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“新锐科学家”视频讲解 | 吴拥政研究员:锚杆托板与缓冲垫层组合结构静、动载力学性能试验研究
发布时间: 2022年4月11日
来源: 煤炭学报

针对锚杆支护系统受到冲击载荷作用时,围岩与托板间作用力瞬间增加,造成托板过载弯折、撕裂及接触区域围岩破裂、塌落等问题,采用实验室试验的方法,搭建了托板与缓冲垫层组合试样静、动载测试试验台,分别测试了5种组合结构托板的静、动载力学性能,获取了组合结构的静载力-位移曲线、冲击力时程曲线及应变时程曲线。

研究了不同冲击载荷下组合结构的力学响应规律,分析了缓冲垫层材质、厚度对组合结构抗冲击性能的影响。试验结果表明:静载作用下缓冲垫层对托板变形形态有一定影响,刚度高的缓冲垫层会增加托板的变形量,但也会降低组合结构的峰值载荷;垫层厚度主要影响组合结构的变形能力,对承载力影响不大。不同冲击能量下托板的冲击力峰值基本相同,托板在较低的冲击能量下已达到峰值承载力,动载峰值承载力与静载最大承载力基本相同。

不同冲击能量下托板变形明显不同,托板对角线上部的变形相对较小,中线上部的变形相对较大;缓冲垫层能降低组合结构的冲击力峰值,与未使用缓冲垫层相比,采用松木、橡胶垫层、废旧皮带及泡沫铝缓冲垫层时,组合结构冲击力峰值分别降低21.45%、17.55%、25.40%和2.80%,冲击力作用时间分别增加了41.94%、24.52%、47.74%和65.16%,缓冲垫层可降低冲击力峰值,延长冲击作用时间,有效吸收冲击能量;垫层厚度对试样冲击力和应变影响较大,垫层厚度越大,吸收的冲击能量越多,冲击力峰值越小,冲击力作用时间越长,垫层缓冲性能越好,合适的垫层材料和厚度能有效降低冲击载荷对托板结构的破坏效应。

总体来看,与单独使用托板相比,4种缓冲垫层均能实现吸能减冲,不同缓冲组合结构的垫层对抗冲击性能影响不同,缓冲垫层吸能效果从优到劣分别为泡沫铝、松木、废旧皮带及橡胶垫。

吴拥政,博士,研究员,博士生导师,中国煤炭科工集团首席科学家,中煤科工开采研究院有限公司副总经理。中国煤炭学会理事,中国岩石力学与工程学会理事,中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会副理事长,中国煤炭学会青年工作委员会副主任,中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会副秘书长。入选国家“万人计划”科技创新领军人才,科技部“中青年科技创新领军人才”,国家百千万人才工程,国家有突出贡献中青年专家,享受国务院政府特殊津贴。一直从事煤矿巷道围岩控制的研究和开发工作,主持和参与国家自然科学基金、863计划、重点研发计划、科技支撑计划、油气重大专项、国际科技合作及煤炭企业在内的项目40余项。研究成果获国家技术发明二等奖1项,国家科技进步二等奖1项,省部级科技进步一等奖11项;发表论文80余篇(SCI/EI收录40余篇),授权发明专利30余件,编写国家及行业标准14项。

研究方向

巷道围岩控制

主要成果

一直从事煤矿巷道围岩控制的研究和开发工作,取得多项研究成果。发明了煤矿井下地质力学原位快速测试方法及装备,获得了大量实测数据,为矿井设计及巷道支护提供了基础参数;开发出煤矿巷道高预应力锚杆支护成套技术;开发了小孔径定向水力压裂坚硬顶板控制技术与装备;提出了深部冲击地压巷道“支护-卸压-防护”协同防控原理及技术,开发出高冲击韧性的锚杆(索)支护材料及构件,发明了锚杆动静载力学性能综合测试系统,提出冲击地压巷道锚杆支护原则及材料选择原则,集成了煤矿巷道抗冲击预应力支护成套技术体系。

 


 

吴拥政,付玉凯,褚晓威,等. 锚杆托板与缓冲垫层组合结构静、动载力学性能试验研究[J]. 煤炭学报,2022,47(2):662-671.