回采巷道全长树脂锚杆锚固力学特性研究.pdf

分类号T D 3 5 单位代码10 3 6 1 论文题目 作者姓名 专业名称 导师姓名 完成时间 万方数据 中图分类号卫3 5 学科分类号生生Q 3 童 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 回采巷道全长树脂锚杆锚固力学特性研究 作者姓名王拓 专业名称墨芷工程 研究方向芷出压力皇蚩层控盔I 导师姓名鲎塞左教授 导师单位塞徽理工太堂 答辩委员会主席奎佩全高工 论文答辩日期2 0 1 7 年5 月2 8 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 7 年5 月2 8 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g R e s e a r c ho nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ff u l l l e n g t hr e s i n a n c h o r i n gb o l to fr o a d w a y C a n d i d a t e W a n g T u o S u p e r v i s o r C h a n gJ u c a i D e p a r t m e n to fE n e r g ya n dS e c u r i t y A n H u i U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，T a i f e n gS t r e e t ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得安邀堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名2 纽日期衅上月土日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵理王太堂有保留、使用学位论 文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞擞理王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽 理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名船 签字日期M 7 年∥月吵日 导师签名 鳓期矽产莎月9 日 万方数据 摘要 摘要 传统支护体系采用端头锚固或加长锚固锚杆支护效果差，难以控制复杂困难 巷道条件下围岩的有害变形，而全长锚固锚杆具有其支护刚度高且对围岩变形和 离层敏感的优点，能够有效防止巷道围岩的变形。 本论文以煤矿回采巷道端头锚固和全长锚固锚杆支护为研究对象，采用理论 分析、实验室试验及现场实测的综合研究方法，分析了端头锚固和全长锚固在不 同预设参数条件下的锚固受力状态；在实验室设计建立了l 1 锚固拉拔实验系统， 配合液压锚杆钻机及手动油压千斤顶，实现了垂直及水平荷载下2 ．5 m 全长树脂锚 固拉拔试验，通过光纤光栅传感技术在锚杆中的测试应用，对锚杆进行受力监测， 研究了在不同垂直压力、侧压系数、预紧力条件下，端头锚固和全长树脂锚固锚 杆杆体轴力分布及承载特征；并且在煤矿巷道现场对光纤光栅测力锚杆进行受力 监测，验证光纤光栅测力锚杆的应用效果。 研究结果表明在相同拉拔力条件下，当侧压系数不同时，围岩水平压力增 大可以有效降低锚杆的轴力，其影响主要是集中于端头锚固支护初期和对全长锚 固支护后期；增大扭矩可以提高端头锚固和全长锚固前期锚杆增阻速度和对围岩 的压力。研究结果为煤矿回采巷道全长树脂锚固锚杆支护提供了一定的理论依据。 图8 5 表1 7 参8 6 关键词锚杆锚固；扭矩；围岩侧压系数光纤光栅；轴力减小比例锚固 力 分类号T D 3 5 3 万方数据 A b s t r a c t A b s t r a c t T h es u p p o r t i n ge f f e c to ft h et r a d i t i o n a la n c h o rs y s t e mi sp o o r , i ti sd i f f i c u l tt o c o n t r o lt h eh a r m f u ld e f o r m a t i o no fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ku n d e rt h ec o n d i t i o no f c o m p l i c a t e dr o a d w a y ．T h ef u l ll e n g t ha n c h o rb o l th a st h ea d v a n t a g eo fb e i n gs e n s i t i v et o t h es u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o na n ds e p a r a t i o n ，w h i c hc a r le f f e c t i v e l yp r e v e n tt h e d e f o r m a t i o no ft h es u r r o u n d i n gr o c kb yt h eh i g hr i g i d i t yo fs u p p o r t ． I nt h i sp a p e r ，c o a lr o a d w a ya n c h o ra n db o l ts u p p o r ta st h er e s e a r c ho b j e c t ，u s i n g t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc o m p r e h e n s i v er e s e a r c hm e t h o do fl a b o r a t o r yt e s ta n df i e l dt e s t ， t h ee n da n c h o r a g ea n da n c h o r i n ga td i f f e r e n tp r e s e ta n c h o r a g ep a r a m e t e r su n d e rt h e c o n d i t i o no fs t r e s ss t a t e ．T h ee x p e r i m e n t a ls y s t e mo f1 1a n c h o r a g ew a se s t a b l i s h e di n t h el a b o r a t o r y , a n dt h ef u l ll e n g t hr e s i na n c h o rp u l l o u tt e s tu n d e rv e r t i c a la n dh o r i z o n t a l l o a dw a sr e a l i z e db yu s i n gt h eh y d r a u l i ca n c h o rr o dd r i l l i n g r i ga n dt h em a n u a l h y d r a u l i cj a c k ．B a s e do nt h ea p p l i c a t i o no ff i b e rB r a g gg r a t i n gs e n s i n gt e c h n o l o g yi n t h ea n c h o rb o l t , t h es t r e s sm o n i t o r i n go ft h ee n da n c h o r a g ea n dt h ef u l ll e n g t ha n c h o r b o l tu n d e rd i f f e r e n tl a t e r a lp r e s s u r ec o e f f i c i e n to ft h es u r r o u n d i n gr o c ka n dt h ep r e t i g h t e n i n gt o r q u e ，t h ea x i a lf o r c ed i s t r i b u t i o na n db e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h eb o l t b o d ya r es t u d i e d ．A tt h es a m et i m e ，t h ee f f e c to ff i b e rB r a g gg r a t i n go nt h em e a s u r e m e n t o ft h ef o r c eo fb o l ti sv e r i f i e di nc o a lm i n er o a d w a y ． A c c o r d i n gt o t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w h e nt h el a t e r a l p r e s s u r ec o e f f i c i e n ti sn o tt h es a m e ，i n c r e a s et h el e v e lo fp r e s s u r eC a ne f f e c t i v e l yr e d u c e t h ea x i a lf o r c eo fb o l t , i t si n f l u e n c ei sm a i n l yc o n c e n t r a t e di nt h ei n i t i a ls t a g eo fe n d a n c h o r a g ea n dt h el a t es t a g eo fF u l ll e n g t ha n c h o r a g e ；T h ee f f e c to fi n c r e a s i n gt h e t o r q u eo nt h ei n i t i a ls t a g eo fe n da n c h o r a g ea n dF u l ll e n g t ha n c h o r a g ei sb e t t e r ；T h e r e s u l t sp r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o rl o a d i n gw i t hp r et o r q u ea n da n c h o r i n gs u p p o r t u n d e rd i f f e r e n tp r e s s u r eo f s u r r o u n d i n gr o c ko f e n da n c h o r a g ea n df u l ll e n g t ha n c h o r a g e ． T h er e s u l to ff i b e rg r a t i n ga t t a c h e do nt h es u r f a c eo ft h ea n c h o rt e s ti sg o o d ，c a np r o v i d e r e a l - t i m em o n i t o r i n go f a n c h o rs u p p o r t ． F i g u r e8 5 t a b l e17r e f e r e n c e s8 6 K e y w o r d s a n c h o rb o l t ；t o r q u e ；l a t e r a lp r e s s u r ec o e f f i c i e n to fs u r r o u n d i n gr o c k ； f i b e rg r a t i n g ；a x i a lf o r c er a t i od e c r e a s e ；a n c h o r i n gf o r c e Ⅲ 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 课题来源及选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 课题研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 ．1 国外锚杆支护技术发展状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 ．2 国内煤矿支护技术发展状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 ．3 锚杆支护机理的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 ．4 锚杆受力检测技术的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．4 锚杆锚固支护的现存问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．5 研究内容和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．5 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．5 ．2 采取的技术措施和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 锚杆锚固支护理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 巷道锚杆锚固机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 锚固模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3 锚杆与围岩作用界面的剪切刚度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．4 岩石试验参数测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l l 2 ．5 预加扭矩对锚固的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．6 围岩侧压系数对锚固的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 全长树脂锚固锚杆受力测试的实验系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 3 ．1 光纤光栅的简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l7 3 ．1 ．1 光纤的结构及分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 ．2 光纤光栅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．2 光纤光栅的检测原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 8 3 ．2 ．1 光纤光栅温度检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l8 3 ．2 ．2 光纤光栅锚杆检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．3 光纤光栅测力锚杆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 3 ．3 ．1 锚杆及锚固长度参数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．3 ．2 光纤光栅的封装⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．4 锚固体制作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 l 3 ．5 巷道围岩压力加载系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 4 3 ．6 锚杆锚固⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～2 5 3 ．6 ．1 锚固装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．6 ．2 锚杆及锚固剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．6 ．3 锚固方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．7 实验参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．8 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 9 4 端头树脂锚固锚杆受力特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 l 4 ．1 端头锚固实验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 1 4 ．2 不同锚固段锚杆波长变化量变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 5 4 ．3 端头锚固锚杆轴力变化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 - 4 侧压系数不同时端头锚固锚杆轴力变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 4 ．5 扭矩不同时端头锚固锚杆轴力变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 6 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 全长树脂锚固锚杆受力特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 5 ．1 全长锚固实验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 9 5 ．2 全长锚固锚杆轴力变化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 5 ．3 不同拉拔力时全长锚固锚杆轴力规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 3 5 ．3 ．1 侧压系数不同时全长锚固锚杆轴力变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．3 ．2 扭矩不同时全长锚固锚杆轴力变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．4 全长锚固锚杆的剪应力分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．5 端头锚固和全长锚固的比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 0 5 ．6 扭矩对围岩变形的控制作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 2 6 工作面顺槽光纤传感系统测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 6 ．1 巷道地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 6 ．2 现场施工测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 3 6 ．2 ．1 现场布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 v I 万方数据 目录 6 ．2 ．2 光纤传感测试系统监测及结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 7 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 7 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 9 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 l 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 7 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 Ⅶ 万方数据 C o n t e n t s C h i n e s eA b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I E n g l i s hA b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V II n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1S o u r c ea n db a c k g r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2T h ep u r p o s ea n dm i n i n go f t h er e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3O v e r s e a sa n dD o m e s t i cR e s e a r c hS t a t u s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 ．1D e v e l o p m e n ts t a t u so f a n c h o rs u p p o r tt e c h n o l o g ya b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 ．2D e v e l o p m e n ts t a t u so f d o m e s t i cc o a lm i n es u p p o r t i n gt e c h n o l o g y ．3 1 ．3 ．3R e s e a r c hs t a t u so f b o l ts u p p o r t i n gm e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 ．4T h ed e v e l o p m e n to f t e s t i n gt e c h n o l o g yo f a n c h o rf o r c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．4E x i s t i n gp r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．5R e s e a r c hc o n t e n t sa n dm e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．5 ．1R e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．5 ．2R e s e a r c hm e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2T h e o r e t i c a la n a l y s i so fa n c h o rb o l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1A n a l y s i so f a n c h o r a g em e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2E s t a b l i s h m e n to fa n c h o r a g em o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．3S h e a rs t i f f n e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．4D e t e r m i n a t i o no f r o c kt e s tp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．5T h ee f f e c to f p r et i g h t e n i n gt o r q u eo na n c h o r a g e ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．6I n f l u e n c eo fs i d ep r e s s u r ec o e f f i c i e n to na n c h o r a g er o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．7S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 3T h ee x p e r i m e n t a ls y s t e md e s i g no ft h ef u l ll e n g t hr e s i na n c h o rb o l t ．．．．．- ．．⋯．．17 3 ．1F i b e rB r a g gg r a t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 3 ．1 ．1S t r u c t u r ea n dc l a s s i f i c a t i o no f o p t i c a lf i b e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 ．2F i b e rg r a t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 8 3 ．2D e t e c t i o np r i n c i p l eo ff i b e rB r a g gg r a t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 3 ．2 ．1F i b e rB r a g gg r a t i n gt e m p e r a t u r ed e t e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 3 ．2 ．2F i b e rg r a t i n gb o l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 I X 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．3F i b e rB r a g gg r a t i n gf o r c em e a s u r i n ga n c h o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．3 ．1D e t e r m i n a t i o no fa n c h o ra n da n c h o rl e n g t hp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．3 ．2F i b e rB r a g gg r a t i n gp a c k a g i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．4A n c h o rp r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．5S i m u l a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c kp r e s s u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．6A n c h o rb o l t ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．6 ．1A n c h o r i n gd e v i c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．6 ．2A n c h o ra n da n c h o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．6 ．3A n c h o r i n gm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．7E x p e r i m e n t a lp a r a m e t e rl o a d i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．8S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 4A n a l y s i so fm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fr e s i na n c h o rb o l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 4 ．1E x p e r i m e n t a lr e s u l t so f e n da n c h o r a g e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 ．2C o m p a r i s o no f d i f f e r e n tw a v e l e n g t ho f a n c h o rr o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 4 ．3A n a l y s i so f a x i a lf o r c ev a r i a t i o no f a n c h o rb o l ti ne a c hg r o u p ⋯．⋯⋯⋯⋯．．3 5 4 ．4T h el a t e r a lp r e s s u r ec o e f f i c i e n to fe n da n c h o r a g eb o l ta x i a l f o r c e c o m p a r i s o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．5C o m p a r i s o no fa x i a lf o r c eo fa n c h o rb o l tw i t hd i f f e r e n tt o r q u ea tt h es a m e t i m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 4 ．6S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 5E x p e r i m e n t a lr e s u l t so ff u l l yg r o u t e da n c h o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 5 ．1C o m p a r i s o no f d e f o r m a t i o no f f u l ll e n g t ha n c h o r i n gb o l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 5 ．2V a r i a t i o no f a x i a lf o r c eo f f u l ll e n g t ha n c h o rb o l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．3C o m p a r i s o no fa x i a lf o r c eo ff u l ll e n g t ha n c h o r i n gb o l tu n d e rd i f f e r e n t d r a w i n gf o r c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．3 ．1T h ec o e f f i c i e n to fl a t e r a lp r e s s u r eb o l ta x i a lf o r c ec h a n g e s ⋯⋯⋯．．5 5 5 ．3 ．2C o m p a r i s o no fa x i a lf o r c ev a r i a t i o no ff u l ll e n g t ha n c h o r i n gb o l ta t d i f f e r e n tm o m e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．4C o m p a r i s o no fs h e a rs t r e s so ff u l l yg r o u t e da n c h o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 5 ．5C o m p a r i s o no fe n da n c h o r a g ea n df u l ll e n g t ha n c h o r a g e ．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．6 0 5 ．6C o n t r o le f f e c to f t o r q u eo ns u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o n ．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．6S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 X 万方数据 6T e s to fo p t i c a lf i b e rs e n s i n gs y s t e mf o rw o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 6 ．1T 咖e lg e o l o g i c a ls u r v e y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 6 ．2F i e l dt c s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 6 ．2 ．1S i t el a y o u t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 6 ．2 ．2M o n i t o r i n ga n da n a l y s i so fo p t i c a lf i b e rs e n s i n gs y s t e m ⋯⋯⋯6 5 6 ．3S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 7C o n c I u s i o na n dP r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 7 ．IM a i nc o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 7 ．2P r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 9 R e f e 弛n c 韶⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 l T h a n k s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 7 T h em a i n 煅阻r c hr e s u l t so ft h ea u t h o ra n dG r a d u a t eS c h o o l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 X I 万方数据 1 绪论 1 绪论 1 ．1 课题来源及选题背景 巷道作为煤矿井下生产的脉络，是煤矿生产的运输线、生命线。我国目前， 每年巷道掘进和维护达千万米，每年由于巷道支护强度不够，造成反复维修的损 失极大，同时也是造成矸石冒落，塌方等事故的根本问题所在，严重危害人身及 财产安全，因此保证巷道的畅通以及完好状态，需要精确地掌握巷道支护物受力 变形的情况，对矿井正常生产和安全生产具有重要的意义。 锚杆支护理论经过长时间的发展以及良好的应用情况，越来越多地被用于巷 道支护。锚杆支护作为一种主动支护，能强化围岩结构，提高巷道围岩的稳定性， 且方便施工，能做到及时有效支护。目前，锚杆支护技术已在国内外得到普遍应 用，是煤矿实现高产高效的关键技术之一【- 9 】。我国在引进澳大利亚锚杆支护技术 后，其简单的工艺操作、低廉的支护成本以及良好的支护效果，使锚杆支护技术 迅速发展。目前，我国矿区整体平均锚杆支护率达到8 0 ％，使我国矿巷道支护技 术发展到一个新的阶段【1 0 ．1 ，】。锚杆支护的方式有端头锚固支护、加长锚固支护以及 全长锚固支护，不同的支护方式适用于不同的围岩地质条件。不同锚杆锚固长度 对应的施工工艺也略有不同，受机具的限制加上由于人们对锚杆锚固机理认识的 偏颇，严重阻碍了锚杆支护理论的发展[ 1 s - 2 1 1 。 回采巷道为工作面的生产提供安全通道，对工作面的安全生产起至关重要的 作用，对于复杂地质条件下的回采巷道其支护难度加大，且回采工作面顶底板受 采动影响较大，有的回采巷道处于软弱的煤层中，这就对复杂困难条件下的回采 巷道支护强度有了更高的要求。同时，回采巷道受强烈采动影