泥质巷道锚固结构弱化失效致灾机理与控制方法研究

It is a popular issue and research hotspot that anchor failure, supporting structural instability, and even collapse accidents in many coalmines of China if argillaceous roadway adopts rock bolting technology. First, based on typical engineering background, this study combined with field testing or analysis of samples collected to analyze anchoring system instability characteristics and classification. Further taking the surrounding rock, anchoring agent and metal rod and two of three media interface into account to establish a "three media - two interfaces" anchor structural mechanics model. Based on analysis of the anchor point of failure, anchoring structural weakening, analyzing the evolution mechanism of anchoring systems failure. Adaptive multi-field coupling tri-axial test instrument will be used to test the effect of weakening for anchor performance from different water quality (pH, salinity). Then, it is proposed to analyze variation laws in the dynamic process of instability for bolts anchoring system under different temperatures and effect in experiments. Using numerical methods to reveal the key factors within surrounding rock anchor argillaceous state molecular transport shift change, the microstructure of the interfacial fracture structural damage process development and anchoring agent creep affected. Preferably adopting high quality anchorage to address this issue in argillaceous roadway and conducting study about on-site application of anchorage to eliminate or contain shale instability - collapsed roadway hazards and to provide a theoretical basis.

泥质围岩巷道采用锚杆支护时常发生锚固失效、支护结构失稳、甚至垮冒致灾事故，是巷道围岩控制研究热点和棘手难题之一。课题首先以典型工程条件为背景结合现场测试或样本采集分析锚固系统失稳特征并进行分类。进而围绕围岩、锚固剂和金属杆体三种介质以及两个界面建立“三介质-两界面”锚固体结构力学模型，分析研究锚固点失效、锚固结构弱化、锚固系统失稳破坏的渐进致灾机理。采用自适应多场耦合三轴试验仪测试不同水质(酸碱度、矿化度)对锚固体性能弱化作用，分析比较不同温度和作用时长导致锚固系统失稳动态过程中的变化规律。采用数值计算方法揭示影响锚固体泥质围岩中分子运移位态变化、界面裂隙结构发育、锚固剂蠕变等微观结构损伤过程的关键影响因素。优选适用于泥质巷道高性能锚固剂，开展现场锚固技术应用研究，为消除或遏制泥质巷道锚固系统失稳垮冒致灾提供理论依据。

泥质围岩巷道采用锚杆支护时常发生锚固失效、支护结构失稳、甚至垮冒致灾事故，是巷道围岩控制研究热点和棘手难题之一。项目以淮北矿区典型地质条件进行样本采集，分析泥岩的典型组分，重点研究了以蒙脱石类和高岭石类为主要组分的泥岩遇水泥化特征。提出了泥质巷道锚固体的概念，并对锚固体系统失稳类型进行科学分类，将锚固体失稳类型系统划分为锚固剂失效、锚固岩体弱化和锚固构件破损三类失稳形式。围绕围岩、锚固剂和金属杆体三种介质以及两个界面建立“三介质-两界面”锚固体结构力学模型，理论分析研究了锚固点失效、锚固结构弱化、锚固系统失稳破坏的渐进致灾机理。采用数值计算方法揭示了影响锚固体泥质围岩中分子运移位态变化、界面裂隙结构发育、锚固剂蠕变等微观结构损伤过程的关键影响因素。优选了泥质巷道新型数值锚固剂最佳化学外加剂为UEA，开展了青海能源大通煤矿FC168的全长锚固支护方案现场应用研究，提出泥质巷道锚杆支护高可靠性安全控制机理与方法。.围绕项目研究，发表学术论文21篇，其中SCI检索论文11篇，EI检索论文4篇。出版学术专著1部（第3作者），主编教材2部（第1作者）。授权专利19项，其中授权发明专利14项，实用新型专利5项。获中国煤炭工业协会科技进步二等奖1项（第3），煤矿支护技术创新成果一等奖1项（第4），二等奖1项（第7）。获全国煤炭青年科技奖，全国煤矿支护优秀专家，煤矿支护优秀论文。作为大会组织委员会秘书长组织国际会议1次，作为大会分论坛主席主持国际会议1次。参加国内外会议20次，其中国际会议3次，国际会议大会报告2次。协助指导毕业博士3名，指导硕士毕业12名。担任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会常务理事，煤炭学报科学编辑。全面完成了项目的研究任务并超额完成了项目的预期目标。