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矿用锚杆托板动静载力学特性试验研究 被引量：7
1
作者 王书文 付玉凯 +2 位作者 金峰 周鹏赫 姚伟 《煤炭工程》 北大核心 2022年第11期35-40,共6页
针对蒙陕深部矿井巷道锚杆托板动载失效问题,在实验室搭建了锚杆托板落锤冲击试验台,选取了蒙陕深部矿井3种常用的锚杆托板,采用伺服压力试验机和落锤冲击试验机开展了托板的静动载力学性能测试,研究了3种托板的静载和动载力学特性。研... 针对蒙陕深部矿井巷道锚杆托板动载失效问题,在实验室搭建了锚杆托板落锤冲击试验台,选取了蒙陕深部矿井3种常用的锚杆托板,采用伺服压力试验机和落锤冲击试验机开展了托板的静动载力学性能测试,研究了3种托板的静载和动载力学特性。研究结果发现:托板的拱高和厚度会显著影响其静态和动态力学特性,拱高和厚度大的托板静载承载能力和抗冲击能力较高。静载作用下,A、B和C托板承载力分别为212kN、231kN和276kN,变形量分别为14mm、13.9mm和12mm,C托板承载能力高,主要以拱高降低为主,四角翘起不明显;冲击能量作用下,托板的冲击力峰值略高于静载承载力,承载力高的托板抗冲击能力强,受到冲击能量作用后,托板以结构变形为主,冲击力峰值变化不大,而承载力低的托板由于拱部结构坍塌,高冲击能量下托板冲击力急剧增加。 展开更多
关键词 动静载荷 锚杆支护 托板 变形破坏 力学响应
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矿用锚杆动态力学性能试验研究
2
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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冲击载荷下锚杆托板及组合构件力学性能试验研究 被引量：7
3
作者 吴拥政 周鹏赫 +1 位作者 付玉凯 孙卓越 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1-11,共11页
在冲击地压巷道中,冲击载荷会造成锚杆支护系统构件与围岩相互作用力急剧增加,托板在高作用力下易出现变形破坏。针对上述问题,采用微机控制电液伺服试验机和自主研发的落锤冲击试验装置,对煤矿常用的拱形托板及其组合构件等3种试样进... 在冲击地压巷道中,冲击载荷会造成锚杆支护系统构件与围岩相互作用力急剧增加,托板在高作用力下易出现变形破坏。针对上述问题,采用微机控制电液伺服试验机和自主研发的落锤冲击试验装置,对煤矿常用的拱形托板及其组合构件等3种试样进行了力学性能测试,获取试样静载力-位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形破坏特征,分析了锚杆托板及组合构件的抗冲击性能。研究结果表明:静载作用下,托板承载力位于228~243 kN,最大变形量14.10 mm,变形呈现拱高降低、四角翘起、连接部位向圆心转移等特征。动载作用下,托板变形均经历拱高降低、四角翘起及压平3个阶段,冲击能量为500~3 000 J时,冲击力时程曲线呈现急剧上升阶段、震荡作用阶段和迅速下降阶段;冲击能量为3 500~5 000J时,冲击力时程曲线呈急剧上升阶段、震荡稳载阶段、震荡上升阶段和迅速下降阶段。随着冲击能量的增加,试样的冲击力峰值均逐渐增大,与静载相比,托板试样的动载荷峰值较大。试样位移时程曲线可分为弹塑性变形和回弹变形两阶段,弹塑性变形阶段变形量与作用时间呈现线性关系,正、反向及组合构件最大形变量平均作用时间占比分别为68.66%、69.25%、66.66%;回弹变形阶段,3种试样平均弹性形变量分别为1.71、1.84、3.23 mm。整个冲击过程中,3种试样冲击能量平均转化率分别为96.82%、97.33%、93.78%。总体来看,托板正、反向冲击力学性能及变形特征一致性较好,与单独托板相比,组合构件可实现吸能、延长冲击力整体作用时间、缩短震荡作用时间、改善托板承载特性等作用。研究成果为冲击地压巷道锚杆支护的托板及组合构件选取提供一定借鉴。 展开更多
关键词 冲击载荷 锚杆支护 落锤试验 拱形托板 组合构件
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冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性 被引量：7
4
作者 山世昌 吴拥政 +1 位作者 付玉凯 周鹏赫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2021年第4期20-29,共10页
为深入研究冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性,采用实验室试验的方法对2种锚杆材质的加锚岩体开展了不同冲击能量和预紧扭矩下的侧向冲击试验,分析了不同锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下抗剪力学性能的影响,监测了落锤冲击力-... 为深入研究冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性,采用实验室试验的方法对2种锚杆材质的加锚岩体开展了不同冲击能量和预紧扭矩下的侧向冲击试验,分析了不同锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下抗剪力学性能的影响,监测了落锤冲击力-时程曲线,并利用高速摄像机捕捉了试样冲击变形的全过程。试验结果表明:加锚岩体冲击过程可分为落锤释放、锤岩下移和分离回弹等3个阶段。试样顶底面均为轴向剪切裂缝和伴随竖向裂缝;前面和背面均为腹剪斜裂缝和竖向裂缝;交界面裂缝以钻孔为中心向四周呈放射状分布,且上半部分裂缝数量明显多于下半部分,裂缝宽度多在10 mm以内。在一定范围内,中部混凝土块顶面和交界面破坏程度均随冲击能量的增大而增大,随预紧扭矩的增大而减小。锚杆受动态剪切会发生弯曲、径缩甚至断裂。在一定范围内,冲击能量越大,锚杆弯曲变形越大;预紧扭矩越大,锚杆抗冲击变形能力越强。CRM700型锚杆的抗冲击变形及破断能力均优于HRB500型锚杆,其能够显著提高加锚岩体的整体抗冲击性能。根据冲击力-时程曲线又可将冲击过程分为强冲击阶段、震荡阶段和衰减阶段。强冲击阶段时间仅1 ms左右,主要为锤头与试样发生接触;震荡阶段持续时间达10 ms左右,主要发生混凝土块的破裂失效和锚杆的弯曲变形。锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下的抗剪力学性能影响显著,使用CRM700型锚杆或施加适当的预紧扭矩均可提高加锚岩体的抗剪力学性能。 展开更多
关键词 冲击载荷 巷道支护 加锚岩体 剪切破坏 落锤试验
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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
5
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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锚杆支护网片动载力学性能试验研究
6
作者 苑新亮 吴拥政 周鹏赫 《煤炭工程》 北大核心 2024年第4期119-124,共6页
为了合理选择冲击地压巷道锚杆支护所需的网片,通过实验室试验从网片变形、承载力、位移及吸能等四个维度对比研究机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片的动载力学性能,得到了两种网片在冲击载荷作用下的变形破坏方式及吸能特性。研究结... 为了合理选择冲击地压巷道锚杆支护所需的网片,通过实验室试验从网片变形、承载力、位移及吸能等四个维度对比研究机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片的动载力学性能,得到了两种网片在冲击载荷作用下的变形破坏方式及吸能特性。研究结果表明:冲击载荷作用下,机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片破坏变形集中区域不同,机编焊接钢筋网片以“十字”形式向中心变形,破坏主要集中在钢筋网与固定压板接触处,钢塑复合聚酯网片破坏主要集中在受冲击载荷中心部位及聚酯网与固定压板接触处;网片冲击力时程曲线可分为缓慢承载阶段、波动稳定承载阶段及衰减阶段,随着冲击载荷的增加,机编焊接钢筋网片冲击力峰值明显大于钢塑复合聚酯网片,机编焊接钢筋网片对冲击地压巷道的支护能力更强;网片位移变形随着冲击能量的增加逐渐增加,机编焊接钢筋网片可抵抗冲击能量大于5000 J,钢塑复合聚酯网片可抵抗冲击能量为2000 J。 展开更多
关键词 锚杆支护 网片 冲击载荷 力学性能 落锤冲击试验机
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轴向冲击荷载下锚索动力响应特征试验研究 被引量：2
7
作者 程利兴 郭洁 +8 位作者 高斌 周翔 李灵博 高健勋 李永元 李靖宇 李义朝 汪占领 周鹏赫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2023年第4期31-39,共9页
为了研究锚索在轴向冲击荷载下的动力响应特征,选取砚北煤矿冲击地压巷道常用的锚索材料,采用AW-1500微机控制电液伺服试验机和自由落锤冲击试验机进行了锚索静、动载力学性能试验,共设计9种不同能量等级的冲击试验,获得了冲击力时程曲... 为了研究锚索在轴向冲击荷载下的动力响应特征,选取砚北煤矿冲击地压巷道常用的锚索材料,采用AW-1500微机控制电液伺服试验机和自由落锤冲击试验机进行了锚索静、动载力学性能试验,共设计9种不同能量等级的冲击试验,获得了冲击力时程曲线、冲击力-变形曲线、锚索冲击变形以及吸收能量的特征曲线。结果表明:静载拉伸破断载荷为350.83~356.81 kN,平均延伸率3.49%,冲击载荷作用下锚索承受的冲击力明显大于静载破断载荷,而延伸率明显降低,平均最大降低35.24%,锚索脆性破坏特征突出;锚索变形-冲击力曲线变化过程分为初期震荡阶段、急剧增长阶段以及弹性回弹等3个阶段,冲击能量小于15000 J时,锚索主要发生弹性变形,锚索冲击力时程曲线峰值点与冲击能量峰值点基本一致,随着冲击能量的逐渐增大,锚索冲击力峰值也逐渐增大,在急剧增长阶段震荡型增长趋势较显著;冲击能量大于等于15000 J时,冲击能量未达到峰值前,锚索即发生破坏,随着冲击能量的增大,锚索塑性变形变化突出,冲击动能向锚索变形能转化,锚索吸收能量与塑性变形基本成正比。通过对锚索冲击载荷下的力学响应特征分析,可为冲击地压矿井的巷道支护设计和材料选取提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 冲击地压 锚索 冲击载荷 落锤试验 响应特征
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高延伸率锚索动态力学特性及工程应用
8
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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30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用 被引量：2
9
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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冲击载荷下砂质泥岩破碎分形特征
10
作者 孙卓越 吴拥政 周鹏赫 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期133-139,共7页
为研究砂质泥岩在冲击载荷下的破碎分形特征,采用霍普金森压杆试验装置,对砂质泥岩试样开展冲击压缩试验,探究其在5级冲击气压和2种长径比下的应力-应变曲线特征和破坏形态,并引入分形维数量化破碎程度和破碎块度分布,分析分形维数与加... 为研究砂质泥岩在冲击载荷下的破碎分形特征,采用霍普金森压杆试验装置,对砂质泥岩试样开展冲击压缩试验,探究其在5级冲击气压和2种长径比下的应力-应变曲线特征和破坏形态,并引入分形维数量化破碎程度和破碎块度分布,分析分形维数与加载值、强度值和能量值的关系。研究结果表明:冲击载荷下砂质泥岩破坏演化主要分为裂隙压实段、以弹性变形为主的弹-塑性稳定段、以塑性变形为主的塑-弹性非稳定段、宏观破坏段4个阶段,对于冲击前长度20 mm砂质泥岩试样,在裂隙压实段试样被压缩至19.86 mm,压缩量为0.7%;冲击载荷下砂质泥岩试样呈劈裂破坏,且破碎块度分布具有较好分形规律,长径比0.4和0.8试样的分形维数与应变率、动态抗压强度、破碎耗能密度均呈正相关;相同冲击气压下,长径比0.4试样对应变率和动态抗压强度的敏感性较长径比0.8更强;当破碎耗能密度相同时,长径比0.4试样较长径比0.8的分形维数更大。研究结果可为砂质泥岩顶底板巷道的防冲治理提供一定理论参考。 展开更多
关键词 岩石动力学 分离式霍普金森压杆(SHPB) 分形维数 应变率 破碎形态
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