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本期推送河南理工大学刘少伟教授发表于《煤炭学报》第9期的文章。为方便大家深入了解本文内容,《煤炭学报》邀请刘少伟教授团队贺德印通过视频对相关成果进行了详解。

文章信息为:

刘少伟,贺德印,付孟雄,等.树脂锚固剂搅拌过程仿真及高效搅拌构件优化实验[J].煤炭学报,2020,45(9):3073-3086.

视频解析

创新点

(1)基于树脂锚杆锚固系统粘结失效瓶颈问题及其发生影响因素分析,创新性的研发了一种锚杆(索)树脂锚固剂高效搅拌构件,并分析了其基本工作原理。

(2)通过树脂锚固剂搅拌过程模拟,揭示了高效搅拌构件与锚杆搅拌作用下树脂锚固剂分布及速度场特征。对比优化了高效搅拌构件结构参数,验证了构件的工作性能和效果。

作者简介

刘少伟,男,博士,教授,博士生导师,辽宁锦州人。现任河南理工大学能源科学与工程学院副院长;河南省学术技术带人头,河南省高校创新人才,河南省教育厅学术技术带头人;兼任中国岩石力学与工程学会软岩专业委员会理事;2000、2003年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业分别获学士、硕士学位;2006年在中国矿业大学(北京)获采矿工程博士学位。

长期从事矿山压力与岩层控制方面的教学与科研工作。主持国家自然科学基金项目4项,河南省高校创新人才项目及大型企业委托项目20余项,作为主要完成人参与国家自然科学基金项目2项。主持完成省部级科研鉴定成果10余项,其中5项鉴定成果达到国际先进或国内领先水平,创造了显著的经济和社会效益。获省部级科技进步奖6项,其中一等奖1项、二等奖3项。其中“煤层巷道冒顶机理与控制”获中国煤炭工业科技进步一等奖,“松软煤岩体巷道锚固力防衰减关键技术及应用”获河南省科技进步二等奖。

在 《InternationalJournal of Rock Mechanics and Mining Sciences》、《Rock Mechanicsand Rock Engineering》、《煤炭学报》、《岩石力学与工程学报》、《中国矿业大学学报》等期刊及学术会议上发表学术论文50余篇,其中被EI、SCI收录30余篇,出版著作3部,获国家发明专利10余项。
摘 要
针对树脂锚杆工程应用中普遍存在的多种锚固失效问题,着重分析了树脂锚杆锚固系统黏结失效问题及影响因素,发现树脂锚固剂搅拌效果对其发生有重要影响。为有效降低锚固系统黏结失效问题的影响,提升树脂锚固剂的搅拌质量,根据锚固剂搅拌工作过程及搅拌效果影响因素,研发了一种可以套在锚杆(索)端部的锚固剂高效搅拌构件。
采用理论分析、数值模拟和实验室试验相结合的方法,分析了树脂锚固剂对锚固系统工作性能的重要作用,同时,完成了高效搅拌构件结构设计及参数优化、工作原理、搅拌成效及改善锚固质量的作用效果分析。
结果表明:高效搅拌构件搅拌截齿斜角为30°时,其结构参数设计较为合理,此时对树脂锚固剂具有较好的搅拌效果。在锚杆顶端安装高效搅拌,可有效提高搅拌过程中树脂锚固剂的运动速度,改善锚固剂搅拌混合的均匀性及固化效果,锚固剂体积分布更加合理密实。
在构件的搅拌作用下,锚固剂封装袋将破碎成较小碎片,可避免较大封装袋碎片对锚固质量的影响,有助于提高锚杆锚固质量。锚杆拉拔试验对比分析结果显示,通过在锚杆顶端安装高效搅拌构件,锚杆的拉拔力峰值、拉拔过程能量吸收能力,相较于仅有锚杆作用时均有较大提高,说明锚固系统的锚固质量及抵抗破坏的能力得到了明显增强。

部分图片

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以往锚固试验树脂锚固剂搅拌存在问题

锚固系统力学分析模型

高效搅拌构件结构

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树脂锚固剂搅拌效果对比示意

仿真计算模型网格划分

构件和锚杆搅拌过程树脂锚固剂体积分数分布云图

树脂锚固剂体积分数分布散点图

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构件和锚杆搅拌时树脂锚固剂速度分布云图和矢量图

树脂锚固剂速度曲线

不同斜角时树脂锚固剂体积分数分布云图

不同斜角时树脂锚固剂体积分数分布曲线

不同斜角树脂锚固剂速度云图和矢量图

不同斜角树脂锚固剂速度曲线

试验主要材料

锚固试验过程

拉拔力和位移量关系曲线

拉拔力到达峰值过程能量吸收

树脂锚固剂搅拌效果对比

封装袋碎片对比

来源:

刘少伟,贺德印,付孟雄,等.树脂锚固剂搅拌过程仿真及高效搅拌构件优化实验[J].煤炭学报,2020,45(9):3073-3086.

LIU Shaowei,HE Deyin,FU Mengxiong,et al. Numerical simulation of mixing process of resin grout and optimization experiment of high-efficiency mixing component[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(9):3073-3086.

常琛编辑整理:郭晓炜审 核常琛

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