巷道桁架锚杆支护参数的数值模拟.pdf

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1、文章编号!巷道桁架锚杆支护参数的数值模拟曲华!蒋金泉!宁建国!山东科技大学"山东泰安#北京航空航天大学土木工程系"北京$摘要!采用数值模拟研究方法!研究揭示了综放回采巷道桁架锚杆支护参数与支护效果的关系!得到了桁架锚杆的合理支护参数!即以锚杆长～""孔帮距"中部根垂直锚杆的布置方式为宜#研究结果为桁架锚杆支护设计"推广应用提供了基本依据#关键词!综放#回采巷道#桁架锚杆#支护参数#数值模拟中图分类号!文献标识码!梁等一系列岩土工程中的常见问题计算模型为课题的提出平面应变弹塑性模型选用准在巷道锚杆支护系列中桁架锚杆具有

2、明显的则采用阶段分析法模拟原岩应力状态、开挖、支优点作用机理先进支护结构简单锚杆数目少护三阶段模型柱状以邢台东庞煤矿综放回安装方便掘进成巷速度快适应于复杂困难的顶采巷道工程地质条件为基础采深近水平板条件桁架锚杆支护在美英澳大利亚荷兰赋存煤厚煤层顶底板岩性见图所瑞士加拿大等国的矿井及地下工程中得到较普遍示模型高度与宽度均为单元个节的应用特别是美英在矿井集中应力区及复杂顶点个综放回采巷道沿煤层底板布置矩形断板条件下应用后取得了良好的支护效果我国曾面宽高模型等效岩体力学参数采用在少数矿井试验过简易桁架锚杆支护近年来邢台正算

3、位移反分析方法求得见表东庞矿在综放回采巷道中试验了桁架锚杆支护获表模型岩体等效参数得了良好的技术经济效果因此我国在桁架弹性模量泊松比密度名称锚杆的研究与应用方面处于起步阶段需要开展大中粒粗砂岩量的研究工作桁架锚杆支护参数是开展井下试粉砂岩煤验研究的基本设计依据本文采用数值模拟研究方泥页岩法对单式桁架锚杆支护参数进行了优化研究细砂岩数值模拟方法与模型单式桁架锚杆合理支护参数桁架锚杆支护效果除与工程地质条件有关还建立了个计算模型模拟桁架锚杆不同支与其形式与布置参数密切相关主要布置参数包括护布置参数下的巷道支护效果从围岩变

4、形塑性锚杆长度角度孔帮距孔口至巷帮的距离等为区发育特征等方面综合分析合理支护参数此采用数值模拟研究方法对不同布置参数的支护桁架锚杆合理角度效果进行模拟计算从而优化合理布置参数模拟支护参数为顶板桁架锚杆长孔数值模拟采用日本软脑公司开发的a有帮距中部有一根垂直锚杆锚杆角度为限元软件该软件不仅具有很强的前后处理功能五种帮锚杆长排距而且计算速度高可模拟施工顺序及弹性非线弹塑性等多种模型可以解决地应力接触面锚杆收稿日期!基金项目!山东省自然科学基金项目资助作者简介!曲华女实验师现在山东科技大学资环学院实验中心工作矿山压力与顶板

5、管理图巷道岩层柱状桁架锚杆不同角度时巷道围岩变形形态基本显影响六种参数条件下的顶沉量分别为相同但顶帮结构部位的变形量与角度有着密切两帮移近量分别为关系当角度为时顶沉量分塑性区宽度顶板分别为别为两帮移近量分别为两帮分别为底鼓量基本一致可见桁桁架锚杆除了对顶架锚杆角度变化对顶板变形影响较大对两帮也有板岩层起到兜吊作用还对顶板岩层产生横向抗一定影响对底鼓基本无影响锚杆角度为时力减少顶板下部岩层的拉应力从而有效地控制支护效果最好说明桁架锚杆角度存在最优值过顶板纵向裂隙的发育并通过两侧锚杆将顶板荷载大或过小都不利于发挥其控制围

6、岩变形的能力转移到两帮上因此桁架锚杆孔帮距存在最优值桁架锚杆角度对围岩塑性区范围的影响与上并非孔帮距越小越好过大或过小都不能使桁架锚述规律相同其中顶板塑性区范围分别为杆发挥横向抗力的作用通过模拟计算认为孔帮两帮分别为距的合理值为可见桁架锚杆角度为时对桁架锚杆支护效果与垂直锚杆的关系围岩塑性区的控制效果也是最好的模拟巷道桁架锚杆支护结构中垂直锚杆对支桁架锚杆合理长度护效果的影响分别按无垂直锚杆顶板中部根模拟桁架锚杆长分别为垂直锚杆桁架宽度内均匀布置根垂直锚杆等三四种角度其它参数同前锚杆长对巷道围种支护形式顶板中无垂直锚

7、杆与根垂直锚杆岩变形有明显影响四种长度条件下顶沉量分别为相比顶板和两帮变形量分别增大了两帮移近量分别为顶板和两帮塑性区分别增大了可见锚杆长为～时能较好控布置根或根垂直锚杆时巷道围岩变形制围岩变形锚杆长度过小或过大都起不到应有的与塑性区基本没有变化可见桁架锚杆支护结构支护效果锚杆长度过小则锚杆在两帮的水平投中有无垂直锚杆对巷道支护效果有着很大的影响影长度较小两帮浅部的煤体受力增大从而造成无垂直锚杆对巷道的维护有着明显不利的影响在两帮和顶板变形增大锚杆长度过大则由于顶板桁架宽度的中部增加根垂直锚杆可显著地提高中两锚杆包围

8、的面积较大顶板荷载转移到两帮的桁架锚杆的支护效果均布根垂直锚杆与中部布也较大造成两帮煤体受力增大也不利于两帮及置根垂直锚杆的支护作用相近以中部增加根顶板的维护垂直锚杆最为合理桁架锚杆合理孔帮距结语模拟桁架锚杆孔帮距分别为六种其他支护参数同所述锚杆本文采用数值模拟研究方法研究揭示了综放孔帮距对巷道围岩变形及围岩塑性区范围均有明回采巷道单式桁架锚杆