深部煤巷帮部预应力锚杆压缩拱及合理参数研究
发布时间：2022-01-26 02:21
随着煤矿开采深度的逐步增加,原岩应力的不断增大,导致围岩的稳定性越来越差,因此对于深部煤巷合理支护问题就显得尤为重要。而目前预应力锚杆在煤巷支护中已成为主要的有效支护方式,预应力锚杆压缩拱阻止围岩变形失稳也已成为共识。因此研究预应力锚杆压缩拱有效形成与合理布置参数,对于深部煤巷支护将具有重要的研究意义。本文仅从煤巷帮部的角度对不同岩性预应力锚杆压缩拱有效形成与合理支护参数进行研究。通过实验理论与数值模拟相互结合的方法首先分析不同岩性巷道帮部不同锚杆参数下围岩内的附加应力场情况,为了使分析具有代表性,围岩岩性取软弱煤岩与泥质砂岩,锚杆预应力分别取40kN、80kN、100kN、120kN,锚杆长度分别取1.5m、2.0m、2.2m、2.5m、2.8m,锚杆间距分别取0.4m、0.6m、0.8m、1.0m;然后从附加应力的分析结果中来分析不同岩性巷道帮部压缩拱的有效形成及结合原岩应力下支护位移情况来确定合理的预应力锚杆支护参数。利用数值模拟软件FLAC3D进行数值模拟,得出的数值模拟结果后,导入到后处理软件Tecplot中进行切片处理得到具体数据,然后利用绘图处理软件Origin对这些具体...
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三轴压缩应力应变图
安徽建筑大学硕士学位论文第二章围岩变形破坏特性及力学特征122.2围岩应力分析为了理想化分析岩体应力处在弹性状态的问题，岩体一般被假定为完全弹性状态，即各向同性连续均匀介质。其中岩体中裂隙不多的坚硬岩石可以用线弹性理论进行研究，另外假定巷道原岩应力不大，则可视软弱岩体为线弹性状态。因此以圆形巷道分析弹性状态的围岩应力。假定开挖一个半径为0r的圆形巷道，开挖扰动范围为3~50r。以上述的假定条件，可将平面空口处应力分布问题来解决开挖时围岩应力问题，该平面为无限延伸而且两向均受压的平面。v表示垂直方向，h表示水平方向，hvk，在该围岩某一点取单元体A(r，)，r为该点距离巷道中心O的距离，为水平方向与OA的夹角，如图2-3所示。因此通过弹性力学的极坐标公式计算围岩三个应力如下：图2-3圆形巷道224000r2241k11143cos222vvrrrkrrr（2-1）24002411113cos222vvrrkkrr（2-2）2400r241123sin22vrrkrr（2-3）则可求出A点的主应力为：212r2rrmax4121（2-4）212r2rmin4121r（2-5）
安徽建筑大学硕士学位论文第三章锚杆支护机理18第三章锚杆支护机理3.1锚杆支护理论（1）悬吊理论图3-1悬吊理论较早提出且早期常用于我国煤巷的支护理论是悬吊理论，该理论指出每个锚杆作用在煤巷围岩上所发挥的作用都是独立且不相关联的；这就需要将锚杆穿过岩性差岩体，插入到坚硬岩体中进行锚固，尾部的一端则用托盘等结构进行固定。锚杆的作用就是通过杆体发挥的承载力作用与托盘约束力作用将松动不稳定的下部岩体悬吊于稳定坚硬的上部岩体上，简言之就是用锚杆将直接顶连接起来从而避免其与老顶发生离层现象，以及避免顶板发生冒落从而维护了稳定，如图3-1所示。但是这一理论没有充分利用与发挥围岩其自承载能力，没有考虑涉及开挖扰动围岩中岩石相互之间作用的残余应力，而是将其视为垮落松散岩体。在实践中，悬吊理论若能应用须考虑锚杆能不能锚固到坚硬的岩体（老顶）中，其影响因素主要是直接顶厚度以及岩层数量与锚杆参数等。若破坏范围大，则该理论就不能应用。但是实践表明工程中很少能锚固到上部岩性好的岩体上，也能呈现出比较好的效果。这也侧面说明了悬吊理论缺陷的存在，主要有：对于岩层间的变形控制没有考虑锚杆控制其变形的作用，没有考虑围岩自承载能力及锚杆对其强度整体提高，只是单纯的将直接顶与老顶连接起来，另外该理论只应用于顶板支护，不能应用于帮部及底板支护。（2）组合梁理论图3-2组合梁当顶板上部没有稳定坚硬岩体时，悬吊理论将很难实现，于是组合梁理论诞生了，
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿锚杆支护的作用机理及关键技术[J]. 李潇,汤占令. 内蒙古煤炭经济. 2018(15)
[2]我国煤矿深部开采现状与技术难题[J]. 郭志伟. 煤. 2017(12)
[3]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普. 中国矿业大学学报. 2016(06)
[4]我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J]. 蓝航,陈东科,毛德兵. 煤炭科学技术. 2016(01)
[5]高应力软岩巷道支护失效机制及控制研究[J]. 李为腾,李术才,玄超,王琦,王新,邵行. 岩石力学与工程学报. 2015(09)
[6]深部开采的定量界定与分析[J]. 谢和平,高峰,鞠杨,高明忠,张茹,高亚楠,刘建峰,谢凌志. 煤炭学报. 2015(01)
[7]深部软岩工程的研究进展与挑战[J]. 何满潮. 煤炭学报. 2014(08)
[8]软弱半煤岩巷围岩的变形机制及控制原理与技术[J]. 余伟健,冯涛,王卫军,刘海,马平原,王平,李瑞豪. 岩石力学与工程学报. 2014(04)
[9]锚杆支护作用原理及影响因素分析[J]. 刘玉堂,刘爱卿. 煤炭科学技术. 2013(S2)
[10]煤巷强帮支护理论与应用[J]. 单仁亮,孔祥松,蔚振廷,李民族,杨树军,田亮. 岩石力学与工程学报. 2013(07)
博士论文
[1]煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D]. 王猛.辽宁工程技术大学 2010
硕士论文
[1]巷道锚杆支护围岩加固体稳定性评价方法研究[D]. 周攀.西安科技大学 2019
[2]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
[3]锚杆对围岩力学性质参数及受力状态的影响[D]. 张文锡.中国矿业大学 2016
本文编号：3609621
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三轴压缩应力应变图
安徽建筑大学硕士学位论文第二章围岩变形破坏特性及力学特征122.2围岩应力分析为了理想化分析岩体应力处在弹性状态的问题，岩体一般被假定为完全弹性状态，即各向同性连续均匀介质。其中岩体中裂隙不多的坚硬岩石可以用线弹性理论进行研究，另外假定巷道原岩应力不大，则可视软弱岩体为线弹性状态。因此以圆形巷道分析弹性状态的围岩应力。假定开挖一个半径为0r的圆形巷道，开挖扰动范围为3~50r。以上述的假定条件，可将平面空口处应力分布问题来解决开挖时围岩应力问题，该平面为无限延伸而且两向均受压的平面。v表示垂直方向，h表示水平方向，hvk，在该围岩某一点取单元体A(r，)，r为该点距离巷道中心O的距离，为水平方向与OA的夹角，如图2-3所示。因此通过弹性力学的极坐标公式计算围岩三个应力如下：图2-3圆形巷道224000r2241k11143cos222vvrrrkrrr（2-1）24002411113cos222vvrrkkrr（2-2）2400r241123sin22vrrkrr（2-3）则可求出A点的主应力为：212r2rrmax4121（2-4）212r2rmin4121r（2-5）
安徽建筑大学硕士学位论文第三章锚杆支护机理18第三章锚杆支护机理3.1锚杆支护理论（1）悬吊理论图3-1悬吊理论较早提出且早期常用于我国煤巷的支护理论是悬吊理论，该理论指出每个锚杆作用在煤巷围岩上所发挥的作用都是独立且不相关联的；这就需要将锚杆穿过岩性差岩体，插入到坚硬岩体中进行锚固，尾部的一端则用托盘等结构进行固定。锚杆的作用就是通过杆体发挥的承载力作用与托盘约束力作用将松动不稳定的下部岩体悬吊于稳定坚硬的上部岩体上，简言之就是用锚杆将直接顶连接起来从而避免其与老顶发生离层现象，以及避免顶板发生冒落从而维护了稳定，如图3-1所示。但是这一理论没有充分利用与发挥围岩其自承载能力，没有考虑涉及开挖扰动围岩中岩石相互之间作用的残余应力，而是将其视为垮落松散岩体。在实践中，悬吊理论若能应用须考虑锚杆能不能锚固到坚硬的岩体（老顶）中，其影响因素主要是直接顶厚度以及岩层数量与锚杆参数等。若破坏范围大，则该理论就不能应用。但是实践表明工程中很少能锚固到上部岩性好的岩体上，也能呈现出比较好的效果。这也侧面说明了悬吊理论缺陷的存在，主要有：对于岩层间的变形控制没有考虑锚杆控制其变形的作用，没有考虑围岩自承载能力及锚杆对其强度整体提高，只是单纯的将直接顶与老顶连接起来，另外该理论只应用于顶板支护，不能应用于帮部及底板支护。（2）组合梁理论图3-2组合梁当顶板上部没有稳定坚硬岩体时，悬吊理论将很难实现，于是组合梁理论诞生了，
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿锚杆支护的作用机理及关键技术[J]. 李潇,汤占令. 内蒙古煤炭经济. 2018(15)
[2]我国煤矿深部开采现状与技术难题[J]. 郭志伟. 煤. 2017(12)
[3]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普. 中国矿业大学学报. 2016(06)
[4]我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J]. 蓝航,陈东科,毛德兵. 煤炭科学技术. 2016(01)
[5]高应力软岩巷道支护失效机制及控制研究[J]. 李为腾,李术才,玄超,王琦,王新,邵行. 岩石力学与工程学报. 2015(09)
[6]深部开采的定量界定与分析[J]. 谢和平,高峰,鞠杨,高明忠,张茹,高亚楠,刘建峰,谢凌志. 煤炭学报. 2015(01)
[7]深部软岩工程的研究进展与挑战[J]. 何满潮. 煤炭学报. 2014(08)
[8]软弱半煤岩巷围岩的变形机制及控制原理与技术[J]. 余伟健,冯涛,王卫军,刘海,马平原,王平,李瑞豪. 岩石力学与工程学报. 2014(04)
[9]锚杆支护作用原理及影响因素分析[J]. 刘玉堂,刘爱卿. 煤炭科学技术. 2013(S2)
[10]煤巷强帮支护理论与应用[J]. 单仁亮,孔祥松,蔚振廷,李民族,杨树军,田亮. 岩石力学与工程学报. 2013(07)
博士论文
[1]煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D]. 王猛.辽宁工程技术大学 2010
硕士论文
[1]巷道锚杆支护围岩加固体稳定性评价方法研究[D]. 周攀.西安科技大学 2019
[2]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
[3]锚杆对围岩力学性质参数及受力状态的影响[D]. 张文锡.中国矿业大学 2016
本文编号：3609621
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