负泊松比效应锚索的力学特性及其在冲击地压防治中的应用研究

何满潮，王 炯,2，孙晓明，杨晓杰,2

(1.中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083；2.中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083)

负泊松比效应锚索的力学特性及其在冲击地压防治中的应用研究

何满潮1，王 炯1,2，孙晓明1，杨晓杰1,2

(1.中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083；2.中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083)

冲击地压发生强度、危害程度及频次呈急剧增加趋势，现有支护材料无法满足冲击力作用下巷道防护的要求，基于负泊松比材料的特殊力学特性，结合井下巷道冲击大变形控制的需求，研发了具有负泊松比效应新型高恒阻大变形锚索。采用室内力学实验和现场爆破模拟冲击试验相结合的方法，对新型锚索的防冲力学特性进行了研究，结果表明恒阻锚索能够在静力拉伸作用下产生滑移拉伸变形的同时保持350 kN左右的恒定阻力，多次落锤冲击动力作用下，能够通过保持恒定阻力并产生拉伸变形来吸收冲击能量。以沈阳红阳三矿1213回风联络巷为工程背景，提出了现场采用爆破形式模拟冲击地压的现场防冲方案，试验表明高恒阻大变形锚索在爆炸冲击力作用下可以产生瞬间滑移变形，从而吸收爆炸产生的冲击能量，并具有保持恒定阻力的特殊力学性能；通过现场对比试验可知，在相同当量爆破冲击能量作用下，普通锚索试验段完全崩垮，恒阻锚索试验段整体稳定，验证了恒阻大变形锚索比普通锚索具有更好的抗冲击力学性能。

冲击地压；负泊松比效应；恒阻大变形锚索；现场防冲试验；防冲力学特性

冲击地压是矿山压力的一种特殊显现形式，是矿井在采掘过程中周围煤岩体由于变形能聚集达到煤岩体极限后释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，是煤矿重大灾害之一[1-3]。我国是世界上除德国和波兰以外煤矿冲击地压危害最严重的国家之一[4-5]，最早记录的冲击地压案例是发生在1933年的抚顺胜利煤矿冲击地压。据中国煤炭工业协会统计数据，建国以来我国共发生4 000多次冲击地压事故，造成重大损失。随着煤矿开采深度的不断增加，特别是我国东部煤炭主采区，开采深度超过1 000 m的矿井个数急剧增加，井下巷道在承受高地应力的同时，又要经受由于回采引起的强烈支承压力作用，使受采动影响的巷道围岩压力数倍、甚至近十倍于原岩应力，煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构造应力以及工程扰动的作用下[6-7]，使得积聚的能量大于矿体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去结构稳定性，发生冲击地压[8-11]，从而使得浅部开采时的非冲击矿井，进入深部后转变为冲击地压频发的冲击矿井[12-13]，同时冲击地压发生强度、危害程度及频次呈急剧增加的趋势(图1)，冲击矿井数量呈明显上升趋势(图2)[14-15]。

图1 抚顺老虎台煤矿岩爆次数与埋深关系Fig.1 Relationship of rock burst and depth in Laohutai Mine

图2 我国冲击地压矿井增长趋势Fig.2 China’s growth trend of rockburst mine

国内外学者对冲击地压发生的机理、预测预报和防护技术做了大量的研究，20世纪60年代,我国开始研究冲击地压问题，并作为国家“六五”、“七五”科技攻关项目进行了有针对性的重点研究，取得了一定的成果[16-19]，特别对采场的防冲措施进行了系统研究，主要包括区域性防御措施和局部解危措施，其中区域性防御措施主要包括开采解放层、采用合理的开拓布置和开采方式、煤体注水卸压、开展冲击地压预测预报、提高采煤工作面装备水平等方法；局部解危措施主要有钻孔卸压、卸压爆破、深孔爆破、水力致裂、强制放顶等措施。以上措施基本能够达到缓解或者抑制回采工作面冲击地压的发生。开拓巷道及采准巷道掘进和服务期间的防冲支护措施主要有U型钢可缩支护、高强锚网索支护、锚网索+金属支架联合支护、锚网索+让压管支护、圆型支架及垛式支架等方式。上述措施部分缓解了冲击地压的发生强度，但没有根本解决井下巷道的防冲问题，特别是目前占巷道支护绝大部分形式的锚网索支护对冲击地压几乎无防护作用，且隐蔽致灾性大，不可靠。

上述防冲支护形式不能满足冲击地压防治的根本原因是支护材料本身不能适应冲击力作用下围岩的瞬间大变形，包括传统锚杆、锚索、U型钢可缩支架等主要支护材料，均属于传统泊松比材料，即为塑性硬化材料，在受到冲击荷载作用下瞬间达到其屈服强度而失去承载防护能力，造成冲击地压事故的发生,如图3所示。因此，寻求安全可靠、技术可行、经济合理的支护新材料具有重大的意义。

图3 井下巷道冲击地压发生前后Fig.3 Comparison chart underground roadway rock-burst before and after rock burst

传统泊松材料在拉伸时产生横向收缩，而负泊松比效应材料在受到拉伸时，垂直于拉应力方向会发生膨胀，而不是发生通常的收缩；在受到压缩时，材料在垂直于应力方向发生收缩，而不是通常的膨胀；在受到弯曲时，负泊松比材料由于内部结构为球形腔，在张力的作用下，球型腔大多为等规圆筒状结构，使应力集中效应大为减弱。负泊松比材料同时显示出更强的力学与物理特性，这也就意味着其可以被同时定义为结构材料和功能材料[20-22]。

基于负泊松比材料的特殊力学特性，结合井下巷道冲击大变形控制的需求，受“以柔克刚，刚柔相济”的哲学思想的启迪，笔者于2007年研发了具有负泊松比效应的恒阻力为130 kN的恒阻大变形锚索支护新材料，2011年又成功研制出第2代具有负泊松比效应的恒阻值为350 kN的新型高恒阻大变形锚索。该新型恒阻大变形锚索具有最大超过1 000 mm的拉伸滑移变形能力来适应围岩的冲击大变形，在控制冲击能量安全释放的同时能够保持恒定的支护阻力，达到抑制冲击地压发生或对冲击地压发生全过程做到安全可控的目的。为了研究该新型高恒阻大变形锚索的防冲力学特性，本文以沈阳红阳三矿为地质背景，提出在井下废弃巷道利用现场爆破模拟冲击的防冲对比试验，找出其防冲机理及现场防冲效果，为深部开采条件下巷道防冲支护提供新技术。

1 负泊松比效应锚索力学特性

1.1 负泊松比效应锚索简介

具有负泊松比效应的新型恒阻大变形锚索，其主要有恒阻体、钢绞线、托盘和螺母组成，其中钢绞线为普通泊松比材料，恒阻体为负泊松效应材料，具体如图4所示。

图4 具有负泊松比效应锚索结构示意Fig.4 Structure of negative poisson’s ratio effect anchor

该锚索恒阻器采用负泊松比材料，其恒阻值设计为泊松比材料钢绞线屈服强度的95%，当锚索受力小于恒阻值时，钢绞线处于弹性工作状态；当受力超过恒阻值时，恒阻器产生塑性滑移拉伸变形直到围岩再次稳定，钢绞线受力达到屈服强度的95%，仍然处于弹性工作状态。

本次现场防冲试验采用恒阻值为350 kN，最大拉伸滑移变形量为350 mm的高恒阻大变形锚索(图5)，为了研究其防冲力学性能，利用室内实验对其静力拉伸及动力冲击性能进行了研究。

图5 350 kN高恒阻大变形锚索Fig.5 The high constant resistance(350 kN) large deformation anchor cable

1.2 静力拉伸实验

采用深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)自主研发的HWL-2000恒阻大变形锚索拉力实验系统(图6),对应用于试验现场的4根锚索进行了静力拉伸实验研究。

图6 HWL-2000恒阻大变形锚索静力拉伸实验系统Fig.6 HWL-2000 static tensile test system of the high constant resistance large deformation anchor cable

采用位移控制的方法，对4组高恒阻大变形锚索进行静力拉伸实验，测试其最大静力拉伸长度及恒阻力保持情况。通过试验得到其最大拉伸滑移变形量在386.38～405.38 mm之间，满足设计值350 mm；恒阻力平均值在350 kN左右，表明其恒定阻力性能良好。实验材料参数见表1，实验结果如图7所示。

表1静力拉伸实验用高恒阻大变形锚索参数
Table1Thebasicparameterofanchorcablesusedforstatictensiletest

编号长度/mm最大拉伸力/kN最大伸长量/mm恒阻值范围/kNMS3-2-11500363 2405 38330～360MS3-2-21500388 0386 37330～360MS3-2-31500388 0476 34335～370MS3-2-41500388 0482 83325～375

1.3 动力冲击实验

采用深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)自主研发的LEW-20WJ型恒阻大变形锚索落锤冲击实验系统(图8)，对应用于试验现场的4根锚索进行了动力冲击实验研究。

利用上述系统，对2组新型锚索(表2)进行了动力冲击实验，结果显示受冲击过程中锚索受力均在350 kN附近，近似恒定，表现出较好的恒阻性能；单次冲击时锚索滑移变形量均在50 mm左右，表明在受到冲击时锚索近似均匀吸收冲击能量，防冲击性能良好,具体如图9,10所示。

图7 静力拉伸实验结果Fig.7 The static tensile experimental results

图8 LEW-20WJ型恒阻大变形锚索落锤冲击实验系统Fig.8 LEW-20WJ dropping impact test system of the high constant resistance large deformation anchor cable

表2动力冲击实验用高恒阻大变形锚索参数
Table2Thebasicparameterofanchorcablesusedfordroppingimpacttestmm

编号锚索全长恒阻器长度恒阻器直径钢绞线直径HMS-13-1220004006321 8HMS-13-1320004006321 8

图9 HMS-13-12锚索单次冲击变形量及冲击阻力Fig.9 The single impact deformation and impact resistance of HMS-13-12

图10 HMS-13-13锚索单次冲击变形量及冲击阻力Fig.10 The single impact deformation and impact resistance of HMS-13-13

2 现场防冲试验设计

2.1 工程背景

红阳三矿为沈阳焦煤股份有限公司的主力矿山，开采深度已超过1 000 m，多次出现非线性动力学现象。北二采区707工作面为孤岛工作面，回采末期接近终采线时，外围回采辅助巷道发生了动压影响下的冲击地压；西二1204工作面运输巷，埋深超1 000 m，掘进至1 185 m处的火成岩墙时，发生应变岩爆，掘进工作面岩块最远被抛出27 m。随着开采深度的增加，特别是由于深部复杂的地质构造而产生的高的构造应力，使得深部巷道掘进及回采期间发生冲击动力学现象发生的频次在不断增大，给支护与开采带来了很大的难度，严重影响了安全生产。因此，现场防冲试验选择在该矿-850水平废弃巷道中进行，在验证其现场防冲性能的同时给红阳三矿井下巷道冲击地压防治提供科学依据。

2.2 试验段概况

试验段选择在-850水平1213回风联络巷进行(图11)，埋深793～817 m，倾角平均为6°，巷道总长度为303 m，沿7号煤掘进。7煤为复合煤层，由7-1煤、7-2煤和7-3煤组成，中间有两层泥岩夹矸，总厚度为2.75 m。

图11 试验段位置Fig.11 Position of test section

巷道布置为矩形断面，宽高为4 200 mm×2 500 mm，原支护采用锚网索支护。锚杆选用φ20 mm×2 200 mm的等强锚杆，间排距700 mm×800 mm，锚索采用φ21.7 mm×6 500 mm的钢绞线，具体布置如图12所示。

图12 试验段巷道原支护断面图Fig.12 The original section of roadway test section

2.3 试验段分布及加固方案设计

试验段总共40 m，平均分为I，II，III和IV段，每段10 m，具体布置如图13所示。

图13 试验段分段布置Fig.13 The test section layout

本次试验是研究相同地质条件下，相同支护强度，普通锚索与恒阻锚索支护防冲效果对比，故分别对各试验段在原支护不变的情况下对左帮进行加强支护，顶板和右帮支护不变，其中试验段Ⅰ和Ⅳ采用普通φ21.7 mm×6 500 mm的钢绞线锚索加固，试验段Ⅱ和Ⅲ采用恒阻值350 kN、长度6 500 mm的高恒阻大变形锚索加固，加强支护断面如图14所示。两种锚索锚均采用端头锚固，预紧力达到300 kN以上。

图14 试验段巷道加强支护断面Fig.14 The reinforced section of roadway test section

2.4 爆破试验过程设计

2.4.1爆破硐室及炮孔布置设计

本次试验采用爆破形式模拟冲击地压的破坏作用，为模拟冲击地压发生时冲击波对巷道支护体系的作用，采用沿巷道走向布置爆破源的方式，即装药炮孔要平行于巷道走向，为了炮孔的施工，在试验段I和II之间、III和IV之间分别设置1个爆破硐室。据统计冲击地压对巷道表面的破坏深度80%处在2.0～2.5 m范围内，故炮孔设计在距巷道左帮2.5 m竖向断面上，距顶板1.0 m和1.7 m平面上。据此，爆破硐室设计为断面为3 000 mm×2 500 mm，深度4 500 mm，布置位置及支护断面如图15所示，炮孔布置断面如图16所示。

图15 爆破硐室布置及支护断面Fig.15 Blasting caverns layout and support profile

图16 爆破炮孔布置断面Fig.16 The profile blast-hole layout of test section

2.4.2单次爆破装药量设计

目前发生在煤矿井下冲击地压的矿震震级大部分处在2～3级，对应释放的能量为106.45～107.8J[23]，本次试验模拟2.8级矿震对巷道冲击破坏作用，对应释放的能量为107.4J，需采用爆炸能量为2.95×106J/kg的矿用3号乳化炸药约8.5 kg，考虑炸药能量耗散，单次采用10 kg炸药进行爆破试验。

2.4.3过程设计

按照设计要求对试验段分别进行加强支护，然后施工爆破硐室，按照试验设计布置炮孔。整体按照试验I,II,III,Ⅳ的顺序依次进行爆破试验，首先进行试验段Ⅰ的试验，采用10 kg炸药一次爆破，然后进行试验段Ⅱ的试验，采用10 kg炸药一次爆破的形式与试验段I作对比试验；根据试验段I和II对比试验结果，进行试验段Ⅲ和Ⅳ的爆破试验，装药量根据前期破坏情况进行调整。

3 现场防冲试验结果

3.1 试验段I——普通锚索爆破试验结果

试验段Ⅰ合计装药量10.4 kg，一次爆破。试验前巷道支护良好，整体稳定，试验后巷道整体崩塌，左帮整体被冲出，爆坑深度最大处达到1.8 m，部分中间排锚索、锚杆被冲断、拉出失效,如图17所示。

图17 试验段I试验前后巷道破坏对比Fig.17 Test I damage comparison before and after blasting

3.2 试验段II——恒阻锚索爆破试验结果

试验段II合计装药量10 kg，一次爆破。由图18可知，爆破试验前后巷帮基本无变化，巷道整体仍然稳定，没有出现溃帮、片帮现象，只是在距底板1.2 m段帮部出现网兜，高恒阻大变形锚索受力产生了滑移拉伸变形，最大拉伸变形量达到57 mm，拉伸滑移变形量如图19所示。

图18 试验段II试验前后巷道情况Fig.18 Test II damage comparison before and after blasting

图19 试验段II恒阻锚索拉伸量Fig.19 Test II constant resistance anchor stretch

图20 试验段III试验前后巷道情况Fig.20 Test III comparison before and after blasting

图21 试验段III第1次试验恒阻锚索拉伸量Fig.21 Test III constant resistance anchor stretch after the first blasting test

3.3 试验段III——恒阻锚索爆破试验结果

根据现场前两个试验段冲击对比试验结果，试验段III进行了两次冲击爆破试验，累计装药量30.4 kg，其中第1次爆破装药11.4 kg，第2次爆破装药19 kg。

第1次爆破试验前巷道支护良好，爆破后巷道表面基本没有大的变化，整体稳定，只是在单根恒阻锚索周围出现较小网兜变形现象,如图20所示。恒阻器均产生了滑移拉伸变形，拉伸量大部分处在25～30 mm，最大变形量达到38 mm，如图21所示。为了进一步研究新型锚索支护体系抵抗多次爆破冲击的性能，进行第2次爆破试验，试验后巷道整体稳定，只是在第1次爆破基础之上网兜现象进一步加大，局部铁丝网出现破损。恒阻器均产生了滑移拉伸变形，最大变形量达到52 mm,如图22所示。

图22 试验段III第2次试验恒阻锚索拉伸量Fig.22 Test III constant resistance anchor stretch after the second blasting test

3.4 试验段IV——普通锚索爆破试验结果

由于试验段I普通锚索试验段爆破试验后，巷道出现整体崩塌破坏，为了研究普通锚索支护能够抵抗冲击荷载的强度，试验段IV采用减小爆破能量的办法进行爆破试验，合计装药量5 kg，一次爆破。试验后巷道出现局部破坏，网兜变形严重，部分铁丝网破断，显示出接近临界破坏的特点，如图23所示。

图23 试验段Ⅳ试验前后巷道破坏情况Fig.23 Test Ⅳ damage comparison before and after blasting

3.5 试验结果分析

通过对比试验可知，在相同爆破冲击能量作用下，普通锚索段巷道整体出现垮塌，而高恒阻大变形锚索试验段巷道只是产生了有限、可控的变形，巷道整体稳定，表明高恒阻大变形锚索比普通锚索具有很好的抗冲击性能。

通过试验段II和III每次冲击试验后的恒阻器伸长量的监测可知，绝大部分锚索在冲击力作用下都产生了滑移变形，均匀受力，同时保持了恒定的工作阻力；相同的爆破能量作用下，由于普通锚索受力不均，被各个击破，产生了崩断或拉出的现象。

4 结 论

(1)利用自主研发的两套实验系统对新型高恒阻大变形锚索防冲力学特性进行了实验研究，结果表明恒阻锚索能够在静力拉伸作用下产生滑移拉伸变形的同时保持350 kN左右的恒定阻力，多次落锤冲击动力作用下，能够通过保持恒定阻力并产生拉伸变形来吸收冲击能量。

(2)提出了现场采用爆破形式模拟冲击地压的现场防冲方案，现场防冲试验表明：高恒阻大变形锚索在爆炸冲击力作用下可以产生瞬间滑移变形，从而吸收爆炸产生的冲击能量，并具有保持恒定阻力的特殊力学性能。

(3)通过现场对比试验可知，在相同当量爆破冲击能量作用下，普通锚索试验段完全崩垮，恒阻锚索试验段整体稳定，验证了恒阻大变形锚索比普通锚索具有更好的抗冲击力学性能。

[1] 何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24(16)：2803-2813. He Manchao,Xie Heping,Peng Suping,et al.Study on rock mechanics in deep mining engineering[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2005，24(16)：2803-2813.

[2] 窦林名,何学秋.冲击地压防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社，2001.

[3] 齐庆新，窦林名.冲击地压理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[4] 何满潮,钱七虎.深部岩体力学基础[M].北京:科学出版社,2010.

[5] 何满潮.深部开采工程岩石力学的现状及其展望[A].中国岩石力学与工程学会.第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C].北京：科学出版社，2004:88-94. He Manchao.Present stateand perspective of rock mechanics in deep mining engineering[A].Chinese Society of Rock Mechanics and Engineering.Proceedings of the 8th Rock Mechanics and Engineering Conference[C].Beijing：Science Press，2004:88-94.

[6] 晏玉书.我国煤矿软岩巷道围岩控制技术现状及发展趋势[A].何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[C].徐州：中国矿业大学出版社，1996:1-17. Yan Yushu.Current condition on the control technique of surroundings in soft rock and its developing trend in the coal industry in China[A].He Manchao.The Theory and Practices of Soft Rock Roadway Support in China[C].Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，1996:1-17.

[7] Paterson M S.Experimental deformation and faulting in Wombeyanmarble[J].Bull.Geol.Soc.Am.，1958，69：465-467.

[8] 谢和平.深部高应力下的资源开采——现状、基础科学问题与展望[A].科学前沿与未来(第六集)[C].北京：中国环境科学出版社，2002:179-191.

[9] 钱七虎.非线性岩石力学的新进展—深部岩体力学的若干问题[A].第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C].北京：科学出版社，2004:10-17. Qian Qihu.The current development of nonlinear rock mechanics：the mechanics problems of deep rock mass[A].Proceedings of the 8th Rock Mechanics and Engineering Conference[C].Beijing：Science Press，2004:10-17.

[10] 潘立友,钟亚平.深井冲击地及其防治[M].北京:煤炭工业出版社，1997.

[11] 潘一山，李忠华，章梦涛.我国冲击地压分布、类型、机理及防治技术[J].岩石力学与工程学报，2003，22(11)：1844-1851. Pan Yishan，Li Zhonghua，Zhang Mengtao.Distribution，type，mechanism and prevention of rockburst in China[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(11)：1844-1851.

[12] 蓝 航,齐庆新,潘俊峰,等.我国煤矿冲击地压特点及防治技术研究[J].煤炭科学技术，2011，39(1)：11-15. Lan Hang,Qi Qingxin,Pan Junfeng,et al.Study status and prospects of mine pressure bumping control technology in China[J].Coal Science and Technology,2011，39(1)：11-15.

[13] Blake W,Hedley D G F.Rock bursts:case studies from North American hard-rock mines[M].SME,2003.

[14] He Manchao，Jia Xuena，Coli M，et al.Experimental study of rockbursts in underground quarrying of Carrara marble[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2012,52:1-8.

[15] 齐庆新，彭永伟，李宏艳，等.煤岩冲击倾向性研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30(S1):2736-2742. Qi Qingxin,Peng Yongwei,Li Hongyan,et al.Study of bursting liability of coal and rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2011，30(S1):2736-2742.

[16] 姜耀东,赵毅鑫,刘文岗,等.煤岩冲击失稳的机理和实验研究[M].北京:科学出版社,2009.

[17] 姜福兴.采场覆岩空间结构观点及其应用研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(1):30-33. Jiang Fuxing.Viewpoint of spatial structures of over lying strata and its application in coal mine[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2006,23(1):30-33.

[18] 钱鸣高,缪协兴,许家林,等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[19] 齐庆新.我国冲击地压现状与研究进展——采矿工程新论[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

[20] 杨呜波,阳 霞,李忠明,等.负泊松比材料的结构与性能[J].高分子材料科学与工程,2001,11(17)：15-19. Yang Wubo,Yang Xia,Li Zhongming,et al.Structure and properties of negative Poisson’s ratio materials[J].Polymer Materials Science and Engineering,2001,11(17):15-19.

[21] 史 炜,杨 伟,李忠明,等.负泊松比材料研究进展[J].高分子通报,2003(12):48-57. Shi Wei,Yang Wei,Li Zhongming,et al.Advances in negative Poisson’s ratio materials[J].Polymer Bulletin,2003(12):48-57.

[22] 杨智春，邓庆田.负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用[J].力学进展，2011,41(5)：335-350. Yang Zhichun,Deng Qingtian.Research and application of mechanical properties of negative Poisson’s ratio materials and structures[J].Advances in Mechanics,2011,41(5)：335-350.

[23] 徐 森,张兴明,潘 峰,等.工业炸药能量测试方法的分析[J].爆破器材,2013,42(1):54-58. Xu Sen,Zhang Xingming,Pan Feng,et al.Industry blasting explosive energy test method analysis[J].Explosive Materials,2013,42(1):54-58.

Mechanicscharacteristicsandapplicationsofpreventionandcontrolrockburstsofthenegativepoisson’sratioeffectanchor

HE Man-chao1,WANG Jiong1,2，SUN Xiao-ming1，YANG Xiao-jie1,2

(1.StateKeyLaboratoryforGeomechanicsandDeepUndergroundEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing)，Beijing100083，China；2.SchoolofMechanics&CivilEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing)，Beijing100083，China)

The existing support system is not effective for preventing rockburst during tunnel excavation or serving time,mainly because the supporting material can’t meet the the deformation as well as the energy absorption caused by impact loading to the surrounding rocks,while maintaining a constant support resistance.In this paper,the author introduced a high constant resistance(350 kN) large deformation anchor cable with its mechanical properties and in-site simulation of rockburst prevention impact test as the main research content,through a series of static tensile and dynamic impact laboratory tests to verify the new anchor cable with large deformation resistance under the action of impact while keeping slip deformation.The mechanism of this anchor cable’s interaction with surrounding rock in tunnels has carried on in detailed study.First put the anchor cable material into use as supporting material and put forward the field impact resistance test of simulation rockburst by blasting which performed at No.1213 tunnel in Hongyang Mine with the comparation of our anchor cable and traditional ones.At the same time,by performing real-time monitoring of anchor cable stress and comparing the test results with laboratory tests show the mechanism properties of this kind of cable,that is the ability of absorbing energy while maintaining constant resistance,and it has better performance than traditional cables with good impact resistance effect.

rockburst；negative poisson’s ratio effect；large deformation & high constant resistance anchor；in-situ test of impact resistance；impact resistance mechanism

10.13225/j.cnki.jccs.2013.2022

国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2010CB226800)；国家自然科学基金面上资助项目(51734214)

何满潮(1956—)，男，河南灵宝人，中国科学院院士，教授，博士生导师，博士。E-mail：hemanchao@263.net

TD353;TD324

A

0253-9993(2014)02-0214-08

何满潮，王 炯，孙晓明,等.负泊松比效应锚索的力学特性及其在冲击地压防治中的应用研究[J].煤炭学报,2014,39(2):214-221.

He Manchao,Wang Jiong，Sun Xiaoming,et al.Mechanics characteristics and applications of prevention and control rock bursts of the negative poisson’s ratio effect anchor[J].Journal of China Coal Society,2014,39(2):214-221.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.2022