锚杆与围岩相互作用机理分析

锚杆是在围岩体内部发挥支护和加固作用的,如何与围岩的状态和变形特点相协调,是决定锚杆支护效果的关键因素.围岩与锚杆通过锚固力相互作用,通过分解锚固力、研究其作用过程与特点及利用锚杆与围岩相互作用关系曲线,揭示了影响协调性的主要因素,分析比较了锚杆、注浆和支架支护的承载协调性,确认全长锚同锚杆的承载协调性优于其它支护形式等一些有实际意义的结论.     

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。     

基于锚杆拉拔试验优化锚固承载特性研究

为提高深部软岩巷道锚杆支护承载能力,有效控制巷道围岩变形,采用锚杆拉拔正交试验对锚固承载特性影响因素进行研究,分析不同影响因素作用效果,并以试验结果为依据针对性提出高预应力全长锚固支护技术,研发了预应力全长锚固锚杆,通过理论计算对预应力全长锚固围岩承载能力加以分析,并以潘三煤矿17102(3)工作面回风巷道为工程背景,采用数值模拟和现场试验方式与传统加长锚固支护、全长锚固支护进行对比验证。研究表明：锚杆拉拔失效首先发生在锚固体与试块黏结界面,锚杆拉拔锚固失效经历了弹性—塑性—破坏的动态阶段,不同锚固因素产生锚固效果不同,在拉拔失效发展过程中的体现也有所区别。其中试块强度和锚杆预应力对锚杆极限拉拔力影响程度显著,并且极限拉拔力的大小与试件强度和预应力值呈正相关。根据试验结果提出高预应力全长锚固锚杆支护技术,研发的预应力全长锚固锚杆采用全长锚固提高岩体强度的同时分段施加预应力,与传统加长锚固支护、全长锚固支护相对比,高预应力全长锚固支护技术实现了锚杆在全长锚固的基础上使得预应力向围岩内传递,从而增大围岩压应力区范围,形成更有效的锚固围岩承载结构。工程实践表明,预应力全长锚固支护技术可有效控...     

锚固岩体中锚杆预紧力的作用

运用岩土塑性力学、材料力学等基本知识，对锚杆支护中预紧力作用作了论述，揭示了锚杆与锚固岩体的相互作用机理。指出锚杆支护中合理的预紧力可以提高锚固岩体的抗剪力和抗拉能力，改善其力学性能，从而有利于保持巷道围岩的稳定。     

基于实际围岩变形的全长锚固锚杆杆体应力分布特征分析

在全长锚固锚杆支护过程中,锚杆与围岩之间会相互作用,进而引起锚杆应力分布变化。为探究全长锚固锚杆正常支护过程及临界失效时锚杆应力分布规律,以围岩变形为基础,建立了锚杆-围岩相互作用模型,推导出锚杆在正常支护过程中及临界失效时轴力及剪应力沿杆长分布解析表达式,进而获得了轴力及剪应力沿杆长分布曲线。并在考虑锚杆及锚固剂弹性模量、锚杆及锚固剂横截面面积等锚固参数的条件下分别分析了围岩条件、锚杆长度、托锚力对全长锚固锚杆杆体应力分布的影响。结果表明:在全长锚固锚杆正常支护过程中,杆体应力分布符合中性点理论;影响锚杆轴力、剪应力分布的因素有围岩条件、锚固参数、托锚力;在锚杆正常支护过程中,全长锚固锚杆杆体应力分布符合中性点理论,随着围岩变软,锚杆为了限制变形,中性点向孔口方向移动且所受轴力、剪应力增大;托锚力影响杆体应力分布,托锚力越大,轴力分布越不均匀,且孔口到中性点处剪应力越小,中性点到杆端剪应力越大。所以在工程实际中可实时监测锚杆托锚力,依靠本文理论依据可深入揭示锚杆支护过程中受力特征;在锚杆支护临界失效时,围岩越坚硬,剪应力及轴力越大,且分布更加集中;锚杆长度影响全长锚固锚杆的支护性能,但在锚杆长度超过一定范围后再增大锚杆长度并不能显著提升锚杆的锚固效果。     

煤巷预紧力锚杆支护设计与巷道变形监测

本文介绍了煤巷预紧力锚杆支护摩擦构造梁作用机理，提出煤巷预紧力锚杆支护设计新方法，推导出锚杆预紧力的计算公式，并由预紧力值确定锚杆直径和锚固力。本文还介绍了井下实际应用所取得的良好支护效果和技术经济效益，同时指出监测是保证锚杆工作可靠性、锚杆支护巷道稳定性和保障安全的重要手段。监测内容除锚固力、预紧力、围岩变形、围岩离层和围岩动态监测外，还包括杆体质量、锚固剂和锚杆施工质量。通过监测，一方面可以分析围岩动态，发现异常及时采取加强支护措施；另一方面能及时反馈信息，为修改设计提供科学依据。     

预应力端锚锚杆全锚后承载分布特征分析

为了分析锚固方式对锚杆承载特征的影响程度,便于巷道锚杆支护设计选型,本文采用理论分析和现场实测的方法,对比了全锚锚固和端部锚固条件下锚杆轴向力与剪应力分布特征.研究结果表明:锚杆承载分布特征与锚固条件、预应力、锚杆直径和围岩强度等密切相关;锚杆轴向力沿锚固段呈现单向递减趋势,锚杆剪应力沿锚固段呈现先增大后减小趋势,主要...     

不同锚固长度下巷道锚杆力学效应分析及应用

为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议措施,并通过开展现场试验验证了本文理论研究成果的正确性。研究表明：锚杆受力主要集中在锚固段端头1/3范围内,且沿长度方向杆体剪应力与轴力不断递减;在软岩中更利于锚杆锚固作用的发挥;施加高预紧力,并留设一定的自由段长度,有利于锚杆预紧力在围岩中扩散,可形成有效的锚固围岩承载结构,充分发挥杆体支护潜力;当锚杆布设间距较大时,可通过提高预紧力、适当减少锚固长度来增加预紧力对围岩的控制效果。     

旧巷改造的锚固技术方案

通过对巷道围岩现状调研,确定了适宜的支护原则:中等支护强度原则、预紧力及预紧力扩散原则和及时支护原则。依据大厚度锚固板理论和整体锚固结构理论制定了合理有效的锚固支护方案,支护效果甚佳。现场矿压监测发现旧巷具有变形小,短期即可稳定,锚杆(索)受力小,锚固结构仍有较大承载潜能特点。     

锚杆锚固区承载层范围影响因素研究

针对锚杆支护中锚固区承载层范围与其影响因素之间的关系问题,采用理论分析与数值模拟开展了相关研究。首先,采用理论分析明确了锚杆锚固区承载层厚度b与锚固承载层边界的支护强度P_ib呈正比关系,即锚固承载层越厚巷道围岩越稳定;其次,采用FLAC^3D数值模拟软件分析了预紧力分别为50、100、150、200 kN,锚杆间距分别为0.8、1.0、1.2、1.5m时锚固区承载层厚度和体积的变化规律。研究结果表明,随着锚杆预紧力的增加、锚杆间距的减小,锚固区承载层的厚度和体积也随着增大;锚杆预紧力与锚固区体积呈指数关系;锚杆间距存在临界值,当间距大于该临界值时锚固区体积急剧下降。研究成果可为锚杆支护参数设计及工程技术开发提供理论依据与参考。     

典型锚杆支护巷道软弱夹层顶板力学模型研究

分析了当前锚杆支护巷道的几种力学模型的优缺点,在此基础上详细探究了含软弱夹层巷道锚杆支护的预应力围岩强化组合梁理论,锚杆对巷道顶板起到悬吊作用、组合拱作用、加固作用等,锚杆的预应力越大,岩石的围压越大,围岩强化作用越明显,使巷道受力从类似单轴受压向三轴受压转换越明显。借助岩石力学的本构理论,推导出巷道预应力围岩强化组合梁的本构模型和本构方程,进一步分析了软弱夹层位于锚杆锚固区内、锚杆锚固区边缘、锚杆锚固区外等三种条件下的锚杆支护情况。     

离层破碎型煤巷顶板的控制原理

离层破碎型顶板的煤巷难以采用常规锚杆支护的原因是易于发生松脱型和挤压型顶板垮冒,并导致锚固区内、外离层两种形式的支护失稳．研究表明巷道帮顶交接的围岩内部有一个相对稳定的区域,利用它作为锚固基点的钢绞线桁架结构可以强化煤巷顶板已有的锚固区,形成可靠的承栽结构,向上的扭矩消除了复合顶板锚固层的整体离层破坏．通过分步实施高性能预拉力锚杆、顶板小孔径预拉力锚索和上帮角煤岩体为锚固基点的钢绞线预拉力桁架系统可以实现离层破碎型顶板的安全控制．     

预应力锚杆锚固段应力分布规律及分析

为揭示预应力锚固机理及优化围岩支护参数,基于前人对锚固力的研究,对锚杆—围岩系统进行理论分析,得出弹性状态下围岩体内剪应力及压应力分布表达式,借助Matlab数值计算软件,计算不同锚固方式、围岩性质、锚杆直径及预紧力下预应力在杆体及围岩中的分布情况。结果表明:不同锚固方式下,预应力分布形式基本相同,作用范围不同,加长锚固方式可增大预应力的作用范围;预应力锚固在软岩中的效果较硬岩好;增加锚杆直径可以改善黏锚力在围岩中的扩散效果;增加预紧力无法改变锚固段预应力扩散范围,但可以提高其应力峰值,同时可提高孔口附近围岩的压应力,对表层围岩应力状态的改善效果较好。     

12105胶运顺槽掘进工作面支护优化

12105胶运顺槽掘进工作面煤层顶底板均为泥岩,且水量较大,在原有锚网索支护基础上,提出了提高锚杆索预紧力、锚杆全长锚固以及浅部围岩注浆等优化方案。现场观测表明,浅部注浆后围岩较为完整,整体性较好,不存在明显的节理裂隙,支护效果良好。     

矿用锚索预紧效应分析及锁定计算

预紧力是影响锚固效能发挥的重要指标,为查明其关键作用与锚索张拉锁定的预紧机制,以ANSYS软件模拟方法,探讨了锚索预紧力高低对于锚固串群效应的影响机制,对比了张拉力与预紧力的区别与联系,通过构建拉簧串联模型,推导了锚索由张拉至锁定过程中各元件的受力变形,得出了预紧力形成的计算公式并给出了具体算例。研究表明：持压力越大、围岩越软、自由段长度越长、夹片跟进性能越好,预紧力越高,张拉力损失也越小。工程应用中应兼顾高预紧力的锁定形成及长期保持,综合采取超张拉、补偿张拉、优化自由段长度、匹配限位距离和改进限位方式、锚索注脂等措施,从而全面发挥锚索的支护性能。     

浅谈锚杆支护理论和支护失效原因

锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用。随着巷道围岩状态不同,锚杆支护也具有不同的作用基理。此篇文章介绍了锚杆支护基理,并对锚杆锚固失效因素进行了分析。     

金川矿区深部高地应力矿山巷道锚网支护技术

金川矿区深部巷道地应力大、岩体破碎的特点凸显,矿山巷道原采用的锚喷支护方法在施工后具有围岩变形量大且持续时间长、喷射混凝土层掉块剥落及锚杆锚固力下降等问题,难以保证巷道安全可靠。通过对矿区巷道变形特征进行调查研究及理论分析,引入锚杆+TECCO网（无喷混凝土）支护技术来解决其支护难题。所研究的锚网支护具备两大特点：①支护过程中不采取喷射混凝土的方式;②结合巷道围岩变形实际情况,采用了通常应用于边坡防护工程中的高强度金属网（TECCO网）。研究表明：①具有高抗拉强度的TECCO网能够在巷道围岩产生变形后,使支护体逐渐与围岩形成一个紧密的整体结构,提高围岩自承能力;②试验巷道采取锚网支护40 d后,围岩变形速率小于0.1 mm/d,说明该支护方式可以有效控制巷道变形;③锚杆+TECCO网支护成本低、作业强度小,可对该矿高效及安全生产发挥积极作用。     

让压与锚注法在软岩巷道中的研究与应用

神火煤电公司葛店矿-600 m轨道大巷属于典型的软岩巷道,围岩具有大变形、高压力的特点,锚网喷加锚索等常用的支护形式已难以控制巷道围岩.软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失败的主要因素,提出利用锚杆兼做注浆管,可实现锚注一体化.基于数值模拟和现场观测,采用先让后抗的原则,在合适的时机进行了锚注支护.让压与锚注法在-600 m轨道大巷的应用结果表明:该技术能有效控制软岩巷道围岩的变形,是一个支护的新途径.     

周源山矿深井煤巷锚梁网索支护的试验研究

周源山矿采深大、压力大,原有的梁式支护已越来越不适应现有的生产地质条件,为此,在现场锚杆锚固力拉拔试验的基础上,应用现代锚杆支护理论进行了24回风上山锚杆支护参数设计,并对24回风上山采用预应力锚杆+锚索支护的围岩松动圈厚度进行了数值模拟,试验和模拟结果表明:锚梁网索支护在深井煤巷支护中是一种极其有效的支护形式,值得在全矿推广应用.     

厚软岩层巷道全断面锚固量化分析模型

考虑围岩应力释放,采用叠加原理将厚软岩层巷道全断面锚固模型分解为锚固前的初始状态模型和锚固后的增量模型2种子模型。基于无锚杆时模型的拉梅解和锚杆影响区模型对2种子模型下围岩的力学量进行了解析,叠加后得到了原模型下锚固围岩的力学解。解析结果表明,锚固区围岩的径向应力大幅度提高,有利于形成承载拱,但切向应力变化不大,在非锚固区,围岩的应力解与无锚杆时的拉梅解相同,锚固后巷道位移明显的减少,尤以锚固区位移变化最显著。基于以上特点,利用锚固前后锚固区内围岩应力、位移的相对变化量定义了锚固效应的3个量化指标,并进一步讨论了围岩弹性模量和锚杆预应力的影响,结果表明锚固对软弱围岩的力学量改变比对硬岩更加显著。最后针对锚固对围岩塑性区的控制作用,建立了支护参数和围岩弹塑性状态的函数关系,并分析了不同强度围岩处于弹性状态的临界支护参数。