深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测研究

煤炭学报
网络首发时间：2024-08-12 17:32:18

作者

王猛朱斯陶李士栋李冬冬
单位

北京科技大学土木与资源工程学院山东能源集团有限公司兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿
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
文章目录

1 深井开采高应力腐蚀特征及影响因素
1.1杆体材料
1.2腐蚀介质
1.3应力
1.4温度
1.5巨野煤田深部矿井井下大气腐蚀等级评价
2深部矿井锚杆腐蚀敏感性研究
2.1腐蚀慢应变速率实验
2.2实验结果及分析
2.3断口形貌分析
3锚杆加速腐蚀实验及耐久性研究
3.1电化学加速腐蚀实验
3.2拉伸实验
3.2.1拉伸实验速率
3.2.2本构模型修正
3.3实验结果及分析
3.3.1力学性能损失分析
3.3.2锚杆腐蚀率与强度损失耦合分析
3.4基于非均匀腐蚀模型的强度劣化研究
3.4.1非均匀腐蚀模型
3.4.2基于非均匀腐蚀模型的强度劣化耦合研究
3.5温度与腐蚀速率耦合研究
4深部矿井锚杆腐蚀影响因素分析及应用
4.1锚杆强度劣化模型计算
4.2服役环境温度T对杆体强度劣化的影响
4.3杆体截面半径R对杆体强度劣化的影响
4.4常温腐蚀速率V_(h，298K)对杆体强度劣化影响
4.5锚杆腐蚀对巷道动力灾害防护影响
5问题与讨论
6结论
引用格式

王猛,朱斯陶,李士栋,等.深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测研究[J/OL].煤炭学报,1-18[2024-08-13].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0347.
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