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。     

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.     

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...     

大松动圈下锚固承载层支护效应的弹塑性解

对于大松动圈围岩巷道,锚杆和围岩共同作用在松动圈内部形成了“锚固承载层”。为研究大松动圈下“锚固承载层”对巷道围岩应力分布的影响,通过理论推导和实例分析,认为“锚固承载层”在极限平衡状态下对塑性区提供的支护强度[pid]由锚杆支护强度[pi]和锚固承载结构强度两部分组成,根据支护强度[pi]和锚固层厚度b的关系提出了“锚固界限厚度”概念。对于松动圈外的围岩,将巷道周边的应力分布进行了重新计算并与传统的Finner-Kastner解进行了比较。研究表明：承载结构在巷道稳定性控制中占据主导作用,支护强度和承载结构协调作用更有利于巷道维护,修正Finner-Kastner解可为深部巷道围岩支护机理研究以及巷道支护参数设计提供理论依据。     

考虑渗流作用的锚杆支护巷道围岩稳定性分析

为研究渗流作用下锚杆支护巷道的稳定性,应用等效分析方法,将锚杆的支护效果考虑成作用于锚固体两侧的1组夹紧力和强化围岩参数作用,并将渗流场转化为1组均匀分布在围岩中的一维径向体积力,同时考虑锚杆支护作用与渗流作用对围岩的影响,应用弹塑性理论,推导出了巷道围岩应力分布,得出了渗流作用下锚固体与围岩协调变形的塑性区半径方程,最后提出了围岩稳定性评价方法。结果表明:通过算例,对比分析了不考虑渗流作用和考虑渗流作用下,锚杆支护参数对围岩稳定性的影响;在相同的条件下,考虑渗流作用时需要锚杆提供更大的支护力。     

巷道锚杆支护特性分析与应用

巷道锚杆支护时,围岩的切向应力和径向应力处于锚杆锚固段位置时,存在一个跳跃。当锚杆长度一定时,锚杆支护强度对围岩塑性区半径和对巷道位移的影响会随着锚杆工作阻力值的提高而逐渐减弱。当锚杆工作阻力强度一定时,锚杆支护巷道围岩应变软化半径、巷道周边位移、破碎区半径都随着锚固区半径增加,在开始阶段明显减少,呈现双曲线函数关系,而当达到一定阶段后,其变化逐渐减缓,呈近乎水平线变化。采用高强力、高预应力锚固支护,在必要时配合注浆加固,能够有效控制巷道围岩的变形,以取得较好的支护效果。本文对简单分析巷道锚杆支护的特性,对巷道锚杆支护应用进行探讨。     

恒定载荷作用下巷道围岩承载特性数值模拟研究

不同锚杆支护参数条件下,围岩形成的锚固承载体的承载性能不同。采用数值模拟软件,研究了围岩在支护后,锚杆支护参数与锚固复合承载体的关系。研究得出:随着支护密度的增大,围岩承载体强度逐渐增大、围岩两帮塑性区范围逐渐变小、垂直应力峰值逐渐由深部向浅部转移、围岩变形量小;随着锚杆长度的增加,应力峰值越靠近两帮、应力值也越大。但是锚杆长度达到一定值时,承载体强度的增长幅值逐渐减小;随着锚杆直径的增大,巷道的围岩变形量逐渐减小。研究为巷道围岩的控制提供了借鉴。     

锚杆预紧力对煤矿巷道支护效果的响应特征研究

为从理论上揭示锚杆预紧力对巷道支护效果的作用机理,针对锚杆支护岩石巷道,建立了分析巷道围岩力学特征的理想弹塑性应变软化模型,获得施加预紧力锚杆支护后巷道围岩位移、应力分布的解析表达式,从理论上表明:提高锚杆预紧力对控制巷道围岩变形及改善巷道周边围岩的应力状态有积极的作用,有利于保持巷道围岩的稳定。并结合现场实际研究了锚杆预紧力对巷道支护效果的影响关系,研究成果对分析锚固作用机理及进行锚杆支护设计具有指导意义。     

煤矿回采巷道围岩控制理论探讨

分析了巷道围岩变形、强度特征以及支护力作用机理,提出了涵盖巷道围岩-支护相互作用全过程的波动性平衡理论;对锚杆作用力的产生机理及其对岩体作用的力学效应进行了探讨;将锚杆作用的力学本质概括为提高锚固体的内聚力、弹性模量,减小锚固体的泊松比,改善锚固体的应力状态;对锚杆受力演化机理进行了探讨,揭示了锚杆轴向力随锚固体变形而演变的3阶段特征以及第一、第二临界变形概念,以及第二临界变形与锚固长度成正变关系和确定锚固长度时应考虑巷道变形的观点;依据破碎岩体不能承受拉应力但在支护作用下仍具有较强抗压能力的特性以及不同厚宽比条件下板的力学特征,提出了厚锚固板理论。     

考虑围岩蠕变的锚固时空效应分析及控制技术

针对巷道锚杆锚索联合支护失效形式,基于围岩变形特征建立了能够反映围岩加速蠕变的本构模型以及锚杆工作特性的锚固体本构模型,通过求解出的锚固体蠕变方程分析锚固基础位置对围岩变形的控制作用,结果表明:锚杆支护对围岩的蠕变控制机理可概括为:分担围岩承受的载荷和等效增大围岩刚度,增强围岩抵抗变形能力两部分。充分发挥锚杆支护性能、延长锚杆支护时效、维持巷道处于稳定工作状态所需的空间需要同时满足两个条件:锚杆受载不超过杆体破断载荷,锚固基础位于塑性区之外;端锚形式的锚固基础位于弹性岩体中能够最大程度发挥支护系统的承载能力,端锚锚固形式的着力基础位于稳定的弹性围岩中,围岩变形后锚固基础能迅速发生锚固作用,优于全长锚固形式;可接长锚杆具有延伸率大、可灵活设置锚杆长度的优点,能解决蒲河矿西三采区集中运输大巷锚杆易发生滑脱失效、锚索易发生破断失效的问题。     

锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响规律

为了分析锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响规律,研究了锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距的影响。分析了围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律,得出:围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律主要分为3个阶段,然后对锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距对锚固复合承载体承载特性的影响进行了研究。研究得出,随着锚杆直径的增大,顶底板的移近增速逐渐减少;当锚杆长度达到一定数值后,增加锚杆长度,并不能对巷道围岩的加固起到有效的强化作用;锚杆支护密度越大,锚杆所受的残余应力和峰值应力越大、围岩抵抗变形能力越强、复合承载体的强度越大。研究为煤矿巷道支护的设计提功了理论基础。     

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。     

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...     

城郊煤矿深部巷道围岩破坏机理及主动控制技术

针对城郊煤矿深部软岩巷道变形严重的工程问题,分析了深部巷道围岩稳定性关键影响因素及其作用机制,研究了深部巷道围岩大变形及底鼓机理,对深部巷道围岩进行了地质特征分类。提出了针对岩巷采用的高预紧力、高强度、高刚度和高锚固点即“四高”锚杆支护、注浆锚索加固支护结合底板卸压的联合支护技术,以及针对厚层泥岩顶板煤巷采用的梯次支护技术,并在南翼轨道大巷和21105上巷进行了工业性试验。矿压观测结果表明,巷道表面变形量较小,支护效果较好。     

基于上限理论的深部巷道顶板锚杆预紧力简化设计方法

以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例验证了高强预紧力支护对顶板围岩的控制效果。研究结果表明:巷道开挖初期,锚杆支护构件只有施加足够预紧力,才可有效限制顶板围岩下沉破坏;随岩体强度参数增大,锚杆所需预紧力不断减小,而随锚杆布设间距与围岩应力增大,锚杆所需预紧力不断增加;在软弱或松散破碎围岩中,可通过采用高强、高韧性锚固支护构件并施加高预紧力或注浆加固等方式来获得较理想围岩控制效果。     

深井大松动圈软岩巷道支护技术

针对车集煤矿23下部采区复杂的围岩条件及原支护形式下的巷道破坏情况,对23下部采区轨道下山的地应力及围岩松动圈进行了测试,测试结果表明巷道水平应力大于垂直应力,地应力特征为水平应力场型,巷道围岩松动圈属于大松动圈软岩巷道。依据连续梁支护原理,采用大锚杆配合纵横向钢带交错联合支护方式,并强化了帮部的支护,实现了巷道围岩的整体控制,有效地防止了巷道的围岩变形,取得了较好的支护效果,为相似条件下的巷道支护提供一定的技术借鉴。     

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。