锚杆支护煤巷稳定性模拟分析
锚杆在深埋厚煤层巷道中的支护效果分析
摘
要
随着煤矿 开采 深度 的增加 ， 深 埋煤层 巷 道 支护 的研 究逐 渐成 为煤矿 安全控 制 的重 点 。
以崔 家寨煤矿 为背景 ， 通过对该矿的 一 ６ ５ ０ ｍ水平 ６ １ ５ ２煤巷锚杆 （ 锚 索） 支护效果的长期观测 ， 揭 示 了深埋 厚煤 层巷 道 的矿 压显 现规律 ， 并通过 分析 巷 道顸板 破 坏 活动规律 及 其来 压机理 ， 确 定巷道
随 着工作 面 的推进 ， 巷道 变形越 来越 大 ， 应 力越
。 ： ０、 ：
■： ０ 、 ： ◆
计算程序——Ｆ Ｌ Ａ ｃ ＿ ３ Ｊ ， 对十余个方案进行计算与比
较， 选择合理的锚杆支护设计 。
内 蒙 古 科 技 大 学 创 新 基 金 项 目 （编 号 ： ２ ０ １ １ Ｎ Ｃ ０ ３ ３、
２ ０ １ ０ Ｎ Ｃ ０ ５ ０ ） ； 内蒙古科技大学创新 基金项 目（ 编号 ： ２ ０ ０ ９ Ｎ Ｃ ０ ４ ９ ） ； 内
型树 脂 锚 固剂 ２支 ， 锚 固力 ４ ０ ｋ Ｎ 以上 。断 面锚 杆
支护 见 图 １ 。
：
、 ．
５ ５ 。 ， 倾角 １ １ 。 ～１ ３ 。 。该工作 面范 围内， 煤层结构简 单、 赋存稳定 ， 煤厚变化不大 ， 平均厚度 ２ ． ５ １ １ １ 。
２ 支 护 设 计
Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ５ ２ ５
现
代
矿
业
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ． ２ ０ １ ３
ＭＯＲＤＥ Ｎ ＭＩ ＮＩ Ｎ Ｇ
总 第５ ２ ５期 ２ ０ １ ３ 年 １月 第 １期
锚杆在深埋厚煤层巷 道 中的支护效果分析
浅谈煤巷锚杆支护
廷；塑整凰，浅谈煤巷锚杆支护夏树君郭光岩(辽源矿业集团公司西安煤业公司，吉林辽源136201)睛割随着科学技术的飞速发展，巷道支护的进一步改革。
肌本棚支护，到工字钢棚，发展到现在的u型钢棚支护。
近几年煤巷锚杆支护这—新技术在西安煤业公司广泛推广应用，并取得了良好的效果。
巨．罐词】浅谈；锚杆；支护1锚杆支护在原始煤层的使用035023区大部分巷道都布置在原始煤层中，巷道支护采用了锚扦支护，经过几个月的使用表明，支护效果很好，支护强度达到要求，完全能够满足安全生产的需要，从而解决了矿工钢、U型钢棚支护在使用、回撤、运输等方面的问题，减轻工人的劳动强度，降低了成本，提高了巷道的利用率，达到了预期的目的，取得了煤巷锚网的成功。
2锚网支护在残采煤层中的使用近几年随着煤炭资源的逐渐枯竭，原始煤柱也逐渐减少，采迹、冒落带增多，这就给锚杆支护带来了一定的困难，在经过压实顶板坚固的旧采迹、冒落区进行锚网支护，困难很多。
施工过程中采用锚杆支护与U型棚支护配套使用，即先进行锚杆支护，每支护一段距离在后路备3～5m U型棚，棚距可相应加大，经过二次支护的巷道比直接支护的巷道服务时间长3个月以上，能够满足从采区准备到采区结束的需要。
经过长时间的使用，也取得了成功，这说明锚杆支护不仅仅局限在原始煤层中使用。
在035023区掘送过程中，大部分巷道进行了锚杆支护，部分旧采迹中也进行了锚杆支护，施工中锚杆间、排距均为500m m×500m m，对于松软区，地质构造变化带，支护条件复杂区域，采取了加密锚杆间、排距的措施，保证了安全生产。
对于顶板，我们使用了5根2A m长螺纹钢，加强对顶板的管理，起到了加固拱和增强筋作用，由底板O,5m起开始打锚杆，采用1B m长锚杆护两帮，金属网使用网孔500m m×500m m的菱形网，网边对接，网扣Q1m一扣辫式链法联接一扣压一扣，既结实又美观，并在铁制托盘上加了一个木制托盘，螺丝紧固后，当顶板来压时起到了缓；中作用，使铁制托盘不直接受力，缓解了铁制托盘的变形时间。
煤矿巷道锚杆支护技术
煤矿巷道锚杆支护技术1. 引言煤矿巷道的安全与稳定性对矿井的正常生产至关重要。
巷道支护技术是矿井设计和运营过程中的重要环节，其中锚杆支护技术被广泛应用于煤矿巷道的支护工程中。
本文将介绍煤矿巷道锚杆支护技术的基本概念、原理、应用及其优缺点。
2. 锚杆支护技术的基本概念2.1 锚杆的定义锚杆是一种通过紧固在巷道周围岩体中来支护和稳定巷道的装置。
锚杆由钢管、锚固材料和锚杆头组成。
锚固材料常用的有水泥浆、注浆材料等。
2.2 锚杆支护技术的原理巷道锚杆支护技术是通过将锚杆安装在巷道周围岩体中，使岩体与锚杆形成一个整体，从而增加岩体的稳定性。
锚杆对巷道岩体的支护作用有以下几个方面： - 锚杆能够抵抗巷道周围岩体的变形和位移，增加巷道的稳定性； - 锚杆能够有效分散巷道周围岩体的应力，避免应力集中，减少巷道岩体的破裂和崩落； - 锚杆能够提高巷道的抗震性能，减少地震造成的巷道破坏。
3. 锚杆支护技术的应用3.1 锚杆的选择与计算在进行巷道锚杆支护工程之前，需要进行锚杆的选择和计算。
锚杆的选择应根据巷道的岩性、巷道的尺寸、巷道的设计要求等因素进行综合考虑。
锚杆的计算要考虑岩体的强度、巷道周围岩体的应力特征等因素，以确定合适的锚杆长度和间距。
3.2 锚杆的施工过程巷道锚杆支护技术的施工过程包括以下几个步骤： 1. 巷道预处理：清理巷道周围的杂物，保证施工区域的整洁。
2. 锚孔钻进：使用钻机钻进锚孔，根据设计要求确定锚孔的位置和数量。
3. 锚杆安装：将锚杆插入锚孔中，用锚固材料固定锚杆和巷道岩体。
4. 锚杆张拉：根据设计要求，使用张拉设备对锚杆进行张拉。
5. 锚杆固化：等待锚固材料固化，使锚杆与巷道岩体形成牢固的连接。
6. 巷道支护检查：检查锚杆支护的质量和效果，进行必要的调整。
3.3 锚杆支护技术的优缺点3.3.1 优点•锚杆支护技术施工周期短，能够快速提高巷道的稳定性；•锚杆支护技术施工简便，不需要大量的材料和设备；•锚杆支护技术适用范围广，可适用于各种巷道类型和岩性。
锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用研究
锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用研究发布时间：2021-01-13T14:43:40.547Z 来源：《工程管理前沿》2020年10月30期作者：闫中云[导读] 巷道是煤矿开采的必经通道。
在煤矿开采中，需要开挖大量的巷道为开采服务。
闫中云山西兰花集团东峰煤矿有限公司山西晋城 048000摘要：巷道是煤矿开采的必经通道。
在煤矿开采中，需要开挖大量的巷道为开采服务。
此类巷道使用寿命短，支护成本普遍较低。
锚杆支护是一种适用的支护技术，具有支护可靠、造价低、施工方便等优点，其已广泛应用于大多数煤矿巷道中。
但煤矿巷道掘进由于受矿压的影响，会产生变形，这对巷道的使用非常不利。
因此，在巷道开挖过程中采用锚杆支护既方便又经济。
关键词：锚杆支护技术；煤矿；掘进巷道一、锚杆支护技术的作用1.1 支护的适用性强在多数情况下，锚杆的杆体选择是具有很高强度的螺纹钢。
根据锚杆使用的位置不同，锚杆杆体的材料应该会存在不同，例如：在靠近工作面一侧的锚杆支护需要采用塑钢，由于在回采时会产生很强的动压作用在锚杆上。
锚杆直接的选择应该根据巷道的围岩的特性，对于巷道围岩比较稳定的情况选择直径小的锚杆，相反，选择直接较大的锚杆。
由于不同岩石地质是不同的，这样就会决定锚杆支护采用的原材料是不同的，在比较松软的煤矿中则是需要采用全长的锚固。
1.2改善巷道周围围岩稳定性对于新开掘的巷道，其主要是都到地层压力的作用，因此需要采用一定的支护工具来维持煤矿巷道的稳定性，减缓巷道断面的缩小。
只有这样才能为煤矿的开采提供了一定的安全空间[4]。
由于巷道周围被岩石所包围，提高巷道围岩的稳定性就能保证巷道的安全性。
在早期的煤矿掘进巷道中，多使用的金属支架、混凝土以及木材等方式进行支护。
这种材料对巷道的支护能力有限，而且需求量大，支护的成本较高，需要大量的劳动力。
因此，这种方式已经被淘汰，锚杆支护技术已经成为了巷道的支护的主要手段。
1.3改变巷道围岩的承载结构经过多年的使用，锚杆支护的安全性已经被众多学者所证实。
煤巷锚杆支护围岩稳定性的分析
煤巷锚杆支护 围岩稳定性 的分析
李喜胜 （ 开滦唐山 矿业公司）
摘要： 煤巷锚杆支护技术， 通过在唐山矿业公司的实践应用， 经科学的理 特 木化石及轮木化石 ； 伪顶 为深灰 色泥岩 ， Ｏ５米 ， 厚 ． 泥质成分 ， 炭 论验证， 具有针对性地分析了该矿不同地质条件下的围岩活动情况， 并对锚 质成 分较高 ： 底板为深灰 色泥岩 ， ４７ ， 厚 ． 米 泥质成 分， 口贝壳状 ， 断
杆支护适应的条件及支护方式的设计提出了合理建议 ， 以便指导安全生产。 关 键 词 ： 巷锚 杆 围 岩 分析 煤 ０ 引 言
含
锚杆支护具有同传统的被动支护完全不同的支护特性 ， 它具有主 动支护和加固围岩 ， 以及保持围岩完整性 ， 减少围岩位移， 同时还具有 支护费用低廉的特点， 但是 ， 锚杆支护只有在一定的生产和地质条件 下才能取得理想的支护效果。 即将围岩暴露后没有产生大面积的松动 破坏和片帮冒顶现象， 在某种程度上仍保持为～个整体。在此前提条 件下进行安装锚杆 ， 使围岩体得以加固。 现场实践表明， 目使用锚杆 盲 支护导致围岩破坏， 造成损失， 影响生产。因此， 必须进一步改革锚杆 支护形式， 使之提高使用效果， 充分发挥锚杆支护的优越性。
２ 巷 道 矿压 显 现 的特 点
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根据具体情况 ， 采取全锚 ， 加密锚 索等。 １２锚杆支护在八、 － 九煤层 中的应用 八、 九合 区煤层属特厚 煤 层， 厚度为 ８～１ １米， 在此有两种情 况布置巷道 。一是沿顶板掘进 ， 做辅助风道 ； 二是沿底板掘巷， 风道和溜子道及切眼等。围岩地质 做 情况 ： 直接项为深灰色泥岩一砂质泥岩 ， ４１ ， 厚 ．６米 泥质成分 ， 槁 含
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煤矿建井巷道施工锚杆支护的原理、参数设定及设计方法
煤矿建井巷道施工锚杆支护的原理、参数设定及设计方法摘要：为提高支护的强度和效果如通常采用锚杆辅以锚索做加强支护，锚杆理论已用理论方法确定煤矿巷道、硐室支护参数阶段，用该理论设计的巷道、硐室支护有理有据，文章就此提出论点，供广大同仁参考、指正。
关键词：煤矿矿井巷道锚杆支护1、锚杆支护作用原理锚杆是一种安设在巷道围岩体内的杆状锚栓体系。
采用锚杆支护的巷道，就是在巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆安设在锚杆孔内，对巷道围岩进行加固，以维护巷道的稳定性。
1.1悬吊作用悬吊作用是指将要冒落的围岩或者软弱岩层，用锚杆悬吊于上部的坚硬岩体上，由锚杆来承载围岩或者弱岩的重量。
1.2组合梁作用可将平顶巷道层状顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁，在荷载作用下，各层板梁都单独弯曲，每层板梁的上下缘分别处于受压和受拉状态。
但是用锚杆将各组合板梁压紧之后，在荷载作用下，就如同一块板梁的弯曲一样，提高了板梁的抗弯强度，可以提高顶板岩层的承载能力。
1.3挤压加固拱作用在巷道周围系统地布置锚杆，使巷道拱部节理发育的岩体连接在一起，便在一定的范围内形成一个连续的、具有一定自承能力的拱形压缩带，使巷道围岩由原来作用在支架上的荷载变成了承载结构，以支承其自身的重量和顶板压力。
1.4减跨作用在巷道内安设锚杆，能够减少压力拱的高度和跨度。
如在巷道跨中打一根锚杆，相当于在该处打一根支柱，使原来的拱分为两个小拱，小拱的跨度为原拱的一半。
如果打三根锚杆，就相当于将原来的拱分成四个小拱，压力拱的跨度为原拱的四分之一，同时压力拱的高度也明显降低。
1.5围岩补强加固作用巷道深处围岩内的岩石处于三向受力状态，而靠近巷道周边的岩石则处于二向受力状态，后者的强度远远小于前者，因此容易受破坏而丧失稳定性。
在巷道内安设锚杆后，有些围岩又部分地恢复为三向受力状态，增强了自身的强度。
此外，锚杆还可以增强岩层弱面的抗剪强度，使巷道周边的围岩不易破坏和失稳。
2、锚杆支护参数的确定目前，用于煤矿巷道支护设计的主要的锚杆支护参数设计方法有下列几种：（1）悬吊机制及其围岩条件：在层状岩体中，锚杆将下部不稳定岩层悬吊在上部稳固的岩层上，锚杆承受的载荷为下部不稳定岩层的重量。
煤巷锚杆支护原理分析
煤巷锚杆支护原理分析摘要:巷道锚杆支护作用原理,围岩、岩性、自然拱原理,锚杆支护、锚索、锚网、钢带在支护中的作用,软岩易破碎、易风化、遇水易膨胀的特性。
关键词:软岩巷道支护原理锚杆支护围岩特性几年来我们在巷道支护中取得了一些成果,目前我们公司三个生产矿井在巷道支护中已全面使用锚杆支护,为软岩巷道应用锚杆支护提供了可借鉴的经验,这里就煤巷锚杆支护原理进行一下分析,仅供同行在煤巷锚杆支护设计中参考。
1、巷道锚杆支护作用机理锚杆支护的作用机理有悬吊作用、组合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。
悬吊作用:悬吊作用是指锚杆把将要冒落的松软弱岩层或危岩悬吊于上部坚固稳定的岩体上,由锚杆来承担危岩或松软弱岩层的重量,如图1所示。
（a）（b）图1 层状岩体顶板锚杆悬吊作用组合梁作用:在层状岩层的巷道顶板中,通过锚入一系列的锚杆,将锚杆锚固长度以内的薄层岩石组成岩石组合梁,从而提高其承载能力。
可以把平顶巷道的层状岩石顶板看作是以巷道两帮为支点的叠合梁。
在载荷作用下,各层岩石（板）都有各自的单独弯距,每层岩石（板）的上下边缘分别处在受压和受拉状态。
但用锚杆将各层岩石锚固在一起后,在载荷作用下,各层岩石之间基本上不会发生离层、错动,就如同一块板的弯曲一样,大大提高了组合梁的抗弯强度和承载能力,如图2所示。
图2 顶板锚杆组合梁作用加固拱作用:对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩,如果及时用锚杆加固,就能提高岩体结构弱面的抗剪强度,在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定,而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱,从而保持巷道的稳定,如图3所示。
图3 锚杆加固拱原理楔固作用:锚杆的楔固作用是在围岩中存在一组或几组不同产状的不连续面的情况下,由于锚杆穿过了这些不连续面,防止或减少了沿不连续面的移动,但是,锚杆架设的时机是非常重要的。
如果在开挖引起的剪应力产生前就架设了全长粘结式锚杆,则在不连续面处锚杆较高的剪切刚度将迫使锚杆完全承受开挖二次应力的作用,而难于发挥不连续面自身抗剪能力,如图4所示。
煤巷合理锚杆锚索布置方式的分析及应用
煤巷合理锚杆锚索布置方式的分析及应用摘要近年来，深井开采成为各煤矿主要的开采方式，由于深井煤矿中的特殊地形构造以及围岩的构成成分，深井煤矿冒顶事故的发生几率在不断增加，因此做好煤矿巷道的支护工作十分必要。
本文中，我们对目前巷道支护常用的锚杆支护以及锚索支护进行了简单的研究，分析了锚杆和锚索联合工作的原理以及布置方式，同时也结合实例分析了锚杆锚索支护在实际中的应用。
关键词合理锚杆锚索；布置方式；应用目前，多数煤矿为提高煤炭生产的安全性普遍采用了锚杆锚索支护方式，但是煤矿在设计布置锚杆锚索支护时还存在着一定的问题。
为使锚杆锚索支护方式更加的安全，我们有必要对锚杆锚索支护的合理布置方式以及实际应用进行分析研究。
1 锚杆支护和锚索支护巷道支护是煤层开采过程中为保持围岩稳定性所采用的常见方法，目前巷道支护主要有锚杆支护和锚索支护两种方式。
1.1锚杆支护锚杆支护是传统的巷道围岩支护方式，它的工作原理是使锚杆与围岩之间形成受力作用，从而建立一个统一稳定的支护结构，进而保持巷道围岩的稳定性，增加煤炭生产的安全性。
锚杆一般是由金属杆、螺母、托盘等组成，目前煤炭行业所普遍使用的是左旋无纵筋螺纹钢锚杆。
另外，经过不断的发展创新，我们已经研制出适合不同地质条件的锚杆支护方式，并且也逐渐研制出联合支护方式，以满足软岩巷道的支护要求。
1.2 锚索支护锚索支护是一种新型的巷道支护方式，它的工作原理是将柔性大、易弯曲的钢纹线穿过钻孔并且固定在围岩内部，同时在外部通过托盘对围岩进行加固。
锚索支护相对于锚杆支护而言，其围岩加固深度大、支护能力强以及可靠性高，并且其加固的范围、支护的强度以及可靠性都远远大于普通的锚杆支护。
锚索是由索线、托盘、锚具等构件组成，它主要通过索线给围岩施加一定的预应力，从而有效的束缚围岩，进而减少围岩的形变，提高围岩的承重能力，确保巷道的安全稳定。
通过以上的分析，我们发现锚杆支护与锚索支护各有各的优点，如果我们将锚杆与锚索的优点综合起来，那么就可以做到巷道支护最优化，进而可以明显提高巷道支护效果。
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锚杆支护煤巷稳定性模拟分析①池 永1,周 健1,康景灏2(1.同济大学地下建筑工程系,上海200092;2.太原理工大学,山西太原030024)摘 要:通过相似模拟试验、位移反分析与边界数值计算,对锚杆支护全煤巷道进行稳定性分析。
首先模拟了巷道开挖以后围岩变形,利用位移反分析法确定初始应力与围岩变形模量及泊松比等参数,根据边界单元法数值分析结果确定围岩松动圈范围,然后对全锚支护煤巷围岩稳定性进行分析。
关键词:煤巷;锚杆;位移反分析;相似模拟;边界单元Simulation Analysis of Stability of Coal R oadw ay BoltingCHI Y ong1,ZH OU Jian1,K ANGJing2hao2(1.Department o f G eotechnical Engineering,Tongji Univer sity,Shanghai200092,China;2.Taiyuan Polytechnic Institute, Taiyuan030024,Shanxi,China)Abstract:Based on m odel test,displacement back analysis and BE M,an analysis of the stability coal roadway bolting is pre2 sented in this paper.A fter m odeling the surrounding rock deformation of excavated roadway,initial stress,deformation m odu2 lus of surrounding rock and poision ratio are calculated by displacement back analysis method.The crush zone of surrounding rock is detected according to the results of BE M.The principle of whole bolting is used in desigh of bolt parameters.K ey w ords:coal roadway;bolt;deformation m odulus;displacement back analysis;m odel;stability;BE M 随着采煤技术的逐步提高,放顶煤开采厚煤层(一次采全高)技术已在大型矿区普遍采用,随之而来的全煤巷道支护问题也非常突出。
我国煤矿与广泛采用锚杆支护的美国、澳大利亚等国煤矿平均采深接近。
采用锚杆支护每米巷道可降低成本10%～20%,可见,全煤巷道锚杆支护的应用在我国很有发展前景。
1 工程背景以山西省潞安矿务局王庄煤矿1304放顶煤工作面顺槽为实例,模拟分析全煤巷道锚杆支护稳定性问题。
1304工作面开采3号煤层,埋深最深202m,最浅196 m,平均199m,煤层平均厚度7.1m,工作面为一向西倾斜的单斜构造,煤层走向从45°到113°,倾向从315°到29°,煤层倾角1～3.5°,工作面南部有两条落差为7m的断层和一个陷落柱。
巷道围岩物理力学性质见表1。
2 相似模拟试验2.1 相似材料的选取相似材料的选取应满足如下条件:1)模型与原型材料的主要物理力学性质相似。
表1 围岩物理力学性质表层位岩层层厚/m容重/(t・m-3)抗压强度/MPa抗拉强度/MPa 老顶砂岩9.90 2.6044.0 5.03直接顶泥岩12.80 2.408.62 1.73煤层3号煤7.13 1.3510.73 1.22直接底砂质泥岩0.50 2.509.51 1.01老底砂岩 2.20 2.6044.0 5.032)材料力学指标稳定,不随温度、湿度变化。
3)改变配比后,能使其力学指标有大幅度的变化。
4)制作方便、成本低、资源丰富。
根据以上要求,本试验选取粗骨料为粒径在0.625～1.25mm的普通河砂,细骨料为粒径在0.315～0.625mm的普通河砂,胶结材料为石膏,分层材料为云母,缓凝剂为硼砂。
2.2 配比的确定根据相似理论,选取几何相似常数C1=30,容重相似常数Cγ=1.5,应力相似常数Cσ=45,时间相似常数C t=30。
经过相似换算,得相似模型物理力学指标,见表2。
第22卷第1期2002年3月矿 冶 工 程MINING AN D META LLURGICA L ENGINEERINGV ol.22№1M arch2002①收稿日期:2001211208 第一作者 男 高级工程师 博士研究生表2 相似模型材料物理力学指标层位岩层层厚/m容重/(t・m-3)抗压强度/MPa抗拉强度/MPa 老顶砂岩0.24 1.700.980.11直接顶泥岩0.43 1.700.190.04煤层3号煤0.24 1.700.240.03直接底砂质泥岩0.02 1.700.210.02老底砂岩0.07 1.700.980.11根据材料强度与容重,通过室内强度试验确定模型材料配比,经反复试验调整得到如下配比(质量比):①老顶、老底砂岩为,石膏∶水∶砂∶硼砂=1∶1∶6∶0.02(0.625～1.25mm);②其余各层为,石膏∶水∶砂∶硼砂=1∶1.5∶7∶0.03(0.315～0.625mm)。
模型尺寸为,长×宽×高=200cm×16cm×100 cm,根据质量比制作模型。
2.3 模型位移监测1)加载方式:根据巷道埋深与上覆岩层情况计算所要模拟的上部荷载为3t,本试验采用W J-300/V型液压加压仪加载。
2)测点布置:分别在巷道顶部与两侧各设一位移传感器(YH D-10型),位移传感器与Y J-5型静态电阻应变仪相连,通过应变仪读数的变化换算巷道开挖后位移值。
测点布置如图1所示。
模型试验观测结果见表3。
图1 测点布置表3 模型试验应变观测值测时1号(με)2号(με)3号(με) 9:001958560 10:0030010761 11:0031011968 12:00328126618 13:00372133644 15:00410140062 17:00430146368 19:00457150279 21:00483157291 8:005711650153 9:005801670157据表3结果换算各测点绝对位移为:U1=3.182 cm;U2=6.746cm;U3=1.338cm。
3 数值分析3.1 位移反分析通过准确合理地量测巷道开挖后的位移,利用位移反分析法推算围岩初始应力及变形模量是一种较好的方法。
位移反分析边界条件应满足:σis=∑nj=1(A ij ss P sj+A ij sn P nj)(1)σin=∑nj=1(A ij ss P sj+A ij sn P nj)(i=1,n)(2)式中σi s,σi n分别为j单元上的应力不连续量P sj,P nj; P sj,P nj为虚拟应力;A为应力影响系数。
域内任一点处应力、位移分别为:σx=∑nj=1(A pj xs P sj+A pj xn P nj)(3)σy=∑nj=1(A pj ys P sj+A pj yn P nj)(4)τxy=∑nj=1(A pj ts P sj+A pj tn P nj)(5)u x=∑nj=1(B pj xs P sj+B pj xn P nj)(6)u y=∑nj=1(B pj ys P sj+B pj yn P nj)(7)式中A,B分别为应力影响系数和位移影响系数。
如果域内任一点恰处于巷道周边时,式(6),(7)中的位移即为量测位移,联立求解可得围岩初始应力分量与变形模量。
本文把模型试验量测结果,应用边界单元法中的虚应力法原理编制的位移反分析程序进行计算,结果为:变形模量E=423.44MPa;初始应力σx=5.52 MPa;σy=4.90MPa;τxy=-1.11MPa。
3.2 稳定性分析采用Drucker-Prager屈服准则判别围岩屈服情况。
该屈服条件表达式为:f=αI1+J2-H(8)式中:I1是应力张量第一不变量,I1=σkk;J2是应力偏量第二不变量,J2=S ij×S ij/2;α是材料参数,在平面应变条件下:α=tgφ/(9+12tg2φ)1/2;H是当量屈服应力值,在平面应变条件下:H=3c/(9+12tg2φ)1/2;c是内聚力;φ是内摩擦角。
根据反分析结果,利用边界单元法稳定性计算程序,对模型巷道进行稳定性分析。
从计算结果分析,对04矿 冶 工 程第22卷于巷道两侧在距巷道表面72.7cm 处,围岩处于屈服状态;对于巷道顶部,距巷道表面90.91cm 的范围内形成松动圈,围岩处于不稳定状态,需支护处理。
4 锚杆支护巷道围岩稳定性分析4.1 锚杆参数设计本文设计顺槽锚杆,为了不影响采煤机割煤,在采煤机通过一侧应设计为木质锚杆。
利用全长锚固原理设计锚杆参数,锚杆长度L =1.8m ,锚杆断面为32mm ×32mm 方形断面。
4.2 锚杆支护模拟据前述模拟锚杆支护巷道开挖情况,对锚杆支护巷道围岩进行位移监测,测点布置同前。
观测结果见表4。
表4 模型试验应变观测值测时1号(με)2号(με)3号(με)11:001588445138012:001592467139113:001595479139514:001599494139815:001603506139716:001604513139917:001607518139818:001608520140119:001608522140220;001609525140221:00161053114038:0016151580141310:001616587141412:0016165891416 经换算巷道绝对位移为:U 1=0.24cm ;U 2=1.21cm ;U 3=0.31cm 。
4.3 稳定性验算经过位移反分析求得变形模量E =1056.99MPa ;初始应力σx =0.84MPa ;σy =4.90MPa ;τxy =0.04MPa 。
稳定性分析程序计算结果可见,在整个计算域内各点屈服函数值均为负值,说明锚杆支护巷道处于稳定状态。
5 结 论本文以工程实例为背景,通过相似模拟试验研究、位移反分析技术和边界单元稳定性分析,对全煤巷道采用锚杆支护进行了分析研究,其结果表明,全煤巷道锚杆支护在理论上可以保证其稳定性,建议通过现场试验对该技术进行检验,促使该项支护技术在同类巷道中的广泛推广应用。