深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测
王猛1
朱斯陶2
李士栋3
李冬冬3
姜福兴1
张修峰4
陈洋4
孟祥阁3
1.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 1000832.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;山东能源集团有限公司,山东济南 2500143.兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿,山东菏泽 2747004.山东能源集团有限公司,山东济南 250014
摘要：煤矿深部开采除了面临"三高一扰动"之外,还面临井下腐蚀性大气和高应力、强扰动等因素共同形成的高应力腐蚀环境,井下大气腐蚀环境等级能达到CX(极高腐蚀)级.以山东巨野煤田深部矿井为工程背景,首先分析了深井开采高应力腐蚀特征及影响因素,对锚杆杆体材料开展实验和理论研究,揭示了高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理,推导了杆体强度劣化理论模型.①通过对杆体材料开展SEM、腐蚀SSRT和加速腐蚀实验发现:腐蚀会造成杆体材料的断后伸长率和断裂时间的衰减,相较于惰性条件分别减少了 8.22%和 8.34%;随腐蚀率增加,材料破坏形式由韧性破坏向脆性破坏转变,区域腐蚀类型逐渐由点蚀发展为均匀腐蚀.②结合实验结果、电化学理论与非均匀腐蚀模型,引入Pruckenr温度影响因子,推导出杆体材料强度劣化时变模型.深入探究该模型中服役环境温度T、杆体截面半径R和杆体材料常温腐蚀速率Vh,298K对杆体服役寿命的影响发现,R与服役寿命呈线性正相关;T和Vh,298K与服役寿命的关系表现为服役寿命衰减程度随影响因素水平升高而减小.③结合实验结果与锚杆防冲吸能原理,对巷道锚杆支护极限抗冲能力进行计算分析.结果表明,随锚杆腐蚀率增加,锚杆吸能减少,可抵抗最大震级降低,巷道动力失稳灾害发生风险增加.
关键词：高应力腐蚀锚杆巷道支护深井煤矿强度劣化
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC3004604)国家自然科学基金(52374076)山西省基础研究计划(自由探索类)一般青年资助项目(202103021223072)
论文发表日期：2024-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 4295-4310 )
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