1、放頂煤液壓支架的選型南北豪(河南工程學院 安全工程系 安全技術管理0801)摘要：通過對放頂煤這一采礦新技術在其開采工藝及開采設備的總結和研究，提出放頂煤開采過程中液壓支架選型的一般原則，以及對傳統液壓支架的改進措施。進入年代以來，一種新的采煤工藝放頂煤開采在全國煤礦推廣應用。這種開采方法使采煤工作面單產有了大幅度提高，而且擴大了綜合機械化開采的范圍，簡化了礦井的采掘系統和生產組織，提高了綜采工作面的勞動生產率，降低了煤炭關鍵詞：放頂煤；液壓支架；選型；Study on creep characteristics of the Anchorage pilotSun Guangzhong(1.H

2、enan institute of technology ，department of safety engineering，451191,Zhengzhou China)Abstract：Anchor pilot-body is the bolt interaction with the surrounding rock. The Creep characteristics of anchor pilot-body have great theoretical significance for the reasonable roadway support. The creep of anch

3、orage pilot study under different stress levels, the creep characteristics was depicted by Burgers mold and the oretically derived the axial deformation of the formula of free surface side of the block reinforced with bolt. Using Burgers model regressed its related parameters, and given the experien

4、ce creep formula, on the basis of features of rock , Using visco-elastic analysis on roadway deformation , for the supporting design established found mental Key words： Creep; Anchorage body; Burgers model 1引 言流變性質和時效特征是巖石材料的固有力學屬性，也是用以解釋和分析地質構造運動現象和進行巖體工程長期穩定性預測的重要依據。根據大地構造測試結果，地殼目前的平均蠕變速率為10-16mm/

5、s。近年來結合能源開發和環境保護所進行的天然氣液化，氣油料以及核廢料地下儲藏課題的研究將巖石材料在不同荷載水平和不同溫度條件下的長期變形與穩定問題提到了十分緊迫和重要的地位，而對于煤礦而言，近年來隨著煤礦支護技術的不斷革新，由原有的巖巷逐步向軟弱巖層巷道過渡，很多學者做了大量的工作。周瑞光在某地下工程圍巖穩定性研究中, 對粘土巖的流變特性作了全面分析1。許宏發利用單軸壓縮蠕變試驗, 討論了軟巖強度和彈性模量的時間效應問題2。李青麟介紹了一種根據室內蠕變試驗資料確定流變參數的曲線擬合的方法3。吳立新在煤柱設計時考慮了煤的流變性質4。郭志對軟巖流變過程與強度進行了研究5。金豐年對流變模型作了討論和

6、分析6。錨桿支護是煤巷唯一經濟、有效的支護技術。但是對于具有明顯蠕變特性的圍巖進行錨桿支護的研究還需要加深。2錨固體的蠕變試驗2.1試驗裝置和模型模擬試驗的原型相當于從巷道一側或頂板“取尺寸的大小應能代表錨固體的一般狀態。考慮錨桿布置方式及巖體的尺寸效應，原型尺寸為3500×3500×3500錨固分離體。其錨固體所處的位置與形狀如圖2-1所示：圖2-1 錨固分離體的位置與形狀Fig.2-1 The shape and location of reinforced anchor object實驗利用河南理工大學孫玉寧教授設計加工的350mm×350mm×3

7、50mm的實驗箱，體積相似比為1：10。由于錨固體的體積所限制，實驗設備采用RMT-2000KN的壓力實驗機。保壓控制在上下0.25KN，其大小相當于0.004MPa，最小加載為0.75MPa。所以最大誤差為0.005，基本滿足實驗要求。試驗箱其一面打開為自由面，模擬為巷道的邊幫，上面為加載面，其它的面為固定約束。以往模型材料有石膏、砂混合物，粘土材料。石膏、砂混合物制作簡單、原材料來源廣、測試方便、更重要的是它能大范圍的模擬各種巖石、地基的變形和破壞狀態。但是這種材料的脆性明顯、蠕變過程與軟巖相差甚遠。而且受時間、濕。錨桿相似材料選用15A保險絲，長度180mm，直徑2mm，間排距60、80

8、。錨桿采用預先埋入的方式，粘結劑采用1：1的石膏漿。首先將材料混合后，加熱到100度，使石蠟熔化，將材料拌均勻，加入到實驗箱中，排好錨桿，軋實，制成模型。2.2試驗方法本次流變試驗，由于制作試樣的難度，制作試樣有限，加之流變試驗時間較長等具體的條件度的影響顯著。同樣對于粘土材料，受濕度、溫度、時間的因素過大，在實驗室一般不能滿足其要求。實驗采用石蠟、砂混合物，此種材料可以具有一定的強度，而且軟化性能較好，不受濕度的影響，在室溫條件下影響不大。首先對材料進行了配比實驗，巖樣的單軸抗壓強度為1.5Mpa,強度能夠滿足要求。采用容重相似比為1：1。模型的總質量為68.6千克，其中砂：59.28千克，

9、石蠟：8.47千克，凡士林：0.85千克。錨桿間排距600mm、800mm兩種，長度1800mm，直徑20mm的樹脂全長錨固GPa，滿足現場要求，根據單軸抗壓強度以及蠕變實驗的應力水平級，確定出各級應力水平的應力大小。如表2-1所示。表2-1土層不同深度Cl- / SO42-比值統計表Table 2-1.Statistics of Cl- / SO42- ratio at different depth土樣編號不同深度Cl- / SO42-比值0.0-0.2(m)0.2-0.5(m)0.5-0.7(m)0.7-1.0(m)1#0.4740.790.9421.2042#0.7241.5361.2

10、780.9943#0.440.590.460.464#0.4180.891.0420.9365#1.861.7082.551.7443試驗數據分析錨桿的數目增加，也使其時間縮短；無錨桿試樣在1.5倍的水平時，其變形趨勢一直增加，在上升到下面的水平時，其變形較大。趨于不穩定，實驗停止，說明無錨桿試樣在較高的應力水平下，應變軟化能力差；錨固體的最終破壞的長期強度（即巖石出現蠕變破壞的最低應力值）要比無錨桿試樣的長期強度大，且錨桿數目的增加（針對實驗的試樣來說）也使長期強度增大。不難發現，巖石流變變形具有如下幾個特點：(1)施加某一應力水平后，立即產生瞬時彈性應變，因此流變模型中應包含有彈性元件；(

11、2)從流變曲線可知，應變隨時間增大而增加，模型中應包含粘性元件；(3)低應力水平時，應變速率隨時間增大而減小，應變最終將趨于一穩定值；較高應力水平時，應變速率將趨于一恒定值，表現為等速蠕變。4錨固體流變模型研究如何建立流變本構模型是巖石流變研究中的關鍵所在，只有建立正確的流變本構模型，即應力、應變、時間三者之間的關系，才能充分、準確的描述巖石的流變特性。目前建立巖石流變本構模型主要有兩種方法：經驗模型理論和元件模型理論7。基于流變曲線特征的分析，可以看出，巖石表現出典型的粘彈性特性。本文采用四元件Burgers模型對上述流變曲線進行辨識，以獲得錨固體試樣的蠕變參數。由于柏格斯模型是由開爾文模型

12、和馬克思威爾模型串聯而成的，因此在受到剪應力作用時，柏格斯體產生的應變應該是二者分別產生的應變之和，即 （1）式中：分別是開爾文模型的剪應變馬克思威爾模型的剪應變。根據試驗情況，軸向應力為，側向應力為，且。經過理論推導，可以到得試件在受軸向應力作用下的軸向應變為 (2)式中： K為體積模量，GPaGK為開爾文模型的彈性模量，GPaK為開爾文模型的粘性模量，GPa·sGM為馬克思威爾模型的彈性模量，GPaM馬克思威爾模型的粘性模量，GPa·s根據試驗的數據和公式的推導，得到錨固體的Burgers體參數。5結論通過對錨固體的蠕變試驗的研究分析，得到了試樣在不同應力水平下的蠕變規

13、律。錨桿在一定程度上改善了圍巖的蠕變性質，改變了圍巖的參數。對阻擋圍巖變形起到了積極的作用。同時用burgers體進行描述，并得到了其參數。并進行了合理支護時間的計算，為以后的巷道合理支護提供了參考。并為數值計算提供了參數。參考文獻(References)1 劉新榮, 孫輝, 陳曉江, 等.黃土連拱隧道中墻結構的數值模擬研究J. 采礦新技術, 2005, 5(6): 837-840. 2 譚卓英，蔡美峰，岳中琦，等.鉆進參數用于香港復雜風化花崗巖地層的界面識別J.巖石力學與工程學報，2006，25(增1)：2 9392 945.3 Lavrov A, Vervootr A, Wevers M.

14、, et al. Experimental and numerical study of the Kaiser effect in cyclic brazilian tests with disk rotationJ. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2002, 39(3): 287-302.4 孫輝. 黃土連拱隧道圍巖與支護結構穩定性研究D. 重慶:重慶大學, 2005. 5 張三. 爆炸力學在工程中的應用R. 武漢: 中國科學院武漢巖土力學研究所, 2000.6 馬德芹, 藺安林. 地下鐵道與輕軌交通M. 成都:西南交通大學出版社, 2003.7 重慶市重點公路建設指揮部, 西南交通大學. 公路隧道縱向通風研究文集C/ 張三, 李四, 王老五,等編. 第5次*會議論文集. 成都: *出版社, 1998: 125-129.8 中華人民共和國交通部. 公路隧道設計規范S. 北京: 人民交通出版社, 2004.9 謝希德. 創造學習的新思