预应力锚杆支护参数设计

合集下载

相关主题

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

预应力锚杆支护参数的设计
康红普１，姜铁明２，Βιβλιοθήκη Baidu富强１
（１煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京１０００１３；２晋城无烟煤矿业集团有限责任公司技术中心，山西晋城０４８００６）
３Ｄ摘要：在不考虑原岩应力场的条件下，采用有限差分数值计算软件ＦＬＡＣ，分析了锚杆预应
７２２
煤炭学报
２００８年第３３卷
２］应力和超高预应力级别．高预应力锚杆显著提高了复杂条件顶板的稳定性，大大降低了冒顶事故［．我
国煤矿也逐渐认识到锚杆预应力的重要性，不仅在理论上进行了一定的研究，得出预应力大小对支护效果
３－５］的影响［，而且部分矿区如新汶、潞安、晋城、淮南等，采用高预应力锚杆支护技术，有效地控制了围６－７］岩变形，取得了良好的支护效果［．但是，我国煤矿很多矿区对锚杆预应力的认识还很不够，加之目前
力、锚杆长度、锚杆支护密度、锚杆安装角度及锚固方式等支护参数对锚杆预应力引起的应力场－锚杆预应力场的影响．基于数值模拟结果，结合井下应用情况，对预应力锚杆支护涉及的参数，包括预应力，锚杆直径、强度、长度、密度、角度，锚固方式，组合构件参数，锚索支护参数等进行了全面、系统的分析，提出了预应力锚杆支护参数选择的原则、范围．关键词：预应力；锚杆支护；支护参数中图分类号：ＴＤ３５３６文献标识码：Ａ
的锚杆施工机具不能提供较大的预应力，导致锚杆预应力普遍偏低，一般预紧力矩为１００～１５０Ｎ ·ｍ，预紧力为１５～２０ｋＮ，有的甚至为０，严重影响了锚杆支护效果．为此，本文采用数值模拟及井下应用效果分析相结合的方法，研究合理的预应力锚杆支护参数，为井下应用提供参考．
显，主动支护性越差．因此，锚杆越长，施加的预应力应越大．反之，通过提高预应力，可适当减小锚杆
第７期
康红普等：预应力锚杆支护参数的设计
７２３
应力区扩大，并连成一体，形成整体支护结构，锚杆预应力扩散到大部分锚固区域． ③ 当锚杆密度增加到一定程度，再增加支护密度，对有效压应力区扩大、锚杆预应力的扩散作用变得不明显，支护密度有一合理的值．１２４锚杆角度对预应力场的影响顶板角锚杆不同角度时的锚杆预应力场分布如图３所示．由图３可看出： ① 当顶板角锚杆垂直布置时，角锚杆与中部锚杆形成的有效压应力区相互连接与叠加，在顶板形成厚度较大、分布比较均匀的压应力区，覆盖了锚固区的大多数面积，锚杆预应力扩散与
Ｄｅｓｉｇｎｆｏｒｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄｒｏｃｋｂｏｌｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
１２１ＫＡＮＧＨｏｎｇｐｕ，ＪＩＡＮＧＴｉｅｍｉｎｇ，ＧＡＯＦｕｑｉａｎｇ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｒｏｃｋｂｏｌｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｅｄｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄｓｔｒｅｓｓｍａｇｎｉｔｕｄｅ，ｂｏｌｔｌｅｎｇｔｈ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ｉｎｓｔａｌｌｅｄａｎｇｌｅａｎｄａｎｃｈｏｒａｇｅｐａｔｔｅｒｎ．Ｔｈｅｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｅｓｗｅｒｅ，ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｏｃｋｂｏｌｔｉｎｇｐａｎｏｔｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｐｒｅｓｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ．Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄｓｔｒｅｓｓ，ｂｏｌｔｄｉａｍｅｔｅｒ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌｅｎｇｔｈ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ｉｎｓｔａｌｌｅｄａｎｇｌｅ，ａｎｃｈｏｒａｇｅｐａｔｔｅｒｎ，ｏｔｈｅｒｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｃａｂｌｅｂｏｌｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｒｏｃｋｂｏｌｔｓｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｍｉｎｅｓｉｔｅｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄｒｏｃｋｂｏｌｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄｓｔｒｅｓｓ；ｒｏｃｋｂｏｌｔｉｎｇ；ｂｏｌｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ国内外的研究与实践表明，预应力是锚杆支护中的关键参数，是区别锚杆支护属于主动支护还是被动支护的参数．无预应力或预应力很低的锚杆支护属于被动支护，只有围岩发生变形后才能被动地支护巷道，无法控制围岩的早期变形与离层；预应力锚杆支护属于真正的主动支护，能及时控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现，保持围岩的完整性，减小围岩强度的降低．在岩土加固工程中，预应力锚杆、锚索已经得到广泛应用．在边坡加固、坝体工程、基坑工程，以及隧道和地下硐室工程中，预应力锚杆、锚索是有效的加
图１不同锚杆长度的预应力场分布Ｆｉｇ１Ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｃｋｂｏｌｔｌｅｎｇｔｈ
１锚杆支护参数对预应力场影响的数值模拟
１１数值模型与模拟方案
３Ｄ在不考虑原岩应力条件下，采用有限差分数值计算软件ＦＬＡＣ，分析了锚杆支护参数对锚杆预应力
引起的应力场－锚杆预应力场的影响．模拟对象为晋城矿区大断面巷道，巷道宽度５ｍ、高度３５ｍ．巷道２ｍｍ，长度２４ｍ，破断载荷３１０ｋＮ，树脂加两帮为煤层，顶板为泥岩．顶板采用锚杆支护，锚杆直径２长锚固；锚杆间排距为１ｍ × １ｍ．数值模拟方案：① 锚杆预应力的影响．将锚杆预应力分别设为２０～２２０ｋＮ，每２０ｋＮ为１级． ② 锚杆长度的影响．模拟锚杆长度分别为１６～３０ｍ，每０２ｍ为１级．③ 锚杆根数的影响．模拟每排锚杆数为１～８根．④ 锚杆锚固方式的影响．模拟锚杆为端部锚固、加长锚固与全长锚固． ⑤ 锚杆角度的影响．模拟顶板角锚杆与垂线的角度为０～４５ ° ，每５ ° 为１级．１２模拟结果及分析１２１锚杆预应力对预应力场的影响２０ｋＮ），导致锚杆支护产生的预不同锚杆预应力引起的预应力场模拟结果表明：① 锚杆预应力过低（应力场应力值小，形成的压应力区范围小，有效压应力区孤立分布，没有连成整体．近零应力区范围大，锚杆支护在近零应力区几乎没有加固围岩的作用，主动支护效果差； ② 在高预应力条件下（１００ｋＮ），锚杆预应力场应力值大，形成的压应力区范围广，有效压应力区相互连接、叠加，几乎覆盖了整个顶板，形成有机的整体，锚杆的主动支护作用得到充分发挥．可见，预应力是锚杆实现主动支护的关键参数，对锚杆支护效果，特别是初期支护效果起着非常重要的作用．１２２锚杆长度对预应力场的影响图１为不同长度锚杆的预应力场分布．随着锚杆长度增加，压应力区范围与厚度增加，锚杆作用范围扩大．但锚杆长度中上部的压应力减小；两锚杆之间中部围岩的压应力减小．在预应力一定的条件下，锚杆越长，预应力的作用越不明长度．１２３锚杆密度对预应力场的影响图２为不同锚杆间距的预应力场分布．由图２可看出： ① 在一定预应力条件下，锚杆间距过大，单根锚杆形成的压应力区彼此独立，锚杆之间出现较大范围的近零应力区，不能形成整体支护结构，主动支护效果较差．② 随着锚杆间距缩小，单根锚杆形成的压应力区逐渐靠近、相互叠加，锚杆之间的有效压
（１ＣｏａｌＭｉｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎｉｎｇＢｒａｎｃｈ，ＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ；２ＪｉｎｃｈｅｎｇＡｎｔｈｒａｃｉｔｅＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＧｒｏｐ．Ｌｔｄ．，Ｊｉｎｃｈｅｎｇ０４８００６，Ｃｈｉｎａ）
１］固手段［．在这些岩土工程中进行锚杆、锚索支护设计时，预应力是关键参数．
美国的矿井十分重视锚杆预应力的作用，锚杆预应力为锚杆杆体屈服强度的５０％～７５％，达到高预
－－收稿日期：２００８０４２８责任编辑：柴海涛基金项目：国家科技支撑计划基金资助项目（２００６ＢＡＢ１６Ｂ０２，２００６ＢＡＫ０３Ｂ０６）作者简介：康红普（１９６５ —），男，山西五台人，研究员，博士生导师．Ｔｅｌ：０１０－８４２６３１２５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｋａｎｇｈｐ＠１６３ｃｏｍ
第３３卷第７期２００８年７月
煤炭学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．７Ｊｕｌｙ２００８
文章编号：０２５３－９９９３（２００８）０７－０７２１－０６
３ＤＡｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｅｒｉｅｓｏｆｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｏｄｅＦＬＡＣｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅ