深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测 - 王猛; 朱斯陶; 李士栋; 李冬冬; 姜福兴; 张修峰; 陈洋; 孟祥阁 (煤炭学报, 2024)
TD353; 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.