赵一鸣博士的论文《煤矿巷道树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性研究》发表于2012年8月的《煤炭学报》（Journal of China Coal Society）第37卷第8期。该研究由中国矿业大学矿业工程学院的赵一鸣博士完成，旨在深入探讨煤矿巷道中树脂锚固体的力学行为及锚杆杆体的承载特性。
学术背景
锚杆（索）支护技术是煤矿巷道围岩稳定控制的主要方法之一，但由于围岩的复杂性，锚杆支护的机理尚未完全明确。特别是在复杂地质条件下，锚杆的锚固机理、与围岩的相互作用、应力分布规律及杆体承载特性等问题仍需深入研究。因此，本研究通过理论分析、数值模拟、实验室试验、现场实测和工程实践相结合的方法，系统研究了树脂锚固体的力学行为及锚杆杆体的承载特性，以优化支护设计并提高巷道稳定性。
研究流程
树脂锚固体失效类型分析及理论模型建立
- 总结了树脂锚固体的4类主要失效类型，重点分析了黏结失效中的空洞锚固失效（imperfectly epoxy bonded failure）和长时蠕变失效（long-term creep failure）。
- 建立了空洞树脂锚固体拉拔力学模型，推导了拉拔状态下杆体内拉应力沿锚固方向的分布公式。
- 建立了考虑锚固层黏弹特性的长时蠕变力学模型，推导了杆体拉应力、锚固层-杆体界面剪应力随时间变化的分布公式，并求解了恒力作用下的杆体外端点位移近似公式，确定了锚固体的极限拉拔力。
数值模拟与参数影响分析
- 通过实验室试验获取围岩、锚杆等力学参数，并基于ABAQUS软件验证了上述两种理论模型。
- 研究了两种模型中杆体应力沿锚固方向的分布规律，揭示了拉拔过程中锚固体内应力及位移的演化过程。
- 分析了锚杆直径、锚固层厚度、钻孔直径、围岩强度等参数对树脂锚固体力学特性的影响。
预拉力锚杆杆体承载特性研究
- 采用预拉力锚固系统锚固作用综合实验台，研究了不同预拉力下锚杆杆体应力和弯矩的分布特征及其变化速率。
- 通过测力锚杆井下拉拔试验，揭示了预拉力与杆体外端点位移的关系，分析了不同预拉力下杆体轴力分布及承载特征。
- 研究发现，预拉力锚杆的实际受力主要集中在外锚固段中性点附近，该区域的杆体-锚固层-围岩黏结关系对限制围岩变形起关键作用。此外，杆体内弯矩的存在表明其截面受力不均匀。
光纤光栅传感技术的动态实时监测系统
- 针对现有煤矿巷道围岩监测手段的不足，提出并建立了一套基于光纤光栅传感技术（FBG sensing technology）的动态实时在线监测系统。
- 该系统成功监测了锚杆杆体受力的动态变化，发现杆体应力呈非均匀分布且存在波动，进一步验证了杆体内弯矩的存在。
工程应用与验证
- 基于研究结果，提出了确保锚杆支护效果的若干原则，并在淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道巷和朱集煤矿1111(1)工作面轨道巷进行了工程实践。
- 应用结果表明，采用预拉力高强锚杆强化支护技术可有效调动围岩自稳能力，优化围岩力学参数，控制巷道变形，满足安全生产要求。
- 此外，在1111(1)工作面轨道沿空留巷期间，动态实时监测系统成功揭示了矿压显现规律，与传统矿压观测结果一致，验证了该系统的可靠性。
主要结论
- 树脂锚固体的失效模式主要包括黏结失效、长时蠕变失效等，其力学行为可通过理论模型准确描述。
- 预拉力锚杆的承载特性受中性点附近的黏结关系影响显著，杆体受力不均匀且存在弯矩。
- 基于光纤光栅传感技术的动态实时监测系统可有效监测锚杆受力及围岩变形，为支护优化提供数据支持。
- 工程实践表明，预拉力高强锚杆支护技术能显著提高巷道稳定性，具有较高的推广应用价值。
研究亮点
- 理论创新：建立了树脂锚固体的空洞锚固失效和长时蠕变失效力学模型，填补了相关研究的空白。
- 实验方法：结合数值模拟、实验室试验和现场实测，多角度验证了理论模型的准确性。
- 技术应用：开发了基于光纤光栅传感技术的动态实时监测系统，为煤矿巷道支护提供了新的监测手段。
- 工程价值：研究成果在淮南矿区成功应用，证明了其在实际工程中的可行性和有效性。
研究意义
该研究不仅深化了对树脂锚固体力学行为的理解，还为煤矿巷道支护设计提供了理论依据和技术支持。其提出的动态实时监测系统具有广阔的应用前景，可为煤矿安全生产提供更可靠的保障。