锚杆托板与缓冲垫层组合结构静、动载力学性能试验研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 47; no. 2; pp. 662 - 671
• Main Authors: 吴拥政, 付玉凯, 褚晓威, 孙卓越
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013 2022; 煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 100013; 天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京 100013
• Subjects: 落锤试验; 冲击地压; 锚杆支护; 缓冲垫层; 冲击载荷
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR21.1489

TD353.6; 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、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.