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基于锚杆组群工作荷载无损检测的巷道围岩稳定性研究

万新通  
【摘要】:锚杆支护相对于棚式支护是一种主动支护方式,可节约大量的钢材,从而降低了支护成本和工作量,它的优越性是其他支护方式无可比拟的,所以锚杆支护在采矿、水利、隧道等工程中被广泛应用。对于锚杆支护巷道或硐室围岩的稳定性也受到越来越多工程技术人员的关注,许多研究人员从不同的角度对其稳定性的判定和预测进行了深入研究,大部分研究都是按照固体力学中的静力学的研究方法,把围岩的变形做为主要的研究对象,但是巷道围岩稳定都受到开采活动的强烈影响,导致围岩应力重新分布和围岩大范围的移动和破裂,所以依据静力学理论的观察方法和测试仪器所测得的围岩稳定性的数据信息相对滞后,并且由此做出围岩稳定性预测,再采取控制措施就处于被动,所以我们致力于研究一种能够实时对围岩稳定性作出快速、准确的预测、判断的方法。 随着计算机技术和现代检测技术的快速发展,在巷道、硐室围岩稳定性的预测和破坏机理及其过程的损伤诊断中出现了一些智能的、动态的测试方法,如用电磁辐射、超声波、声发射和地质雷达等,使我们有可能直接测得矿山压力的变化规律这一围岩稳定的关键因素。依据围岩稳定性研究与实践知识,在基于锚杆无损检测的基础上,提出了判定和预测群锚结构围岩稳定性的一种新的方法:通过无损检测得到锚杆组群的工作荷载实时的对围岩稳定性作出评价。 本文研究的主要内容是通过对巷道内锚杆组群动态响应(速度、加速度)的无损检测和实时分析,获取锚杆工作载荷的变化信息,进而预测、判断围岩的稳定性。研究内容如下: (1)通过对锚杆的锚固作用原理及围岩损伤规律的内涵的研究,得到锚杆与围岩相互作用的内涵,为本文提出的方法提供理论依据。 (2)研究应力波在锚杆中的传播规律,建立应力波参数与锚杆工作载荷之间的定量关系,解决锚杆工作荷载无损检测技术的关键问题。 (3)通过室内相似模拟实验研究分析无损检测锚杆工作荷载方法的可行性及锚杆工作荷载与围岩变形之间的关系,揭示巷道围岩变形、破坏过程中锚杆组群工作荷载的变化规律。 (4)采用CMT(A)锚杆弹性波无损检测仪和分析处理软件在国阳二矿进行工业性试验,研究通过无损检测群锚结构的工作荷载判定围岩稳定性的可行性。 通过理论研究和室内、工业实验的研究分析,表明通过应力波无损检测方法测定锚杆组群的工作荷载来预测、判断群锚结构围岩的稳定性是一种快速,有效的围岩稳定性预测、判定方法,该方法能够对围岩稳定性做出实时判断,为锚杆支护结构的优化设计、加固补强提供及时、可靠的决策依据。


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