深部泥岩巷道帮部锚杆压缩拱及合理支护参数研究

发布时间：2020-11-02 16:19

　　 在巷道开挖技术日益成熟的今天,浅层煤炭资源基本已消耗殆尽,相关资料表明,已存浅层煤矿的储量已经远远不能满足社会经济发展的需求,伴随着巷道开挖深度的增加,岩石松散破碎程度及岩层性质也开始慢慢的变差,开挖难度与日俱增,因此深层煤炭资源开采技术的革新已经成为亟待解决的关键性问题,目前主流的巷道支护技术以锚索锚杆联合支护为主,锚杆支护作为一种良好的主动支护形式,对巷道支护的效果影响很大,鉴于巷道开挖处岩层性质的不同,因此在锚杆支护合理参数的选择上也要进行综合的分析考量,大量的实践经验表明,锚杆参数选择是否合理将直接影响到巷道围岩的稳定性,但目前巷道支护中锚杆的布置形式主要基于现场实际和围岩分类的经验分析法,锚杆支护的优势没有很好的表现出来,因此研究锚杆支护的各类参数,选择合适的锚杆预紧力,长度,间距也变得极具意义,对现实生产生活中巷道的安全和经济性也极具参考价值。本文采用数值模拟的方式,巷道埋深800m,围岩岩性泥岩,使用ss本构模型,巷道断面为直墙半圆拱,半圆拱半径为2.6m,直墙高度为1.6m,对锚杆不同参数(预紧力,长度,间距)进行选择,并通过实验室测得岩石力学性质参数,建立FLAC 3D模型,观察不同锚杆布置情况下,巷道帮部位置的位移量和附加应力值的大小,并使用TECPLOT软件对研究断面进行切片选择,并进行相关的数据处理,将切片处理后的数据导入ORIGN软件绘制图表,清晰明了的反应出位移及附加应力的变化情况。锚杆支护能够在一定程度上制约巷道的变形,保证围岩的稳定,减少巷道周边岩石的碎胀破碎程度,改善受力状况,减小岩石在巷道各方向上的位移,在泥岩条件下,附加应力值的大小与锚杆的预紧力,长度和间距联系紧密,本文从锚杆间距1.5m出发,研究帮部一根锚杆时附加应力值随锚杆预紧力的变化情况,以往研究表明水平附加应力压缩拱形成的必要条件为0.07Mpa,竖直附加应力压缩拱形成的必要条件为0Mpa,发现随着预紧力0KN,40KN,80KN,100KN,120KN的增加,附加应力值的峰值在逐渐增大,水平附加应力压缩拱的厚度也在增加,在研究附加应力值随锚杆长度1.0m,1.5m,2.0m,2.2m,2.5m,2.8m的变化过程中时,发现附加应力峰值的大小随锚杆长度的增加呈正相关,压缩拱的厚度也随之变大,在分析完锚杆预紧力和锚杆长度对附加应力的影响后,为了减小计算的工作量,在研究锚杆间距对附加应力的影响程度时,选定最优参数锚杆预紧力120KN,锚杆长度2.8m,探究锚杆间距对附加应力的影响,根据成拱条件可知,当锚杆间距小于0.4m时,能形成以锚杆为中轴线形式的三角形附加应力压缩拱,且相互叠加,有利于巷道的稳定。在考虑附加应力的同时,从位移角度出发,以最不利支护条件,即锚杆长度1.5m,间距1.0m为初始条件,采用逐渐逼近的方法,探究不同变量对位移的影响情况,通过预紧力0KN,40KN,60KN,80KN,100KN,120KN的相互比选,观察位移变化情况,确定预紧力100KN为最优条件,在已经确定锚杆预紧力100KN,间距1.0m时,通过改变锚杆长度1.5m,2.0m,2.2m,2.5m,2.8m。得到最符合工程要求的锚杆长度2.5m,由此进一步推导间距的影响,从锚杆间距0.6m,0.8m,1.0m,得到当锚杆间距0.6m时,支护效果最好,最终得到在软岩中最优的支护方式,锚杆预紧力100KN,锚杆长度2.5m,间距0.6m,在锚杆最优参数比选时也要适当考虑经济性原则,同时在各个参数相互比选的过程中观察围岩塑性圈的变化情况,发现在选择参数过程中,围岩塑性圈在不断减小,也能相互验证,判断支护效果在不断增强。
【学位单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TD353.6
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外巷道围岩支护及控制理论研究现状
        1.2.1 巷道围岩承载机理研究
        1.2.2 巷道支护理论的发展现状
    1.3 研究内容和研究方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
    1.4 技术路线图
第二章 工程概况及工程实测
    2.1 工程概况
    2.2 应变软化模型
    2.3 巷道围岩松动破碎变形实验观测
    2.4 预应力锚杆（索）支护围岩松动破碎变形现场观测
    2.5 巷道围岩力学参数测定
        2.5.1 巷道围岩力学参数现场实测
第三章 深部巷道围岩变形破坏特征和锚杆支护机理
    3.1 巷道围岩变形破坏特征
    3.2 巷道锚杆支护的作用
    3.3 不同部位锚杆的作用机理
        3.3.1 顶板锚杆作用机理
        3.3.2 帮锚杆作用机理
    3.4 锚杆支护构件的作用和受力特征
    本章小节
第四章 FLAC3D数值模型建立
    4.1 数值模拟软件简介
        4.1.1 FLAC3D软件介绍
        4.1.2 边界条件
    4.2 数值模型的建立
        4.2.1 数值模型建立原则
        4.2.2 模型的基本建立过程
        4.2.3 数值模型计算基本程序
    4.3 基于位移场和附加应力场的围岩稳定性分析方法
        4.3.1 帮部围岩位移量的分析
        4.3.2 帮部围岩附加应力场的分析
第五章 数值计算与结果分析
    5.1 附加应力压缩拱形成条件
    5.2 不同预紧力锚杆附加应力分析
        5.2.1 1.0 m锚杆不同预紧力附加应力分析
        5.2.2 1.5 m锚杆不同预紧力附加应力分析
        5.2.3 2.0 m锚杆不同预紧力附加应力分析
        5.2.4 2.2 m锚杆不同预紧力附加应力分析
        5.2.5 2.5 m锚杆不同预紧力附加应力分析
        5.2.6 2.8 m锚杆不同预紧力附加应力分析
        本节小结
    5.3 不同长度锚杆附加应力分析
        5.3.1 预紧力0KN不同长度锚杆附加应力分析
        5.3.2 预紧力40KN不同长度锚杆附加应力分析
        5.3.3 预紧力80KN不同长度锚杆附加应力分析
        5.3.4 预紧力100KN不同长度锚杆附加应力分析
        5.3.5 预紧力120KN不同长度锚杆附加应力分析
    5.4 不同间距锚杆附加应力分析
    5.5 围岩位移量变形分析
        5.5.1 合理数值计算模型
        5.5.2 不同锚杆预紧力围岩位移量分析
        5.5.3 不同锚杆长度围岩位移量分析
        5.5.4 不同锚杆间距围岩位移量分析
    5.6 围岩塑性圈分析
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果

【参考文献】

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本文编号：2867273