煤帮螺旋锚杆锚固作用分析

摘要

螺旋锚杆对松散巷帮支护有较强的适应性，为特定地质条件下树脂锚固系统失效带来的安全风险提供了解决方案。螺旋锚杆锚固力生成、工作及失效机理研究对煤巷支护产品优化升级至关重要。本文聚焦于螺旋锚杆锚固机制，采用理论分析、实验室试验、现场验证等综合研究手段，分析了螺旋锚杆锚固微元运动及受力状态，阐述了螺旋锚杆锚固力生成过程，提出了螺旋锚杆嵌固式、摩擦式和反作用力式的三种锚固力生成途径；通过现场实测，研究了安装工艺、螺杆结构高度，螺旋嵌固段长度分别与螺旋锚杆锚固效果的关系；总结了螺旋锚杆锚固系统失效特征，表征了螺旋锚杆实验室极限工作条件下的载荷分布规律；开展了螺旋锚杆锚固力现场监测，分析了围岩稳定及采动条件下螺旋锚杆锚固力在煤帮中的演化规律。主要结论如下： （1）在满足锚杆结构强度、刚度的前提下，减小锚杆螺旋大径 D、螺旋结构槽深度h，控制槽宽比u0，选择与锚杆参数匹配的钻机有利于螺旋锚杆旋进及锚固力生成。 （2）螺旋锚杆锚固力与导孔直径呈先增加后降低的趋势；导孔储备值在30mm~60mm之间，锚固效果最好；螺旋嵌固段长度要综合考虑螺旋高度、导孔深度、煤体的物理力学特征。 （3）螺旋锚杆空载阶段主要承受嵌固槽形成的剪切阻力，承载阶段嵌固界面的破坏失效过程分为界面空隙、界面闭合、界面剪切滑移、界面脱粘破坏四个阶段，通过损伤力学理论求得了锚杆空载阶段和承载阶段锚固系统失效的临界值。 （4）围岩稳定条件下预紧力矩使得螺旋锚杆摩擦力达到峰值，随着时间推移锚杆工作阻力先降低后趋于稳定；采动条件下螺旋锚杆工作阻力随着采动应力调整而趋于增大，当巷道围岩稳定后趋于稳定。

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