爆破动载作用下玻璃钢锚杆力学响应特征研究

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作者龚韩林
来源武汉科技大学
出版年2016
摘要
金属矿床地下开采中受矿岩物理性质、回采工艺、采动地压、爆破冲击及震动等复杂条件影响,玻璃钢锚杆容易受到破坏而失效,尤其在爆破动载作用下玻璃钢锚杆损伤破坏较大,对金属矿山地下开采中采用玻璃钢锚杆支护时的安全可靠性带来较大影响,因此研究爆破动载作用下玻璃钢锚杆的力学响应特征和累积损伤效应对地下矿山的安全支护具有重要的工程意义。通过对金山店铁矿东区矿岩赋存条件及支护现状进行现场调研,并进行玻璃钢锚杆抗拉、抗剪、抗弯等力学性能试验,根据金山店铁矿实际生产情况,设计爆破振动监测方案,并对监测数据进行回归统计,得出能反映爆破地震波衰减规律的场地系数和衰减指数。基于Kelvin解对玻璃钢锚杆锚固段应力、应变进行了理论分析;根据裂纹扩展理论,建立了锚杆累积损伤计算模型,对金山店东区巷道支护玻璃钢锚杆进行爆破累积损伤计算。研究表明:爆破动载对玻璃钢锚杆的轴向应力、剪切应力、轴向应变的影响主要集中在锚固段的前端;多次爆破作用下玻璃钢锚杆产生一定的损伤,损伤度随着爆破次数的增加而增大。采用FLAC3D动力分析模块与结构单元的可选模块cable相耦合,建立玻璃钢锚杆支护巷道模型,分别研究了单次和多次爆破荷载作用下玻璃钢锚杆的动态响应特征。研究表明:不同安装角的玻璃钢锚杆对爆破荷载的力学响应不同;在多次爆破荷载作用下玻璃钢锚杆产生累积损伤效应,锚杆轴力随着爆破荷载次数的增加缓慢叠加增大。通过上述研究内容和结果,综合分析了爆破动荷载对玻璃钢锚杆的影响,为优化玻璃钢锚杆支护设计参数及爆破参数,改善玻璃钢锚杆支护效果提供理论依据。对其他矿山的类似问题也有一定借鉴意义。

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