一种新型J释能锚杆力学作用机制及其动力冲击实验研究

依据深部开采矿山动力灾害特征及现有释能锚杆的优、缺点,研制出一种新型J释能锚杆,该释能锚杆由锚固(阻尼)模块、变形模块、搅拌模块以及锚固端组成。建立J释能锚杆静止拉拔受力模型与动力冲击过程本构方程,J释能锚杆动力冲击承载本构由弹簧元件与阻尼元件并联组成。在给定初始动力冲击荷载条件下,随着阻尼比增加,沿锚杆轴向方向震荡振幅衰减速度越快,即释能锚杆阻尼作用越大,越利于快速释放冲击动载荷产生的动能。通过在加拿大CANMET实验室对J释能锚杆进行静止拉拔和动力冲击实验,实验结果表明:(1) J释能锚杆静止拉拔力在190kN以上,在静止拉拔作用下J释能锚杆能提供高恒定锚固力;(2)对释能锚杆进行落锤动力冲击实验,在多次冲击过程中J释能锚杆承受冲击峰值荷载均超过250 kN,单次动力冲击释能达到19.3 kJ以上,总释能能力达到46.5kJ,表明J释能锚杆能承受多次动力冲击荷载,且释能能力稳定。由于岩体内节理的客观存在,在经受岩爆等动力冲击时,释能支护锚固的岩体在岩体内节理面处产生剪胀、拉伸破坏,而在巷道(采场)围岩体表面的支护结构体系不会受动力冲击破坏,有效释放高震级岩爆积聚在岩体内的动能,为深部开采矿山动力灾害防控提供新的支护手段。