤巷围岩划分为5种稳定性类别和30种围岩类型。针对不同煤巷围岩稳定性类别,提出具体的支护形式和支护参数,并对不同类型围岩锚固方式、组合构件和护表构件进行精细化匹配。最后通过现场工业实践验证分类方法和支护方案的合理性。结果矿压监测结果表明,巷道掘进期间顶底板最大移近量78 mm,两帮最大移近量58 mm,回采期间巷道顶底板最大移近量260 mm,两帮最大移近量119 mm。结论晋城矿区煤巷围岩稳定性评价指标和定量化分类方法切实可行,分类支护方案合理。 展开更多

关键词 煤层巷道 地质力学测试 定量化评价 分类支护

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强冲击载荷下巷道围岩变形破坏特征及控制技术

3

作者 吴拥政 付玉凯 +2 位作者 何思锋 李军臣 焦建康 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期76-87,共12页

针对冲击地压巷道围岩及支护结构变形破坏难题,采用数值计算、现场实测、现场试验等研究方法,分析了强冲击载荷下巷道围岩及支护结构变形破坏特征,研究了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响,开发了抗冲击支护... 针对冲击地压巷道围岩及支护结构变形破坏难题,采用数值计算、现场实测、现场试验等研究方法,分析了强冲击载荷下巷道围岩及支护结构变形破坏特征,研究了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响,开发了抗冲击支护材料,提出了支护-卸压联合控制技术,并选择典型冲击地压矿井进行了应用。研究结果表明:巷道顶板发生冲击时,巷道顶板、两帮和底板质点最大振速分别为1.41、0.63、0.25 m/s,迎波侧巷表围岩受冲击影响最大,侧向次之,背波侧最小。在采动应力与冲击载荷叠加作用下巷道破坏范围更大,塑性区面积达到原岩应力时的2.1倍。随着冲击能量的增加,巷道变形量和质点振动速度峰值均急剧增大,且锚杆(索)受力也出现明显波动。爆破卸压对巷帮锚杆锚固力影响不大,而对锚索锚固力有明显影响,锚索锚固力平均降低26.7%。高冲击韧性锚杆屈服强度800 MPa,断后伸长率20%,冲击吸收功150 J;高延伸率锚索最大力延伸率8%,抗拉强度1770 MPa。联合控制技术在宽沟煤矿进行了现场应用,巷帮锚杆受力53~84 kN,顶板锚索受力122~219 kN,锚杆(索)受力均处于安全允许范围之内,顶板浅部和深部未发生离层,在大能量微震事件作用下,支护系统也能保持稳定。 展开更多

关键词 巷道支护 冲击地压 冲击载荷 吸能支护 区域卸压

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矿用锚杆动态力学性能试验研究

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作者 沈伟 付玉凯 +3 位作者 赵玉宝 山世昌 牛清河 周鹏赫 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期73-78,共6页

为研究冲击载荷作用下矿用锚杆的动态力学性能,选取蒙陕矿区冲击地压巷道常用的锚杆材料,利用AW-1500微机控制电液伺服试验机和落锤冲击试验机分别测试了锚杆的静、动载力学性能,获取了锚杆载荷与位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲... 为研究冲击载荷作用下矿用锚杆的动态力学性能,选取蒙陕矿区冲击地压巷道常用的锚杆材料,利用AW-1500微机控制电液伺服试验机和落锤冲击试验机分别测试了锚杆的静、动载力学性能,获取了锚杆载荷与位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线等数据。研究发现:锚杆冲击力时程曲线分为急剧增加、平稳和衰减三个阶段。随着冲击次数或冲击能量的增加,锚杆的冲击力峰值逐步增加,锚杆冲击力稳定在200~300 kN之间,当锚杆达到冲击破断时,冲击力峰值位于250~300 kN之间。冲击载荷作用下锚杆杆体破断位置颈缩不明显,表现出明显的脆断特征,动态破断载荷略大于其静载破断载荷,而延伸率大幅度降低,动载下的断后延伸率为10%左右。该研究结果可为冲击地压巷道锚杆支护设计和材料选取提供一定的试验依据。 展开更多

关键词 深部巷道 锚杆 冲击载荷 落锤冲击 力学特性

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基于能量计算的冲击地压巷道支护参数确定方法研究 被引量：1

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作者 付玉凯 《煤炭工程》 北大核心 2023年第12期15-21,共7页

为实现冲击地压巷道支护参数的定量化确定,提出了基于能量计算的冲击地压巷道支护参数确定方法,主要包括巷道冲击危险性评估、震源参数、巷道围岩最大冲击动能和支护结构吸能量确定。利用理论计算、数值模拟及实验室测试等方法确定出了... 为实现冲击地压巷道支护参数的定量化确定,提出了基于能量计算的冲击地压巷道支护参数确定方法,主要包括巷道冲击危险性评估、震源参数、巷道围岩最大冲击动能和支护结构吸能量确定。利用理论计算、数值模拟及实验室测试等方法确定出了耿村矿13230工作面上巷的单位面积释放的冲击动能和位移势能之和为78.53 kJ/m^(2),基于能量计算方法确定了13230工作面上巷的支护参数,三级支护系统吸能量为82.66 kJ/m^(2),并在井下进行了工业性试验,试验结果表明:锚杆(索)初始受力较低,随着围岩变形的增加,锚杆(索)受力逐步增加,然后保持稳定。在大能量冲击事件作用下,锚杆支护结构受力出现了一定的波动,但巷道变形量不大,三级支护系统有效控制了巷道在高能量事件下的变形破坏,有效耗散了冲击动能。 展开更多

关键词 深部巷道 锚杆支护 冲击地压 能量计算 支护参数

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低能量循环冲击作用下锚杆支护系统动态响应特征试验研究

6

作者 娄金福 卢志国 +4 位作者 董双勇 付玉凯 彭相愿 李建忠 杨磊 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第5期65-76,共12页

为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间... 为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间差先快速降低再缓慢增大,杆体载荷和能量吸收特征参数均先增大后下降,三者均在第2次冲击时达到极值;循环冲击下锚杆杆体晶格结构被拉伸,导致杆体抗变形能力增强,因此等能量冲击下杆体峰值变形量呈降低趋势,但杆体变形速率在第2次冲击时达到最大值;首次冲击使围岩层间空隙压实,完整性提高,承载能力增强;第2次冲击时,杆体载荷、变形及吸能特征等各项参数达到最大值;越靠近巷道表面的围岩,破碎程度越高,裂隙分布越复杂,与现场实测结果相吻合。研究成果可为优化动载巷道支护设计提供参考。 展开更多

关键词 锚杆 循环冲击 动态响应特征 巷道支护 冲击地压

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30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用 被引量：3

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作者 吴拥政 付玉凯 +1 位作者 周鹏赫 山世昌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期623-635,共13页

为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能,自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成,可实现锚杆、锚索、托板及金... 为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能,自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成,可实现锚杆、锚索、托板及金属网等多种支护材料全尺寸动态力学性能测试和锚固岩体相似模型的冲击试验。选取了冲击地压煤矿常用的锚杆支护材料,初步开展了支护材料动态力学性能测试,测试结果表明:动载下锚杆颈缩不明显,表现出明显的脆性。随着冲击能量的增加,锚杆的冲击力峰值逐步增加,而延伸率大幅度降低;锚索受动载后钢丝易散开,外侧的钢丝更容易出现破断,破断位置通常位于夹具区域。动载作用下锚索的强度略有提高,而延伸率却大幅度降低,锚索的断后伸长率约为其静载的1/2;动载下拱形托板冲击力曲线具有明显的平稳震荡阶段,托板的冲击力峰值要明显大于其静载,变形量与静载基本相同,拱部结构在动载下能平稳变形吸能;随着冲击能量的增加,菱形网的冲击力峰值逐步增加,而变形量先增加后减小,菱形网具有很好的缓冲性能。多功能落锤试验机的研制为冲击地压巷道支护材料的动态力学性能测试提供了手段,为不同冲击危险性巷道的锚杆支护材料选取和支护设计奠定了基础。 展开更多

关键词 锚杆支护 支护材料 落锤冲击试验机 冲击测试 能量耗散

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锚杆托板与缓冲垫层组合结构动载力学性能研究 被引量：3

8

作者 周鹏赫 吴拥政 +1 位作者 付玉凯 孙卓越 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2023年第5期17-27,共11页

为获取缓冲垫层放置位置及厚度的选取依据,分析了缓冲垫层对冲击地压巷道锚杆支护系统中托板及组合结构抗冲击性能的影响。利用落锤冲击试验装置,测试了托板、W型钢护板和橡胶缓冲垫层等4种组合结构的动载力学性能,得到了试样的冲击力... 为获取缓冲垫层放置位置及厚度的选取依据,分析了缓冲垫层对冲击地压巷道锚杆支护系统中托板及组合结构抗冲击性能的影响。利用落锤冲击试验装置,测试了托板、W型钢护板和橡胶缓冲垫层等4种组合结构的动载力学性能,得到了试样的冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形特征,分析了W型钢护板、缓冲垫层位置及厚度对托板动态力学性能的影响。研究结果表明:托板均经历了拱高降低、四角翘起、拱底面积减小等变形过程。随着冲击能量的增加,试样冲击力峰值及变形量呈增加趋势,冲击力时程曲线可分为初期震荡、急速上升、平稳震荡和迅速下降等4个阶段。与单独托板相比,W型钢护板可降低冲击力峰值、增加试样震荡作用时间、有效保护试样的完整性和提高试样抗冲击性能。通过对比缓冲垫层放置位置及厚度的冲击力峰值、位移量、冲击能量吸收率及托板变形量,得到缓冲垫层放置在W型钢护板与围岩接触面之间时,抗冲击性能更好,其合理厚度在16~18mm。根据托板静载拱高变形量要求,单独托板可承受约2500J的冲击能量,W型钢护板及缓冲垫层组合结构可起到吸能、改善托板承载特性及提高托板抗冲击性能等作用,现场应用效果良好。 展开更多

关键词 冲击地压 托板 W型钢护板 缓冲垫层 动载力学性能

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腐蚀环境下锚杆慢应变速率拉伸实验研究

9

作者 王朝引 张振配 +2 位作者 付玉凯 杨超 褚晓威 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期138-144,共7页

针对锚杆在腐蚀性介质水中易发生腐蚀而导致锚杆支护失效的问题,对煤矿常用锚杆进行化学成分分析,采用慢应变速率应力腐蚀试验机进行SSRT试验,并对比了断口形貌。研究结果表明:标准溶液中锚杆表现出较高的应力腐蚀敏感性,塑性参数的敏... 针对锚杆在腐蚀性介质水中易发生腐蚀而导致锚杆支护失效的问题,对煤矿常用锚杆进行化学成分分析,采用慢应变速率应力腐蚀试验机进行SSRT试验,并对比了断口形貌。研究结果表明:标准溶液中锚杆表现出较高的应力腐蚀敏感性,塑性参数的敏感程度大于强度参数,塑性参数均低于在空气中的数值;表面处理锚杆依然表现出应力腐蚀敏感性,主要表现为延伸率的降低,特别在应变速率为1×10^(-5)s^(-1)和1×10^(-7)s^(-1)表现更加明显。此外,拉伸速率与SCC的断口形貌具有直接相关性,拉伸速率越大,断裂方式越接近塑性断裂,拉伸速率较小导致材料出现脆性断裂特征。总体来看,在设计和使用腐蚀性锚杆时,需要考虑其应力腐蚀敏感性指数,并且在实际使用中要注意控制拉伸速率,以减小试样应力腐蚀敏感性的影响。 展开更多

关键词 锚杆 矿井水 拉伸速率 应力腐蚀敏感性指数

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锚杆侧向冲击载荷下动力响应及抗冲击机理 被引量：21

10

作者 付玉凯 吴拥政 +1 位作者 鞠文君 何杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1651-1658,共8页

为了研究冲击载荷作用下锚杆的动态力学性能,测试了5种不同材质的锚杆杆体力学参数。采用自由落锤冲击实验装置对不同锚杆进行了侧向抗冲击性能实验,分析了侧向冲击载荷下锚杆的动力响应。进行了5种不同冲击高度的侧向抗冲击实验,得到... 为了研究冲击载荷作用下锚杆的动态力学性能,测试了5种不同材质的锚杆杆体力学参数。采用自由落锤冲击实验装置对不同锚杆进行了侧向抗冲击性能实验,分析了侧向冲击载荷下锚杆的动力响应。进行了5种不同冲击高度的侧向抗冲击实验,得到不同冲击高度下不同锚杆的冲击动态响应曲线,锚杆表面轴向的应变时程曲线,冲击作用点的力-位移时程曲线。研究发现,在相同冲击能量下,锚杆冲击吸收功越高冲击峰值载荷越小,冲击作用时间随着冲击高度增大逐渐减小;冲击吸收功越高,锚杆应变峰值及残余应变越大;不同锚杆冲击力峰值和最大位移明显不同,峰值强度和最大位移越大,破断能越大。对锚杆抗冲击机理进行了研究,发现控制材质中有益及有害元素含量,可提高锚杆的抗冲击性能。测试了断口组织和金相组织,得到锚杆冲击吸收功越高,晶粒度级别越高的结论。 展开更多

关键词 巷道 冲击地压 锚杆支护 冲击载荷 冲击韧性

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高冲击韧性锚杆吸能减冲原理及应用研究 被引量：22

11

作者 付玉凯 鞠文君 +2 位作者 吴拥政 何杰 焦建康 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期68-75,共8页

为解决深部冲击地压巷道围岩冲击破坏难题,分析了冲击载荷下冲击地压巷道围岩破坏特征,揭示出冲击地压对支护结构破坏的本质是冲击载荷劣化锚杆杆体力学性能、撕裂护表金属网及降低锚固系统锚固性能。针对冲击地压巷道围岩失稳破坏机理... 为解决深部冲击地压巷道围岩冲击破坏难题,分析了冲击载荷下冲击地压巷道围岩破坏特征,揭示出冲击地压对支护结构破坏的本质是冲击载荷劣化锚杆杆体力学性能、撕裂护表金属网及降低锚固系统锚固性能。针对冲击地压巷道围岩失稳破坏机理,研发了600 MPa级高冲击韧性强力锚杆,高冲击韧性锚杆破断强度达到850 MPa,吸能能力和瞬时延伸率分别是普通锚杆的1.32倍和1.33倍。高韧性锚杆通过提高支护系统的强度、吸能特性使支护结构与围岩协调变形吸能减冲,大幅度提高支护系统抗冲击性能,通过支护系统吸收冲击地压释放的能量,降低剩余能量对巷道围岩的破坏效应。研究成果在义马矿区常村矿进行了井下试验,高冲击韧性锚杆支护系统经受多次大能量冲击载荷后,锚杆和锚索受力呈现锯齿状波动特征,支护结构有效控制了冲击地压巷道的变形破坏。 展开更多

关键词 高冲击韧性锚杆 冲击地压 巷道支护 吸能减冲原理

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深部回采巷道锚杆(索)防冲吸能机理与实践 被引量：21

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作者 付玉凯 鞠文君 +3 位作者 吴拥政 陈建强 焦建康 刘昆轮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期609-617,共9页

为解决深部冲击地压巷道大变形、支护体失效破断难题,以义马常村煤矿21220下巷典型冲击地压巷道为试验现场,采用井下调查、室内试验及理论分析等相结合的方法,分析了冲击载荷下巷道围岩变形破坏机制、高冲击韧性锚杆(索)防冲吸能机理及... 为解决深部冲击地压巷道大变形、支护体失效破断难题,以义马常村煤矿21220下巷典型冲击地压巷道为试验现场,采用井下调查、室内试验及理论分析等相结合的方法,分析了冲击载荷下巷道围岩变形破坏机制、高冲击韧性锚杆(索)防冲吸能机理及其应用效果。结果表明:深部回采巷道易冲击大变形的主要原因在于高叠加集中应力,使厚层坚硬岩层释放高积聚弹性能,而现有支护结构强度低、吸能特性差及无法协同防冲,导致支护结构各个被击破而失效;与传统支护材料相比,高冲击韧性锚杆(索)强度高、吸能能力强,合理布置锚杆(索)支护参数可提高其协同防冲的工作区间,通过支护系统吸收冲击地压释放的能量,降低剩余能量对巷道围岩的破坏效应。研究成果在井下进行了工业性试验,试验结果表明:新开发的高冲击韧性锚杆破断载荷342 kN,冲击吸收功166 J,高强锚索破断强度1770 MPa,伸长率8%,高强金属网静载荷承载能力15.7 kN,单位面积吸收能量达到2.2 kJ/m2。冲击载荷作用下,锚杆和锚索分别在各自安全可靠工作区间内承载,锚杆和锚索轴力呈锯齿状波动,但高冲击韧性支护材料均未出现脆性断裂失效。巷道两帮移近量500 mm,顶板下沉量100 mm,底臌量500 mm,高冲击韧性支护系统大幅度降低了冲击地压巷道围岩变形量,提高了围岩抗冲击能力,支护结构对冲击能量缓冲效果好,有效控制了冲击地压巷道的失稳破坏。 展开更多

关键词 冲击地压 高冲击韧性锚杆 深部开采 巷道支护 吸能减冲原理

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煤的动态力学本构模型 被引量：29

13

作者 付玉凯 解北京 王启飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1769-1774,共6页

为揭示煤岩动态破坏机理,利用φ50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对煤试样进行不同应变速率下的冲击加载实验,实验结果表明:煤体动态本构曲线前期就呈现出很强的非线性,初始弹性模量、屈服强度和极限强度都随应变率的增大而增... 为揭示煤岩动态破坏机理,利用φ50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对煤试样进行不同应变速率下的冲击加载实验,实验结果表明:煤体动态本构曲线前期就呈现出很强的非线性,初始弹性模量、屈服强度和极限强度都随应变率的增大而增大,塑性变形则是先增大后减小。根据动态本构曲线特征以及前人对本构模型的研究成果,运用弹塑性理论,建立了损伤体-黏弹性本构模型,模型的拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性,拟合结果表明,煤体的动态力学性质对高低应变率的敏感性不同,对高应变率比较敏感,尤其是在300 s-1的应变率下,煤体的塑性流动最强,应力应变曲线产生了二类卸载(正斜率)。 展开更多

关键词 霍普金森压杆 动态力学性能 本构模型 煤岩体

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冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究 被引量：14

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作者 付玉凯 孙志勇 鞠文君 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2020-2029,共10页

为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据,采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试,分析了常... 为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据,采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试,分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240,236和225mm,最大承载能力分别为20,16.2和77kN,3种金属网的最大挠度差别不大,但承载速率差别较大,钢筋网承载速率最大,其次是经纬网,最小是菱形网;动载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1743,938和2010J,最大挠度分别为350,420和360mm,钢筋网吸能能力最大,挠度中等,而菱形网吸能能力次之,而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载,其初期刚度较低,承受效率慢,而其受力均匀,能承受较大的静载荷和动载荷,且四周绑丝处不易破断,勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力,但其主要的缺陷在于承载效率慢,支护刚度太低,通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高,承载效率快,但强度相对较低,易产生经线和纬线错动失效,且经纬网变形时,受力不均匀,绑丝易断裂,四角固定处受力较小,受力传递效果较差,要想提高经纬网支护效果,需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高,强度大,吸能能力强,但钢筋网的缺点是强度不能充分利用,尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低,制约了钢筋网支护效果,要想提高其支护效果,需提高焊接点强度和四周绑丝强度。 展开更多

关键词 锚杆支护 冲击地压 力学性能 冲击载荷 金属网

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煤岩在冲击载荷下的动态力学特性对比分析 被引量：5

15

作者 付玉凯 苗永春 杨威 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第11期6-11,共6页

为了研究煤岩受爆炸、冲击等动态荷载下的破坏机理,利用50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对无烟煤和砂岩试样进行不同冲击速率下冲击加载试验,基于应力波理论和分形理论,分别研究了无烟煤和砂岩在动态应力应变、破坏形态、... 为了研究煤岩受爆炸、冲击等动态荷载下的破坏机理,利用50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对无烟煤和砂岩试样进行不同冲击速率下冲击加载试验,基于应力波理论和分形理论,分别研究了无烟煤和砂岩在动态应力应变、破坏形态、破碎耗散能以及块度分形方面的差异。结果表明:无烟煤与砂岩的动态力学性能明显不同,无烟煤的动态应力应变在初始上升阶段就呈现出了很明显的非线性,并且冲击速率越小这种非线性越明显;而砂岩动态应力应变曲线在初始阶段基本是一条直线,具有线弹性;两者都具有随着冲击速率的增大,其塑性变形、极限强度也增大的趋势,但砂岩的塑性变形明显小于无烟煤的塑性变形。最后通过计算无烟煤、砂岩的破碎耗散能和分形维数可知:两者的破碎耗散能均随冲击速率的增大而呈弱幂函数关系增加,无烟煤的增长速率较快;无烟煤试样破碎块度的分形维数比较集中,随着冲击速度的增加砂岩分形维数有降低的趋势。 展开更多

关键词 无烟煤 霍普金森压杆 动力灾害 耗散能 分形维数

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基于剩余能量释放率指标的组合煤岩体冲击倾向性研究 被引量：6

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作者 付玉凯 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第9期63-67,共5页

为了准确评价矿井冲击危险性,在分析顶板、煤层及底板试样物理力学参数演化规律的基础上,建立了组合煤岩体力学模型,并确定了组合体稳定破坏和失稳破坏的临界条件。建立了冲击倾向性评定标准,当剩余能量释放率V_T<10时,为无冲击倾向... 为了准确评价矿井冲击危险性,在分析顶板、煤层及底板试样物理力学参数演化规律的基础上,建立了组合煤岩体力学模型,并确定了组合体稳定破坏和失稳破坏的临界条件。建立了冲击倾向性评定标准,当剩余能量释放率V_T<10时,为无冲击倾向性;当10≤V_T<20时,为弱冲击倾向性;当20≤V_T时,为强冲击倾向性。结果表明:组合煤岩体能量释放速度指标与旧指标相比,其测试简单,结果唯一,可以很好地评级煤体冲击危险性。 展开更多

关键词 冲击地压 剩余能量 组合煤岩体 冲击倾向性 能量释放率

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深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践 被引量：181

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作者 康红普 吴拥政 +1 位作者 何杰 付玉凯 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2225-2233,共9页

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应... 以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。 展开更多

关键词 煤矿巷道 冲击地压 锚杆支护 支护作用 井下试验

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水力压裂切顶卸压技术在大采高留巷中的应用研究 被引量：38

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作者 孙志勇 张镇 +2 位作者 王子越 王涛 付玉凯 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期190-197,共8页

针对晋煤集团寺河煤矿东五盘区东翼集中巷受多次强烈采动影响、巷间煤柱尺寸小、服务周期长、向斜轴部应力集中程度高等特点,应用水力压裂切顶卸压技术,改善围岩应力状态,为大采高留巷围岩变形控制提供了一个新途径。研究了水力压裂切... 针对晋煤集团寺河煤矿东五盘区东翼集中巷受多次强烈采动影响、巷间煤柱尺寸小、服务周期长、向斜轴部应力集中程度高等特点,应用水力压裂切顶卸压技术,改善围岩应力状态,为大采高留巷围岩变形控制提供了一个新途径。研究了水力压裂切顶卸压技术在大采高留巷中的作用本质,工作面回采前利用高压水在护巷煤柱上覆岩层中形成一个“准破裂面”,工作面回采时,在采场周期来压的作用下,采空区顶板沿“准破裂面”断裂,减少悬臂梁的跨距,卸载或转移工作面侧向悬臂梁传递到护巷煤柱的高应力。综合考虑井下现场作业空间狭小、工作面高位钻孔、地面L型抽放井等多个影响因素,设计水力压裂切顶卸压方案,压裂钻孔双侧布置,深孔长度40 m,浅孔长度32 m。为保证压裂效果,超前工作面50~100 m进行压裂施工,倒退式压裂,间隔为2~3 m。通过监测与分析水力压裂切顶卸压效果得出,顶板岩层裂缝起裂压力约24 MPa,扩展压力在21~23 MPa。切顶卸压后两帮移近量降低53%,顶板下沉量降低33%,底鼓量降低18%,同时显著减小帮锚索受力变化幅度。压裂后煤柱垂直应力在超前工作面50 m至滞后工作面50 m范围内出现峰值点,未压裂的煤柱垂直应力的峰值点出现在滞后工作面150 m至350 m范围。 展开更多

关键词 大采高留巷 多巷布置 水力压裂 卸压机理

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深部巷道围岩复合注浆加固技术 被引量：5

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作者 付玉凯 王涛 +1 位作者 孙志勇 岳延朋 《工矿自动化》 北大核心 2022年第7期105-112,共8页

针对深部巷道围岩复杂地质条件下单一注浆方式和注浆材料不能达到理想的注浆效果问题,提出了一种深部巷道围岩复合注浆加固技术。以山西某矿3210孤岛工作面为例,阐述了复合注浆加固技术原理及应用。首先,结合现场试验区域的地质力学测... 针对深部巷道围岩复杂地质条件下单一注浆方式和注浆材料不能达到理想的注浆效果问题,提出了一种深部巷道围岩复合注浆加固技术。以山西某矿3210孤岛工作面为例,阐述了复合注浆加固技术原理及应用。首先,结合现场试验区域的地质力学测试结果、煤岩体物理力学参数等,计算3210回风巷各破裂区的范围;其次,基于围岩分区破裂特点,提出3步注浆工艺,即浅部低压渗透注浆、深部高压劈裂注浆和补充注浆,并根据各分区的范围确定3步注浆工艺中各个钻孔的深度;然后,根据各个分区中裂隙的发育程度和裂隙开度,选择相应的注浆材料:高渗透区宜采用无机水泥注浆材料,中等渗透区宜采用超细水泥注浆材料,低渗透区宜采用高分子化学浆液进行补注;最后,根据现场注浆试验,确定不同破裂区的注浆压力参数。采用注浆加固岩体锚固力、注浆加固岩体单轴抗压强度和围岩完整性3个指标综合判断3210回风巷注浆加固效果:采用复合注浆加固技术后,巷帮煤体锚固力提高144%,达到230kN;顶板和巷帮围岩单轴抗压强度分别增加10.9%和18.5%,分别达到50.68 MPa和23.37 MPa;巷帮煤体波速提高15.2%,达到750 m/s。从注浆区域与未注浆区域围岩变形速率和变形量来看,复合注浆加固技术取得了良好效果。 展开更多

关键词 深部巷道围岩控制 复合注浆加固技术 破裂区划分 3步注浆工艺 复合注浆材料

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膨胀性松散破碎软岩巷道注浆材料研究与应用 被引量：8

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作者 王涛 杨景贺 付玉凯 《煤炭工程》 北大核心 2019年第10期118-122,共5页

为提高水泥基注浆材料对膨胀性松散破碎软岩的加固效果,通过实验室实验对XPM纳米灌注剂-水泥基浆材的流动性、固结率及固结体抗压强度进行了研究,确定了注浆材料的适宜配比。结果表明,使用XPM纳米灌注剂可显著减小水用量,减缓离析沉淀,... 为提高水泥基注浆材料对膨胀性松散破碎软岩的加固效果,通过实验室实验对XPM纳米灌注剂-水泥基浆材的流动性、固结率及固结体抗压强度进行了研究,确定了注浆材料的适宜配比。结果表明,使用XPM纳米灌注剂可显著减小水用量,减缓离析沉淀,提高流动度,增强泵注性;缩短凝固时间,减小收缩率,提高固化强度等多重作用,为保证注浆施工质量奠定了基础,并在玉溪煤矿井底车场巷道修复加固中进行了成功应用。 展开更多

关键词 膨胀性 破碎软岩 锚注加固 XPM纳米灌注剂 流动性 固结率 抗压强度

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