基于锚固力学效应巷道围岩稳定性分析

为了分析巷道在锚杆支护时锚杆和围岩耦合作用下形成的锚固承载层对巷道围岩稳定性的影响,根据围岩应力分布曲线特点,将巷道围岩划分为塑性区和弹性区进行研究。结合MohrCoulomb准则,分析锚杆在施加预紧力时引起容重的变化,可求解得到锚固承载层范围内切向应力的解析表达式,由静力平衡方程推导计算出锚固承载层外边界所能提供的等效支护力以及在等效支护力作用下巷道围岩塑性区的应力、半径和巷道位移计算解析表达式。通过上述所求的计算解析表达式结合全长锚固锚杆的预紧力、长度、间排距来分析3者对巷道围岩的力学效应影响。研究结果表明:等效支护力对巷道围岩的稳定性有一定的影响,在等效支护力的作用下,对巷道围岩应力分析可知,围岩应力峰值发生变化,且位置向巷道壁转移;全长锚固锚杆预紧力越大,锚杆长度越长,间排距越密,锚固承载层范围内的等效支护力越大,对巷道围岩的稳定性越有利;锚固承载层厚度与等效支护力的大小成正比,随着等效支护力的增大,巷道围岩的塑性区范围和巷道表面位移都会明显下降,等效支护力对围岩的稳定性有着很好的抑制作用。通过FLAC3D数值模拟对理论分析结果加以验证,根据模拟锚固承载层作用下的塑性区半径和巷道表面位移分析可知,数值模拟与理论分析结果基本一致。     

基于锚杆加固作用的圆形巷道围岩弹塑性分析

为研究锚杆支护机理及控制巷道围岩稳定，基于锚杆加固效应，将锚杆的支承作用考虑成作用于锚固区围岩的体积力，将锚杆的加固作用视为增强了锚固区围岩的强度参数|建立巷道计算模型，并进行弹塑性分析，导出了巷道围岩应力、位移解析解。结合算例，将理论计算值与实际监测值进行了对比，比较了锚杆支护与未支护时围岩应力，同时进行了围岩变形的影响参数分析。结果表明：锚杆支护改善了塑性区围岩应力状态，提高了围岩自承载能力|锚杆长度、间排距的参数设计遵循“长而疏、短而密”原则。文中理论解析解考虑了锚杆加固效应，为认识锚杆支护机理提供了理论参考，也能为巷道围岩控制提供合理的锚杆支护方案。     

考虑渗流作用的深部巷道围岩让压——锚注耦合控制规律研究

地下水的存在给巷道围岩稳定带来了较大威胁,为了研究地下水渗流作用对深部巷道支护的影响,基于渗流对岩体体积力等效理论和让压—锚注锚杆的等效强度准则,应用弹塑性理论,推导了渗流作用下巷道围岩塑性应力场与塑性区分布的理论解,并利用等效圆方法给出了考虑现场渗流作用下的让压—锚注锚杆支护方案参数确定方法。以鲁西南地区某矿为例,给出了矿井回风大巷的锚杆长度、间排距、预紧力等参数,通过FLAC3D数值模拟对支护参数取值合理性进行了验证。研究表明:(1)考虑渗流作用后,巷道围岩塑性区增大,稳定性系数减小,通过减小间排距能够有效减少塑性区分布;(2)通过理论计算确定现场参数,利用数值模拟验证结果表明:现场支护方案能够显著提高巷道稳定性,有效减少塑性区的范围,控制围岩变形。     

巷道加固体围岩力学特征分析

为了确定合理的锚杆支护参数,并得到快速评价围岩稳定性的方法,采用均匀化方法,将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体,同时将锚杆对围岩的支护作用以附加体积力的形式作用于围岩锚固区。基于弹性力学,分析了锚固体、加固体与围岩协调变形,根据位移等效条件和围岩强度强化理论,推导出了加固体物理力学参数的表达式,在此基础上建立了围岩与加固体协调变形力学模型,将该理论与已有理论和数值模拟进行了对比,研究了不同锚杆支护强度对加固体物理力学参数的影响。结果表明:计算结果与高家美等~[1]的结果相近,与之相比,计算得到的理论解更接近于FLAC~(3D)数值模拟的结果,从而验证了围岩加固体理论的合理性;与锚杆其他参数相比,预紧力、锚杆长度和间排距对围岩加固体参数影响较大。     

锚杆-围岩承载结构力学特性分析

为了更加快速、便捷地分析围岩稳定性以及确定合理的锚杆支护参数,首先,采用均匀化方法,将锚杆与围岩的复合体考虑成材质连续、均质、各向同性的围岩加固体,继而,建立围岩与加固体协调变形力学模型,导出了加固体的物理力学参数表达式,最后,结合算例,将理论计算值与FLAC~(3D)数值模拟的结果进行对比分析,结果表明:理论计算得出的巷道硐壁位移和环向应力比FLAC~(3D)数值模拟的结果增加了4.72mm和1.55 MPa,而且理论计算与数值模拟得到的围岩应力以及位移曲线接近,从而验证了围岩加固体理论的合理性;锚杆支护对围岩加固体的内聚力和泊松比影响较大,但是随着锚杆长度增加影响程度在减小;与其他锚杆参数相比,锚杆预紧力对加固体的物理力学参数影响较大。     

基于FLAC~(3D)的巷道围岩高强预紧力支护数值模拟

为解决深部高应力条件下复合顶板煤巷支护困难的问题,针对实际工程情况,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对不同预紧力条件下的巷道围岩位移及锚杆形成的附加应力场进行对比分析,研究发现:高强预紧力支护可以明显控制巷道围岩位移,锚杆之间的锚固压应力区相互叠加,形成一定厚度承压拱,围岩整体承载能力得到提高,最后提出高强预紧支护方案并应用于现场,监测结果显示该方案合理可行。     

大断面巷道穿断层破碎带区域支护参数优化数值模拟

目的：合理的支护参数是确保巷道围岩稳定和控制支护成本的关键。本研究以巨龙铜矿大断面排水巷道为研究对象进行支护参数优化。方法：设计了三种支护参数,利用有限元软件进行了数值模拟研究。通过分析不同支护参数下位移、应力及塑性区结果进行支护参数优化。结果：结果表明,锚杆支护能够有效改善围岩应力分布,避免出现应力集中。随着锚杆间距和排距的增大,巷道围岩最大位移增大,当锚杆间距和排距为1 000 mm时,巷道围岩位移最大。围岩塑性变形主要发生于巷道肩部和两帮位置。当锚杆间距和排距为1 000 mm时,塑性区深度大于锚杆长度。综合数值模拟结果和支护成本,巨龙铜矿大断面排水巷道最优锚杆支护参数为800 mm×800 mm(间距×排距)。意义：研究结果为穿断层破碎带巷道支护设计提供了理论参考。     

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0.65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。     

基于FLAC3D数值模拟的巷道围岩稳定性及支护参数设计研究

为了巷道支护设计的合理性,确保矿井的安全生产,采用理论分析和FLAC^3D数值模拟对巷道围岩稳定性进行分析,利用悬吊理论、压力拱理论对巷道的预紧力、间排距等支护参数进行了校核,得出锚索的支护强度满足支护要求;然后利用模拟分析,对不同的锚杆长度和排距进行分析,研究从围岩应力、巷道断面收缩率以及塑性区分布进行分析对比,研究得出,锚杆的最优长度为2.0 m,锚杆最优的排距为0.8 m,研究为类似地质条件下巷道的支护设计提供一定借鉴意义。     

裕兴煤矿15109工作面回风巷支护技术研究

针对裕兴煤矿15108工作面回风巷顶板离层、两帮围岩变形破坏严重、巷道支护困难的问题,通过对15108工作面现场监测数据进行分析,研究15108工作面回采巷道围岩应力分布规律及变形破坏特征,在15108工作面回风巷支护方式基础上对相邻工作面15109回风巷锚杆支护参数进行设计、优化;通过FLAC~(3D)数值模拟软件模拟不同支护参数下巷道应力分布特征与巷道变形量,对比分析不同方案模拟结果确定合理的支护参数。结果表明:当锚杆预紧力不变,采用方案一、二、三时回风巷围岩都得到有效控制,支护效果比较明显;当锚杆间排距不变,锚杆预紧力越大巷道顶底板变化越小,支护效果越好。考虑工程需要及支护成本确定方案三中锚杆间距为800 mm、预紧力为80 k N为最优方案。     

围岩应变软化巷道锚杆支护作用的计算

从围岩应变软化巷道弹塑性力学计算出发,引入软化模量与非关联流动法则,用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响;在锚固围岩体力学性质的黏结力和内摩擦角不变的情况下,建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型.通过计算,得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力、巷道位移、围岩应变软化区半径及破碎区半径的理论计算公式;分析了围岩应变软化巷道锚杆支护的应变软化区、破碎区及巷道周边位移变化趋势,并在巷道锚杆支护的参数选定中进行了应用.     

围岩应变软化巷道锚杆支护作用的计算

从围岩应变软化巷道弹塑性力学计算出发,引入软化模量与非关联流动法则,用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响;在锚固围岩体力学性质的黏结力和内摩擦角不变的情况下,建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型.通过计算,得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力、巷道位移、围岩应变软化区半径及破碎区半径的理论计算公式;分析了围岩应变软化巷道锚杆支护的应变软化区、破碎区及巷道周边位移变化趋势,并在巷道锚杆支护的参数选定中进行了应用.     

复杂矽卡岩巷道锚杆支护参数优化研究

锚网喷支护是最常用和经济的矿山巷道支护方式,主要以锚杆为主体控制围岩变形与破坏,其锚杆长 度、间排距与预应力的选取是体现支护效果的关键因素。 针对某铁矿复杂破碎矽卡岩巷道,现有锚网喷支护效果不 理想,展开支护参数优化研究。 首先采用探地雷达进行巷道松动圈测试,根据围岩松动圈范围及岩体结构特征对矽 卡岩进行分类,共分为 3 类分别进行锚网喷支护参数优化;然后在前期点荷载试验及现场地压监测结果的基础上采用 黄金分割法对岩体力学参数进行反演,获得围岩强度及变形参数;最后根据松动圈支护理论确定最佳锚杆长度、合理 预紧力,利用 FLAC3D 建立巷道支护三维数值模型,结合巷道变形及塑性区面积,对锚杆间排距进行优化,分别确定 3 类矽卡岩巷道合理的锚杆支护参数。 经实践验证,优化后支护效果较稳定可靠。 研究结果可为复杂矽卡岩巷道锚杆 支护设计提供参考。     

全长锚固预应力锚杆预紧力确定方法及其应用

预应力锚杆是提高围岩强度和保证巷道稳定的有效支护手段。基于单根全长锚固预应力锚杆在围岩中的作用机理,推导了预紧力作用下全长锚固预应力锚杆形成的锚固区内的应力分布规律。根据锚杆锚固区的两种破坏形式,提出锚杆最小和最大预紧力并推导了其计算公式。该公式在工程中的应用结果表明,在最小与最大预紧力之间,合理增大锚杆预紧力能够有效提高支护强度,对控制巷道围岩变形效果显著。     

巷道锚杆锚索协同支护数值模拟研究

基于锚杆、锚索协同支护原理,在围岩条件和锚杆、锚索其他支护参数一定的情况下,采用正交试验设计方法,运用FLAC3D数值模拟软件对锚索预紧力、锚索长度、锚索锚固长度3个支护参数对巷道围岩变形影响规律和它们之间的协同匹配关系进行研究分析。结果表明:影响围岩顶底板、两帮变形的主要因素是锚索预紧力,锚索预紧力的大小对巷道变形的影响最为显著,而锚索长度和锚固长度的影响相对较小;锚杆预紧力须和锚索预紧力协同配合,共同控制围岩的变形,预紧力为20kN的锚杆和预紧力为100kN的锚索在巷道顶底板变形控制中能达到很好的协同配合作用;巷道围岩顶底板和两帮的围岩稳定性控制的机理不同,需要采取的支护理念和支护参数也不同;锚索锚固长度对围岩位移变化的影响规律是锚索长度对围岩位移变化影响规律的侧面描述,呈负相关的关系。     

考虑剪胀与中间主应力的被锚巷道围岩稳定性分析

为研究被锚巷道围岩稳定性,将锚杆的支护作用考虑成作用于锚固体两侧的一组夹紧力与强化了锚固体强度参数,综合考虑围岩剪胀特性与中间主应力效应,建立被锚圆巷弹塑性力学模型,推导出围岩的应力场与位移场解析解,求得围岩塑性区半径表达式。算例研究表明:随着中间主应力系数增大,塑性区半径、洞壁位移与锚杆轴力均减小,最大主应力峰值增大;随着剪胀角增大,塑性区半径稍有减小,最大主应力峰值稍有增大,洞壁位移与锚杆轴力急剧增大;影响因素最不利组合(b=0,ψ=30°)与影响因素最有利组合(b=1,ψ=0°)相比,塑性区半径增大了23.49%,最大主应力峰值变化很小,洞壁位移增大了76.20%,锚杆轴力增大了1.94倍。该结果在围岩稳定分析方面具有一定工程实用价值,也可为锚杆支护设计和优化提供一定理论基础。     

山西杜儿坪煤矿压力显现巷道高预紧力锚杆锚索联合支护方案

杜儿坪煤矿井下压力显现时巷道易发生整体变形,锚杆支护强度无法满足要求,由此带来了一系列安全、经营、生产等方面的问题,综合分析认为巷道原支护方案的锚杆预紧力较小,无法及时有效地控制围岩离层、滑动、裂隙张开等非连续变形;锚杆的强度、结构与其附属件不匹配;现有的托板无减摩垫片和调心球垫等为导致锚杆支护失效的重要原因。在此基础上,经过对锚杆附属材料进行力学性能检测,以该矿73903轨道巷为例,提出了高预紧力锚杆锚索联合支护方案。研究表明:该支护方案以锚杆、锚索共同支护为主,锚索的深层锚固,扩大了锚固区范围,并对围岩施加了较强的预紧力,进一步提高了巷道顶板的承载能力,巷道围岩稳定性得到了有效控制(巷道顶板位移量小于100 mm,两帮变形量小于60 mm),巷道掘进效率得到了大幅提升,支护成本降低较显著,对于类似矿山有一定的借鉴价值。     

锦丰金矿深部巷道中空注浆锚杆支护参数优化研究

为提高锦丰金矿00^#水平巷道支护效率，提出采用中空注浆锚杆进行支护，运用FLAC3D数值模拟方法，以锚杆直径、长度及间排距作为研究参数，从降低巷道表面位移量、塑性区体积、围岩应力及节约经济成本等方面考虑最优支护参数。研究结果表明：原支护参数下，管缝式锚杆支护效果比中空注浆锚杆差，巷道塑性破坏区域范围广，塑性区体积为8668.8 m³;中空注浆锚杆最优参数锚杆直径为32 mm,长度为1.8 m,间排距为900 mm,优化后，巷道两帮移近量为174 mm,较原支护降低51.1%;顶底板移近量为144 mm,较原支护降低23.9%;巷道垂直应力较原支护降低13.2%,整体应力水平呈降低趋势；塑性区体积为3553.5 m³,较原支护缩小59%,塑性破坏范围明显减小。现场监测结果显示新支护方案支护效果良好，可在更短时间内使巷道围岩体达到稳定状态。     

煤矿巷道锚喷支护参数优化

结合北京长沟峪煤矿的实际情况,使用声波探测法测定巷道围岩松动圈的范围,根据巷道围岩松动圈支护理论确定长沟峪煤矿巷道围岩属于稳定围岩和较稳定围岩范畴,巷道支护采用喷混凝土支护和锚喷支护,支护设计采用悬吊理论进行。通过对锚杆类型、锚杆长度、锚杆间排距、锚固力、喷射混凝土厚度、混凝土强度等支护参数进行优化设计,选择可靠、合理的支护参数,确保支护经济、安全。     

锚杆预紧力对深井煤巷围岩稳定性的影响

针对深井巷道出现的高应力、巷道围岩变形严重等问题,以孔庄煤矿7434工作面材料巷道为模型,采用理论计算确定了巷道围岩破坏范围,以及对围岩压力进行分析。从莫尔-库伦强度理论角度分析了预紧力对围岩的控制机理,采用FLAC~(3D)数值模拟方法对巷道预紧力支护方案进行模拟。结果显示,锚杆预紧力值为98 k N时,顶板下沉量减少了32.1%,两帮移近量减少了43.8%,巷道围岩受力状况得到改善,围岩变形得到有效控制。