錨桿支護(hù)影響因素分析

王新香

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 太原 030045）

錨桿支護(hù)影響因素分析

王新香

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 太原 030045）

通過(guò)數(shù)值模擬方法，研究了煤巷錨桿支護(hù)效果，分析了地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、巷道斷面對(duì)錨桿支護(hù)效果的影響，對(duì)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供借鑒。

錨桿數(shù)值模擬；地應(yīng)力；圍巖強(qiáng)度；支護(hù)效果

錨桿支護(hù)作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式，廣泛用于各種圍巖條件下的巷道，但是由于不同的巷道圍巖條件對(duì)錨桿支護(hù)的影響不同，因此有必要對(duì)圍巖條件對(duì)錨桿支護(hù)效果的影響進(jìn)行分析，以優(yōu)化不同巷道的支護(hù)方式。本文通過(guò)數(shù)值模擬方法，研究不同圍巖條件對(duì)錨桿支護(hù)效果的影響。

1 FLA C軟件簡(jiǎn)介

FLAC3.3軟件是用于工程力學(xué)計(jì)算的二維顯式有限差分程序，可模擬土、巖石等材料的力學(xué)行為。該程序采用顯式拉格朗日算法及混合離散劃分單元技術(shù)，能夠精確地模擬材料的塑性流動(dòng)和破壞。FLAC3.3內(nèi)部含有多個(gè)力學(xué)模型（例如摩爾-庫(kù)侖模型、應(yīng)變硬化/軟化模型、節(jié)理模型、雙屈服模型等）用以模擬高度非線性、不可逆等地質(zhì)材料的變形特征。還有多種特殊功能：含有界面單元，模擬巖層中不連續(xù)面（例如斷層、節(jié)理、層理等滑動(dòng)和離層）；含有四種結(jié)構(gòu)單元，（分別為梁、錨桿、樁、支柱單元)；可以模擬各種支護(hù)構(gòu)件。錨桿單元是一維軸向單元，在一定拉力下屈服。錨固方式可以是端錨、全長(zhǎng)錨固、任意長(zhǎng)度錨固，這種單元還可施加預(yù)緊力。

2 數(shù)值模擬方案

模型選取埋深300 m的煤層巷道，為研究對(duì)象進(jìn)行分析。方案一：對(duì)不同垂直、水平應(yīng)力下的巷道進(jìn)行模擬。方案二：對(duì)不同煤層強(qiáng)度下的巷道進(jìn)行模擬。方案三：對(duì)不同圍巖強(qiáng)度下的巷道進(jìn)行模擬。方案四：對(duì)不同尺寸的巷道進(jìn)行模擬。

3 錨桿支護(hù)影響因素的數(shù)值模擬分析

3.1 地應(yīng)力對(duì)錨桿支護(hù)的影響

原巖應(yīng)力是影響錨桿支護(hù)巷道圍巖變形和破壞的一個(gè)關(guān)鍵因素。垂直應(yīng)力與圍巖位移的關(guān)系，見(jiàn)圖1，隨著垂直應(yīng)力增加，巷道圍巖變形和破壞范圍急劇增加。側(cè)壓系數(shù)（水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值）與巷道變形量的關(guān)系，見(jiàn)圖2。隨著側(cè)壓系數(shù)的增加，頂板下沉量和兩幫移近量都在顯著增加。

圖1 垂直應(yīng)力與巷道變形量的關(guān)系

圖2 水平應(yīng)力與巷道變形量的關(guān)系

總之，隨著垂直應(yīng)力或水平應(yīng)力的增加，巷道圍巖位移和破壞范圍都顯著增加，而且呈非線形關(guān)系，原巖應(yīng)力是錨桿支護(hù)的關(guān)鍵影響因素之一。

3.2 煤層強(qiáng)度對(duì)錨桿支護(hù)的影響

選擇不同的煤層強(qiáng)度進(jìn)行模擬。煤層強(qiáng)度與巷道變形量的關(guān)系見(jiàn)圖3，隨著煤層強(qiáng)度的增加，頂板下沉量、兩幫移近量急劇降低；當(dāng)煤層強(qiáng)度增加到一定程度后，這種變化趨于平緩。因煤層強(qiáng)度的不同，巷道圍巖變形和破壞狀況有很大差別。

3.3 圍巖結(jié)構(gòu)對(duì)錨桿支護(hù)的影響

圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)巷道變形影響十分顯著，見(jiàn)圖4，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越低，變形量越大；當(dāng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加到一定程度，對(duì)圍巖變形的影響不明顯。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的狀態(tài)下，頂板層理之間產(chǎn)生了顯著離層，兩幫整體擠出比較嚴(yán)重。當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很高時(shí)，層理間沒(méi)有發(fā)生離層，兩幫整體擠出不明顯。可見(jiàn)，圍巖結(jié)構(gòu)對(duì)巷道穩(wěn)定性有顯著的影響。

圖3 煤層強(qiáng)度與巷道變形量的關(guān)系

圖4 圍巖結(jié)構(gòu)與巷道變形量的關(guān)系

3.4 巷道斷面對(duì)錨桿支護(hù)的影響

巷道寬度和高度與變形量的關(guān)系見(jiàn)圖5和圖6。隨著巷道寬度增加，頂板下沉量不斷增加，之后趨于平緩，最后有所降低。兩幫移近量隨巷道寬度增加而不斷增大。巷道高度對(duì)變形量也有一定影響，隨著高度增加，頂板下沉量不斷增加；當(dāng)高度超過(guò)一定數(shù)值，下沉量有所降低。兩幫移近量整體上隨巷道高度增加而增加。但是，巷道尺寸對(duì)變形量的影響程度，遠(yuǎn)沒(méi)有原巖應(yīng)力、煤層強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)明顯。

圖5 巷道寬度與巷道變形量的關(guān)系

圖6 巷道高度與巷道變形量的關(guān)系

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析得出以下結(jié)論：1）隨著垂直應(yīng)力或水平應(yīng)力的增加，巷道圍巖位移和破壞范圍都顯著增加，而且呈非線形關(guān)系。2）隨著煤層強(qiáng)度的增加，頂板下沉量、兩幫移近量急劇降低，當(dāng)煤層強(qiáng)度增加到一定程度后，這種變化趨于平緩。3）圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)巷道變形影響十分顯著，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越低，變形量越大。當(dāng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加到一定程度，對(duì)圍巖變形的影響不明顯。4）隨著巷道寬度、高度增加，巷道變形量不斷增加，之后趨于平緩，但是，巷道尺寸對(duì)變形量的影響程度遠(yuǎn)沒(méi)有應(yīng)力、強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)明顯。

[1] 陸士良，等.軟巖動(dòng)壓巷道的錨注支護(hù)[J].中國(guó)煤炭，1995（4）：20-23.

[2]楊新安，陸士良.軟巖巷道錨桿支護(hù)新進(jìn)展[J].中國(guó)煤炭，1996（8）：29-32.

[3]楊新安.軟巖巷道錨注支護(hù)機(jī)理與技術(shù)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，1995.

[4]勾攀峰.巷道錨桿支護(hù)提高圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性的研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，1998.

[5]侯朝炯，等.煤巷錨桿支護(hù)[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

Abstract:By numerical simulation,the paper studies the bolt support effect and analyzes the influence caused by ground stress,surrounding rock strength and structure,and cross-section of roadway,which can be useful for bolt support designs.

Keywords:bolt numerical simulation;ground stress;strength of surrounding rock;supporting effect

編輯：徐樹(shù)文

Analysis of Influential Factors on Bolt Support

WANG Xin-xiang

（Shanxi Coal Design Institute,Taiyuan Shanxi 030045,China）

TD353+.6

A

1672-5050（2010）08-0063-03

2010-05-10

王新香（1967—），男，山西大同人，本科，工程師，主要從事煤礦設(shè)計(jì)規(guī)劃工作。