锚杆（索）支护参数对深部软煤预应力压缩拱影响分析
发布时间：2021-03-08 18:04
随着煤炭资源逐渐由浅部向深部开采,围岩条件越来越复杂,遇到的难题也频繁增多,对巷道进行支护也越来越困难。在目前的巷道围岩支护中,通常采用锚杆进行支护,但由于软煤岩性较差,需要在巷道帮部布置预应力锚索进行补强支护作用。本文主要研究不同预紧力不同长度的锚索在围岩中附加应力分布情况、在布置锚杆的基础上加入锚索后对只布置锚杆时压缩拱厚度影响情况及位移场分布情况,这些对煤炭安全、合理开采具有指导意义。本文主要通过实验和数值模拟的方法对不同预紧力不同长度的锚索在围岩中形成的附加应力场及加入锚索前后的压缩拱厚度进行相应的模拟分析。为了使整个分析过程高效快捷且具有代表性,煤岩岩性选取软煤进行研究,原岩应力为0Mpa,巷道为直墙半圆拱型,其断面形状由半圆形和矩形组成,上半圆半径为2600mm,矩形长和宽分别为1600mm和5200mm,锚杆长度、预紧力和间排距分别为2800mm、80KN和400mm×400mm,锚索长度分别选取4000mm、4500mm、5000mm、6300mm和7000mm,预紧力分别选取0KN、80KN、160KN、240KN和320KN,利用FLAC3D软件分别模拟了相同长度,...
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬吊作用原理
位，组合梁作用理论是用预应力锚索或预应力锚杆将巷道顶板多层软弱厚度较小的岩层连接起来，看做成一个整体，形成厚度较大的岩层[36]。这个分析过程仅仅考虑了锚索（杆）的锚固影响而忽略了围岩本身影响，容易引起与实际状况不相同，因而这样的分析是远远不够的，如果巷道顶板围岩发生松散破碎并产生错位的岩层时，就不能产生组合梁了。当巷道顶板是连续层状岩层时，锚索（杆）参数合理选择和设计可以参考组合梁作用理论，巷道帮部和底部无法使用组合梁作用理论。图1-2组合梁作用原理（3）组合拱（压缩拱）作用理论：如下图1-3所示，组合拱（压缩拱）作用理论认为在将锚索、锚杆布置在围岩体时，锚索（杆）体两端的地方因为施加预紧力并挤压四周的围岩体继而产生了压应力区，且呈锥形分布。很多根小间距的锚索（杆）产生的压应力区之间会发生重叠，会生成均衡的压缩带，拱状形的压缩带可以很好的承受巷道顶板破碎围岩施加的荷载[37-38]，此时的围岩受三个方向应力共同作用即三向应力状态，使其相应的承载能力变大。组合拱承受压力的能力与压缩带厚度有着极大的关联，当压缩带厚度越大则表明组合拱能够承受压力的能力就越强，意味着围岩稳定性也就越好[39]。
安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论6图1-3组合拱（压缩拱）作用理论（4）锚固体强度强化作用理论:此理论认为锚索（杆）除了能提供支护力外还能够使力学参数改善。其中可以看出围岩残余内摩擦角、残余粘结力、内摩擦角、弹性模量及粘结力都得到了明显的改善，继而使其强度及残余强度出现明显的提高。近年来，广大研究工作者开始对锚索（杆）的支护机理开展了广泛的研究，围岩残余内摩擦角、残余粘结力、内摩擦角和粘结力的改善与锚索（杆）布置方式密切相关，合理的布置不仅使得围岩强度得到了较大提升，同时也使得围岩残余强度得到了较大的提升。当预应力锚索布置在围岩的轴向方向时，围岩的弹性模量会伴随着预应力锚索支护间距的变大而减小[40]，即弹性模量与支护密度的关系呈正相关，此时围岩粘结力不受干扰，而内摩擦角变大。同时，围岩的一些应力特性与支护合理性密切相关，选择合理的支护可以使围岩状况有着极大的改善。选择合理的支护参数可以显著的提高锚固效果，根据莫尔-库仑准则，可以把锚索（杆）看做成巷道周围围岩体上施加的荷载来分析。（5）松动圈支护作用理论：围岩力学特性可以通过围岩强度来反映，但是围岩稳定性却不能用围岩强度来判断，因此寻找一个简洁高效的判断标准刻不容缓。松动圈的大小是评价围岩体性质好坏的最佳手段，是选择合理的支护理论和合理的支护方式的判断标准。根据以往的工程实际经验和现有的理论知识，以董方庭为代表的学者、专家和技术人员提出了关于围岩支护的一些分类方法，其理论依据为：①围岩开挖后会产生应力平衡，在这个平衡过程中围岩松动圈类别（大小）是由围岩的强度及其地应力来确定的；②松动圈越小意味着支护越容易，反之意味着支护越难，锚索（杆）支护通常在围岩开挖后，而松动圈在
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FLAC3D模型的锚索长度对软岩输水隧洞支护影响研究[J]. 张雷. 中国水能及电气化. 2019(10)
[2]煤矿深部复杂条件巷道支护技术选择[J]. 石启杭. 煤炭科技. 2018(04)
[3]拉压分散型锚索锚固机制及工程应用研究[J]. 吴曙光,付红梅,张岩岩. 岩土力学. 2018(06)
[4]我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析[J]. 滕吉文,乔勇虎,宋鹏汉. 地球物理学报. 2016(12)
[5]我国煤矿锚杆支护技术的发展与展望[J]. 鞠文君. 煤矿开采. 2014(06)
[6]深部软岩巷道等应力承载拱强度理论研究[J]. 王平,朱永建,余伟健,陈旭,王东洋. 矿业工程研究. 2012(04)
[7]深部软弱围岩叠加拱承载体强度理论及应用研究[J]. 余伟健,高谦,朱川曲. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
[8]锚网索支护技术在软岩大断面中的应用[J]. 邬宗文. 西安科技大学学报. 2010(04)
[9]中国煤炭需求的长期与短期弹性研究[J]. 焦建玲. 工业技术经济. 2007(04)
[10]深井煤巷钻孔卸压技术的数值模拟与工业试验[J]. 刘红岗,贺永年,徐金海,韩立军. 煤炭学报. 2007(01)
博士论文
[1]圆形巷道围岩变形分区的理论与试验研究[D]. 经纬.安徽理工大学 2017
[2]软岩巷道让压壳—网壳耦合支护机理与技术研究[D]. 李冲.中国矿业大学 2012
[3]高应力软岩隧道施工过程力学效应规律及围岩控制研究[D]. 张结红.长安大学 2012
硕士论文
[1]缓倾地层隧道开挖的围岩松动形态与测试方法研究[D]. 周志.安徽理工大学 2018
[2]锚固承载结构体稳定性研究及影响因素分析[D]. 张阳.安徽理工大学 2018
[3]基于位移梯度深部软弱煤岩破碎范围及破碎程度分析[D]. 周瑞鹤.安徽建筑大学 2018
[4]弱胶结软岩托顶煤巷道顶板锚固支护机理研究及应用[D]. 郭磊.山东科技大学 2017
[5]锚杆支护弱冲击地压巷道机理研究[D]. 郝身展.重庆大学 2016
[6]大断面软岩巷道支护技术研究[D]. 吴家文.湖南科技大学 2015
[7]毕节市煤矿回采巷道锚网支护研究[D]. 卢海亲.湖南科技大学 2015
[8]新元洁能电厂土质（回填）高边坡锚索预应力损失研究[D]. 韩贝贝.西安科技大学 2015
[9]高应力软岩巷道支护技术的研究与应用[D]. 王泽陆.河北工程大学 2014
[10]枣泉煤矿高地应力动压巷道预应力锚杆支护技术研究[D]. 韩正龙.西安科技大学 2014
本文编号：3071434
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬吊作用原理
位，组合梁作用理论是用预应力锚索或预应力锚杆将巷道顶板多层软弱厚度较小的岩层连接起来，看做成一个整体，形成厚度较大的岩层[36]。这个分析过程仅仅考虑了锚索（杆）的锚固影响而忽略了围岩本身影响，容易引起与实际状况不相同，因而这样的分析是远远不够的，如果巷道顶板围岩发生松散破碎并产生错位的岩层时，就不能产生组合梁了。当巷道顶板是连续层状岩层时，锚索（杆）参数合理选择和设计可以参考组合梁作用理论，巷道帮部和底部无法使用组合梁作用理论。图1-2组合梁作用原理（3）组合拱（压缩拱）作用理论：如下图1-3所示，组合拱（压缩拱）作用理论认为在将锚索、锚杆布置在围岩体时，锚索（杆）体两端的地方因为施加预紧力并挤压四周的围岩体继而产生了压应力区，且呈锥形分布。很多根小间距的锚索（杆）产生的压应力区之间会发生重叠，会生成均衡的压缩带，拱状形的压缩带可以很好的承受巷道顶板破碎围岩施加的荷载[37-38]，此时的围岩受三个方向应力共同作用即三向应力状态，使其相应的承载能力变大。组合拱承受压力的能力与压缩带厚度有着极大的关联，当压缩带厚度越大则表明组合拱能够承受压力的能力就越强，意味着围岩稳定性也就越好[39]。
安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论6图1-3组合拱（压缩拱）作用理论（4）锚固体强度强化作用理论:此理论认为锚索（杆）除了能提供支护力外还能够使力学参数改善。其中可以看出围岩残余内摩擦角、残余粘结力、内摩擦角、弹性模量及粘结力都得到了明显的改善，继而使其强度及残余强度出现明显的提高。近年来，广大研究工作者开始对锚索（杆）的支护机理开展了广泛的研究，围岩残余内摩擦角、残余粘结力、内摩擦角和粘结力的改善与锚索（杆）布置方式密切相关，合理的布置不仅使得围岩强度得到了较大提升，同时也使得围岩残余强度得到了较大的提升。当预应力锚索布置在围岩的轴向方向时，围岩的弹性模量会伴随着预应力锚索支护间距的变大而减小[40]，即弹性模量与支护密度的关系呈正相关，此时围岩粘结力不受干扰，而内摩擦角变大。同时，围岩的一些应力特性与支护合理性密切相关，选择合理的支护可以使围岩状况有着极大的改善。选择合理的支护参数可以显著的提高锚固效果，根据莫尔-库仑准则，可以把锚索（杆）看做成巷道周围围岩体上施加的荷载来分析。（5）松动圈支护作用理论：围岩力学特性可以通过围岩强度来反映，但是围岩稳定性却不能用围岩强度来判断，因此寻找一个简洁高效的判断标准刻不容缓。松动圈的大小是评价围岩体性质好坏的最佳手段，是选择合理的支护理论和合理的支护方式的判断标准。根据以往的工程实际经验和现有的理论知识，以董方庭为代表的学者、专家和技术人员提出了关于围岩支护的一些分类方法，其理论依据为：①围岩开挖后会产生应力平衡，在这个平衡过程中围岩松动圈类别（大小）是由围岩的强度及其地应力来确定的；②松动圈越小意味着支护越容易，反之意味着支护越难，锚索（杆）支护通常在围岩开挖后，而松动圈在
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FLAC3D模型的锚索长度对软岩输水隧洞支护影响研究[J]. 张雷. 中国水能及电气化. 2019(10)
[2]煤矿深部复杂条件巷道支护技术选择[J]. 石启杭. 煤炭科技. 2018(04)
[3]拉压分散型锚索锚固机制及工程应用研究[J]. 吴曙光,付红梅,张岩岩. 岩土力学. 2018(06)
[4]我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析[J]. 滕吉文,乔勇虎,宋鹏汉. 地球物理学报. 2016(12)
[5]我国煤矿锚杆支护技术的发展与展望[J]. 鞠文君. 煤矿开采. 2014(06)
[6]深部软岩巷道等应力承载拱强度理论研究[J]. 王平,朱永建,余伟健,陈旭,王东洋. 矿业工程研究. 2012(04)
[7]深部软弱围岩叠加拱承载体强度理论及应用研究[J]. 余伟健,高谦,朱川曲. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
[8]锚网索支护技术在软岩大断面中的应用[J]. 邬宗文. 西安科技大学学报. 2010(04)
[9]中国煤炭需求的长期与短期弹性研究[J]. 焦建玲. 工业技术经济. 2007(04)
[10]深井煤巷钻孔卸压技术的数值模拟与工业试验[J]. 刘红岗,贺永年,徐金海,韩立军. 煤炭学报. 2007(01)
博士论文
[1]圆形巷道围岩变形分区的理论与试验研究[D]. 经纬.安徽理工大学 2017
[2]软岩巷道让压壳—网壳耦合支护机理与技术研究[D]. 李冲.中国矿业大学 2012
[3]高应力软岩隧道施工过程力学效应规律及围岩控制研究[D]. 张结红.长安大学 2012
硕士论文
[1]缓倾地层隧道开挖的围岩松动形态与测试方法研究[D]. 周志.安徽理工大学 2018
[2]锚固承载结构体稳定性研究及影响因素分析[D]. 张阳.安徽理工大学 2018
[3]基于位移梯度深部软弱煤岩破碎范围及破碎程度分析[D]. 周瑞鹤.安徽建筑大学 2018
[4]弱胶结软岩托顶煤巷道顶板锚固支护机理研究及应用[D]. 郭磊.山东科技大学 2017
[5]锚杆支护弱冲击地压巷道机理研究[D]. 郝身展.重庆大学 2016
[6]大断面软岩巷道支护技术研究[D]. 吴家文.湖南科技大学 2015
[7]毕节市煤矿回采巷道锚网支护研究[D]. 卢海亲.湖南科技大学 2015
[8]新元洁能电厂土质（回填）高边坡锚索预应力损失研究[D]. 韩贝贝.西安科技大学 2015
[9]高应力软岩巷道支护技术的研究与应用[D]. 王泽陆.河北工程大学 2014
[10]枣泉煤矿高地应力动压巷道预应力锚杆支护技术研究[D]. 韩正龙.西安科技大学 2014
本文编号：3071434
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