锚杆支护影响因素分析
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第３ 卷 第８ ０ 期 ２ １ 年８ ０ ０ 月
ＶＯＩ３ ＮＯ． ．Ｏ ８
山西煤炭 Ｓ ＡＮＸ Ｈ Ｉ ＣＯＡＬ
Ａｕｇ．２０１ ０
文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （０ ０ ０ — ０ ３ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ）８ ０ ６ — ３
锚杆支护影响因素分析
王 新香
（ 西 省 煤炭 规划 设 计 院 ， 山 山西 太原 ００４ ） ３０ ５
锚杆 支 护作 为 一 种有 效 的采 准巷 道 支 护方 式 ，
方案四： 对不 同尺寸 的巷道 进行 模拟 。
广泛 用 于各 种 围岩 条件 下 的巷 道 ， 是 由 于不 同 的 但 巷道 围岩 条 件对 锚 杆 支护 的影 响不 同 ， 因此 有 必要 对 围岩条 件 对锚 杆 支 护效 果 的影 响进 行 分 析 ， 以优 化不 同巷 道 的支 护 方式 。本文 通 过数 值 模 拟方 法 ，
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ０ ２ １— ５ １
作者 简介 ： 王新香 （９ ７ ）男 ， １６ ～ ， 山西大同人 ， 本科 ， 工程师 ， 主要从 事煤矿设计规划 工作 。
６ ３
山 西 煤炭 Ｓ ＡＮ Ｈ Ｘｌ ＣＯＡ Ｌ
第３ 卷 第 ８ ０ 期
围岩位 移 和破坏 范 围都 显著 增加 ， 且呈 非线 形关 而
ｇ
等 ） 以模 拟高度 非线性 、 可逆 等地质 材料 的变形 用 不 特征 。还有 多种特 殊功 能 ： 界 面单元 ， 拟岩层 含有 模
蓥 巅 蛰
中不连续面（ 例如断层 、 节理 、 层理等滑动和离层 ） ；
含有 四种结构 单元 ，分别 为梁 、 （ 锚杆 、 、 桩 支柱单 元） ； 可 以模 拟各种支 护构件 。 杆单元 是一维轴 向单元 ， 锚
趋 于平 缓 ， 后 有所 降低 。两 帮 移近量 随 巷道 宽度 最 增 加 而不 断增 大 。巷道 高 度 对 变形 量 也 有 一定 影 响， 随着 高度 增 加 ， 板 下沉 量不 断增 加 ； 顶 当高 度超 过 一定 数值 ， 沉量 有所 降低 。两帮移 近 量整 体上 下
随 巷道 高度 增加 而增 加 。但是 ， 道 尺寸 对变 形量 巷 的影 响程度 ， 没有 原岩 应力 、 层强 度 、 远 煤 围岩 结构
进行分 析 。方 案 一 ： 不 同垂 直 、 对 水平 应力 下 的巷道
蛰
进 行模 拟 。方案 二 ： 不 同煤 层强 度 下 的巷 道进 行 对 模 拟 。方 案 三 ： 不 同围岩强 度 下 的巷 道进 行模 拟 。 对
侧 压系数
图 ２ 水 平 应 力 与 巷 道 变 形 量 的 关 系
有 限差 分 程序 ， 模 拟土 、 石 等材 料 的力 学 行 为 。 可 岩
该程序采用显式拉格朗 Ｅ ｌ 算法及混合离散划分单元
技术 ，能 够 精 确 地 模 拟 材料 的 塑 性 流 动 和破 坏 。 Ｆ Ａ ３３内部 含 有多个 力学 模 型 （ 如摩 尔 一库仑 Ｌ Ｃ－ 例
模百度文库型 、 变 硬化 ／ 应 软化 模 型 、 理模 型 、 节 双屈 服 模 型
在一定 拉力下 屈服 。锚 固方式 可 以是 端锚 、全 长锚 固 、 意长度锚 固 ， 任 这种单元 还可施 加预 紧力 。
吕
垂直应力（ 始垂直应力 ） ｎｘ原
图 １ 垂 直应 力 与巷 道 变 形 量 的 关 系
２ 数 值 模 拟 方 案
模 型选 取埋 深 ３ ０ 的煤 层 巷 道 ， 研究 对 象 ０ ｍ 为
明显 。
系， 原岩应 力是锚 杆支 护 的关键 影 响因素之一 。 ３２ 煤层强 度对锚 杆支护 的影 响 ．
选择 不 同的煤 层强 度进行模 拟 。煤层强 度与巷
道 变形量 的关 系见 图 ３随着 煤层 强度 的增加 ， ， 顶板
下 沉 量 、 帮移 近 量 急 剧 降低 ； 两 当煤 层 强 度 增 加 到
一
定程 度 ， 围岩变 形 的影 响不 明显 。在结 构 强度 对
低 的状 态 下 ， 板 层 理 之 间产 生 了 显著 离 层 ， 帮 顶 两 整 体挤 出 比较严 重 。 当围岩结 构强 度很 高 时 ， 层理 间没有发 生离层 ， 两帮整 体挤 出不 明显 。可见 ， 围岩 结 构对巷 道稳定性 有显 著的影 响 。
一
定程 度后 ， 种变 化趋 于平 缓 。 因煤 层 强度 的不 这
同， 巷道 围岩变形 和破坏 状况有 很大差 别 。 ３３ 围岩结构 对锚 杆支护 的影 响 ．
围岩结 构强 度对 巷道 变形 影 响十分 显 著 ， 图 见
４ 结 构强 度 越低 ， 形 量越 大 ； ， 变 当结 构 强 度增 加 到
研究不 同围岩条 件对锚 杆 支护效 果 的影 响 。
３ 锚 杆 支 护 影 响 因素 的数值模 拟分 析
３１ 地应 力对 锚杆 支护 的影 响 ．
原 岩 应力 是 影 响锚 杆 支 护 巷 道 围 岩 变形 和破
坏 的一 个 关键 因素 。垂 直应 力 与 围岩 位 移 的关 系 ， 见 图 １ 随着垂 直 应力 增加 ， 道 围岩 变形 和破 坏范 ， 巷 围急剧 增 加 。侧 压 系数 （ 平 应力 与 垂直 应 力 的 比 水
摘
要： 通过 数 值 模 拟 方 法 ， 究 了煤 巷锚 杆 支 护 效 果 ， 研 分析 了地 应 力 、 围岩 强 度 、 围岩 结 构 、 道 断 面对 锚 杆 支 巷
护 效 果 的影 响 ， 对锚 杆 支护 设 计提 供 借 鉴 。
关键词 ： 锚杆 数 值 模 拟 ； 地应 力 ； 围岩 强度 ； 支护 效 果 中 图分 类 号 ：Ｄ ５ ￣ Ｔ ３ ３． ６ 文献 标 识 码 ： Ａ
１ ＦＡ ＬＧ软 件 简 介
Ｆ Ａ ３３软件是 用 于工程 力学 计算 的二 维显 式 Ｌ Ｃ．
值） 与巷 道变 形 量 的关 系 ， 图 ２ 见 。随着 侧 压系数 的 增加 ， 顶板 下沉 量 和两 帮移 近量都 在显 著增 加 。
总 之 ， 着 垂 直 应 力 或 水 平 应力 的增 加 ， 道 随 巷
ＶＯＩ３ ＮＯ． ．Ｏ ８
山西煤炭 Ｓ ＡＮＸ Ｈ Ｉ ＣＯＡＬ
Ａｕｇ．２０１ ０
文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （０ ０ ０ — ０ ３ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ）８ ０ ６ — ３
锚杆支护影响因素分析
王 新香
（ 西 省 煤炭 规划 设 计 院 ， 山 山西 太原 ００４ ） ３０ ５
锚杆 支 护作 为 一 种有 效 的采 准巷 道 支 护方 式 ，
方案四： 对不 同尺寸 的巷道 进行 模拟 。
广泛 用 于各 种 围岩 条件 下 的巷 道 ， 是 由 于不 同 的 但 巷道 围岩 条 件对 锚 杆 支护 的影 响不 同 ， 因此 有 必要 对 围岩条 件 对锚 杆 支 护效 果 的影 响进 行 分 析 ， 以优 化不 同巷 道 的支 护 方式 。本文 通 过数 值 模 拟方 法 ，
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ０ ２ １— ５ １
作者 简介 ： 王新香 （９ ７ ）男 ， １６ ～ ， 山西大同人 ， 本科 ， 工程师 ， 主要从 事煤矿设计规划 工作 。
６ ３
山 西 煤炭 Ｓ ＡＮ Ｈ Ｘｌ ＣＯＡ Ｌ
第３ 卷 第 ８ ０ 期
围岩位 移 和破坏 范 围都 显著 增加 ， 且呈 非线 形关 而
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等 ） 以模 拟高度 非线性 、 可逆 等地质 材料 的变形 用 不 特征 。还有 多种特 殊功 能 ： 界 面单元 ， 拟岩层 含有 模
蓥 巅 蛰
中不连续面（ 例如断层 、 节理 、 层理等滑动和离层 ） ；
含有 四种结构 单元 ，分别 为梁 、 （ 锚杆 、 、 桩 支柱单 元） ； 可 以模 拟各种支 护构件 。 杆单元 是一维轴 向单元 ， 锚
趋 于平 缓 ， 后 有所 降低 。两 帮 移近量 随 巷道 宽度 最 增 加 而不 断增 大 。巷道 高 度 对 变形 量 也 有 一定 影 响， 随着 高度 增 加 ， 板 下沉 量不 断增 加 ； 顶 当高 度超 过 一定 数值 ， 沉量 有所 降低 。两帮移 近 量整 体上 下
随 巷道 高度 增加 而增 加 。但是 ， 道 尺寸 对变 形量 巷 的影 响程度 ， 没有 原岩 应力 、 层强 度 、 远 煤 围岩 结构
进行分 析 。方 案 一 ： 不 同垂 直 、 对 水平 应力 下 的巷道
蛰
进 行模 拟 。方案 二 ： 不 同煤 层强 度 下 的巷 道进 行 对 模 拟 。方 案 三 ： 不 同围岩强 度 下 的巷 道进 行模 拟 。 对
侧 压系数
图 ２ 水 平 应 力 与 巷 道 变 形 量 的 关 系
有 限差 分 程序 ， 模 拟土 、 石 等材 料 的力 学 行 为 。 可 岩
该程序采用显式拉格朗 Ｅ ｌ 算法及混合离散划分单元
技术 ，能 够 精 确 地 模 拟 材料 的 塑 性 流 动 和破 坏 。 Ｆ Ａ ３３内部 含 有多个 力学 模 型 （ 如摩 尔 一库仑 Ｌ Ｃ－ 例
模百度文库型 、 变 硬化 ／ 应 软化 模 型 、 理模 型 、 节 双屈 服 模 型
在一定 拉力下 屈服 。锚 固方式 可 以是 端锚 、全 长锚 固 、 意长度锚 固 ， 任 这种单元 还可施 加预 紧力 。
吕
垂直应力（ 始垂直应力 ） ｎｘ原
图 １ 垂 直应 力 与巷 道 变 形 量 的 关 系
２ 数 值 模 拟 方 案
模 型选 取埋 深 ３ ０ 的煤 层 巷 道 ， 研究 对 象 ０ ｍ 为
明显 。
系， 原岩应 力是锚 杆支 护 的关键 影 响因素之一 。 ３２ 煤层强 度对锚 杆支护 的影 响 ．
选择 不 同的煤 层强 度进行模 拟 。煤层强 度与巷
道 变形量 的关 系见 图 ３随着 煤层 强度 的增加 ， ， 顶板
下 沉 量 、 帮移 近 量 急 剧 降低 ； 两 当煤 层 强 度 增 加 到
一
定程 度 ， 围岩变 形 的影 响不 明显 。在结 构 强度 对
低 的状 态 下 ， 板 层 理 之 间产 生 了 显著 离 层 ， 帮 顶 两 整 体挤 出 比较严 重 。 当围岩结 构强 度很 高 时 ， 层理 间没有发 生离层 ， 两帮整 体挤 出不 明显 。可见 ， 围岩 结 构对巷 道稳定性 有显 著的影 响 。
一
定程 度后 ， 种变 化趋 于平 缓 。 因煤 层 强度 的不 这
同， 巷道 围岩变形 和破坏 状况有 很大差 别 。 ３３ 围岩结构 对锚 杆支护 的影 响 ．
围岩结 构强 度对 巷道 变形 影 响十分 显 著 ， 图 见
４ 结 构强 度 越低 ， 形 量越 大 ； ， 变 当结 构 强 度增 加 到
研究不 同围岩条 件对锚 杆 支护效 果 的影 响 。
３ 锚 杆 支 护 影 响 因素 的数值模 拟分 析
３１ 地应 力对 锚杆 支护 的影 响 ．
原 岩 应力 是 影 响锚 杆 支 护 巷 道 围 岩 变形 和破
坏 的一 个 关键 因素 。垂 直应 力 与 围岩 位 移 的关 系 ， 见 图 １ 随着垂 直 应力 增加 ， 道 围岩 变形 和破 坏范 ， 巷 围急剧 增 加 。侧 压 系数 （ 平 应力 与 垂直 应 力 的 比 水
摘
要： 通过 数 值 模 拟 方 法 ， 究 了煤 巷锚 杆 支 护 效 果 ， 研 分析 了地 应 力 、 围岩 强 度 、 围岩 结 构 、 道 断 面对 锚 杆 支 巷
护 效 果 的影 响 ， 对锚 杆 支护 设 计提 供 借 鉴 。
关键词 ： 锚杆 数 值 模 拟 ； 地应 力 ； 围岩 强度 ； 支护 效 果 中 图分 类 号 ：Ｄ ５ ￣ Ｔ ３ ３． ６ 文献 标 识 码 ： Ａ
１ ＦＡ ＬＧ软 件 简 介
Ｆ Ａ ３３软件是 用 于工程 力学 计算 的二 维显 式 Ｌ Ｃ．
值） 与巷 道变 形 量 的关 系 ， 图 ２ 见 。随着 侧 压系数 的 增加 ， 顶板 下沉 量 和两 帮移 近量都 在显 著增 加 。
总 之 ， 着 垂 直 应 力 或 水 平 应力 的增 加 ， 道 随 巷