可回收机械锚固锚杆对巷道支护作用的数值模拟.pdf

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1、总第131期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2010．08．033可回收机械锚固锚杆对巷道支护作用的数值模拟吴彩霞(潞安职业技术学院，山西长治046204)摘要：借助通用结构分析软件ANSYS软件，就不同锚固长度对巷道围岩的应力与变形进行数值模拟，比较可回收机械锚固锚杆与树脂锚杆支护作用的异同。关键词：：机械式；可回收；支护作用；数值模拟中图分类号：TD353文献标识码：B文章编号：1005．2798(2010)08—0076．021数值计算模型与计算方法应变方式给锚杆施加初锚力。2锚杆支

2、护对巷道围岩应力分布的影响根据煤矿巷道锚杆支护的设计要求和特点，取数值计算模型的尺寸为110in×75In，支护煤巷的巷道围岩的稳定性主要取决于围岩的应力状几何尺寸为5m×3．5m(神东矿区大柳塔矿)，并布态。这里给出不同锚固长度下巷道围岩的垂直应力置于计算模型的中部。根据计算模型与巷道的相对与水平应力的分布，分析其变化规律，比较可几何关系，视模型左右边界为无穷远处的固定边界；回收机械锚固锚杆与树脂锚杆对巷道围岩应力状态模型的下部边界也设置固定边界；上部设置为自由影响的异同。边界并作用有上覆岩层施加的均布力g，g的

3、值由下1)巷道围岩的垂直应力。图1给出了不式确定：同锚固长度巷道围岩最大垂直应力随锚固长度的变g=Vno(1)化规律。从图1可以看到：①随着锚固长度的加大，式中：y为模型上部岩层介质的平均容重；巷道围岩中垂直方向的应力(拉应力)or呈变大的为模型上部岩层的高度。这里，近似取=趋势。②当锚固长度达600mm后，锚固长度对垂25kN／m，no取200m，得q=5MPa。模型各岩层直应力or影响很小。但是，全长锚固对破碎围岩而的几何及力学参数见表1。言，其锚固的可靠性得I!I~II强。③从本文数值模拟表1模型的几何及岩性

4、参数结果得到，可回收机械锚固锚杆支护与树脂全长锚固相比较，垂直应力减少约10．5％。8．5皇8．0b7．57．o删6．51甫16计算中取锚杆的长度为1．8nl，锚杆直径D=．00300600900l200l500l800锚固长度，mm16mm，锚杆钢材等级为Grade40，其弹性模量约为图1围岩最大垂直应力随锚固长度的变化250GPa。仅在巷道顶板中布置锚杆4根，锚杆的排2)巷道围岩的水平应力。图2给出了不距为1．2m。为研究不同锚固长度对巷道围岩稳定同锚固长度巷道围岩最大水平应力随锚固长度的变性的影响，分别取锚杆

5、锚固段长度为50mm(端化规律。与巷道围岩的垂直应力类似，随着锚固长锚)、300mm、600mm、900mm、1200mm、1800mm度的加大，巷道围岩中水平应力(拉应力)，也呈增(全锚)进行数值分析。设计每根锚杆的初锚力为大趋势。当锚固长度达600mm后，锚固长度对垂60kN。直应力影响很小。从文本数值模拟结果得到，可回数值模拟中，视巷道围岩为平面应变问题，采用收机械锚固锚杆支护与树脂全长锚固相比较，水平平面应变单元。对锚杆则采用杆单元模拟，且以初应力约减少19．0％。收稿日期：2010-06~1作者简介：吴彩

6、霞(1972一)，女，山西朔州人，讲师，从事机械专业教学工作。762010耳8月吴彩霞：可回收机械锚固锚杆对巷道支护作用的数值模拟第19誊旦8．54可回收机械锚固锚杆对巷道围岩支护效星8．0b7．5果分析通过分析得到，在确保锚杆锚固作用安全实施1甫16的前提下，可回收机械锚固锚杆的支护性能具有如．00300600900l200l500l800锚固长度／mm下特点：图2围岩最大水平应力随锚固长度的变化1)随着锚固长度的增加，巷道围岩中垂直方向应力or和水平方向应力or均有增大的趋势，即3锚杆支护对巷道围岩变形的影响可

7、回收机械锚固锚杆支护作用下围岩内的应力最巷道围岩控制的最终目标体现在巷道围岩变形小。与全长锚固情况比较，可回收机械锚固锚杆垂的控制上，巷道围岩变形主要包括：巷道围岩的垂直直方向最大应力(or)减少约10．5％，水平方向最和水平方向位移分布、顶底板相对移近量、两帮相对大应力(or)。减少19．0％，表明可回收机械锚固锚移近量等。杆对巷道围岩稳定性控制最为有利。事实上，可回1)巷道围岩的垂直位移u。图3给出了巷收机械锚固锚杆充分发挥了整个锚杆长度内岩体的道顶底板移近量随锚固长度的变化规律。从图中可自稳作用性能，因而具有

8、更好的支护性能。以看到：在神东矿区大柳矿试验巷道的条件下，巷道2)与应力分析结果类似，随着锚杆锚固长度围岩变形较小，如顶板的最大变形位移量在20nam的增加，巷道围岩的变形也有增大的趋势，且近似呈左右，机械式端锚锚杆支护时为16mm，这与现场实线性增长的规律，其中顶底板的变形增加量较大测结果较为相近：随着锚杆锚固长度的加大，顶板的(10．4ram)，两帮变形