王新香

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計院，山西 太原 030045）

錨桿支護影響因素分析

王新香

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計院，山西 太原 030045）

通過數(shù)值模擬方法，研究了煤巷錨桿支護效果，分析了地應(yīng)力、圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)、巷道斷面對錨桿支護效果的影響，對錨桿支護設(shè)計提供借鑒。

錨桿數(shù)值模擬；地應(yīng)力；圍巖強度；支護效果

錨桿支護作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護方式，廣泛用于各種圍巖條件下的巷道，但是由于不同的巷道圍巖條件對錨桿支護的影響不同，因此有必要對圍巖條件對錨桿支護效果的影響進行分析，以優(yōu)化不同巷道的支護方式。本文通過數(shù)值模擬方法，研究不同圍巖條件對錨桿支護效果的影響。

1 FLA C軟件簡介

FLAC3.3軟件是用于工程力學(xué)計算的二維顯式有限差分程序，可模擬土、巖石等材料的力學(xué)行為。該程序采用顯式拉格朗日算法及混合離散劃分單元技術(shù)，能夠精確地模擬材料的塑性流動和破壞。FLAC3.3內(nèi)部含有多個力學(xué)模型（例如摩爾-庫侖模型、應(yīng)變硬化/軟化模型、節(jié)理模型、雙屈服模型等）用以模擬高度非線性、不可逆等地質(zhì)材料的變形特征。還有多種特殊功能：含有界面單元，模擬巖層中不連續(xù)面（例如斷層、節(jié)理、層理等滑動和離層）；含有四種結(jié)構(gòu)單元，（分別為梁、錨桿、樁、支柱單元)；可以模擬各種支護構(gòu)件。錨桿單元是一維軸向單元，在一定拉力下屈服。錨固方式可以是端錨、全長錨固、任意長度錨固，這種單元還可施加預(yù)緊力。

2 數(shù)值模擬方案

模型選取埋深300 m的煤層巷道，為研究對象進行分析。方案一：對不同垂直、水平應(yīng)力下的巷道進行模擬。方案二：對不同煤層強度下的巷道進行模擬。方案三：對不同圍巖強度下的巷道進行模擬。方案四：對不同尺寸的巷道進行模擬。

3 錨桿支護影響因素的數(shù)值模擬分析

3.1 地應(yīng)力對錨桿支護的影響

原巖應(yīng)力是影響錨桿支護巷道圍巖變形和破壞的一個關(guān)鍵因素。垂直應(yīng)力與圍巖位移的關(guān)系，見圖1，隨著垂直應(yīng)力增加，巷道圍巖變形和破壞范圍急劇增加。側(cè)壓系數(shù)（水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值）與巷道變形量的關(guān)系，見圖2。隨著側(cè)壓系數(shù)的增加，頂板下沉量和兩幫移近量都在顯著增加。

圖1 垂直應(yīng)力與巷道變形量的關(guān)系

圖2 水平應(yīng)力與巷道變形量的關(guān)系

總之，隨著垂直應(yīng)力或水平應(yīng)力的增加，巷道圍巖位移和破壞范圍都顯著增加，而且呈非線形關(guān)系，原巖應(yīng)力是錨桿支護的關(guān)鍵影響因素之一。

3.2 煤層強度對錨桿支護的影響

選擇不同的煤層強度進行模擬。煤層強度與巷道變形量的關(guān)系見圖3，隨著煤層強度的增加，頂板下沉量、兩幫移近量急劇降低；當(dāng)煤層強度增加到一定程度后，這種變化趨于平緩。因煤層強度的不同，巷道圍巖變形和破壞狀況有很大差別。

3.3 圍巖結(jié)構(gòu)對錨桿支護的影響

圍巖結(jié)構(gòu)強度對巷道變形影響十分顯著，見圖4，結(jié)構(gòu)強度越低，變形量越大；當(dāng)結(jié)構(gòu)強度增加到一定程度，對圍巖變形的影響不明顯。在結(jié)構(gòu)強度低的狀態(tài)下，頂板層理之間產(chǎn)生了顯著離層，兩幫整體擠出比較嚴(yán)重。當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)強度很高時，層理間沒有發(fā)生離層，兩幫整體擠出不明顯?？梢?，圍巖結(jié)構(gòu)對巷道穩(wěn)定性有顯著的影響。

圖3 煤層強度與巷道變形量的關(guān)系

圖4 圍巖結(jié)構(gòu)與巷道變形量的關(guān)系

3.4 巷道斷面對錨桿支護的影響

巷道寬度和高度與變形量的關(guān)系見圖5和圖6。隨著巷道寬度增加，頂板下沉量不斷增加，之后趨于平緩，最后有所降低。兩幫移近量隨巷道寬度增加而不斷增大。巷道高度對變形量也有一定影響，隨著高度增加，頂板下沉量不斷增加；當(dāng)高度超過一定數(shù)值，下沉量有所降低。兩幫移近量整體上隨巷道高度增加而增加。但是，巷道尺寸對變形量的影響程度，遠沒有原巖應(yīng)力、煤層強度、圍巖結(jié)構(gòu)明顯。

圖5 巷道寬度與巷道變形量的關(guān)系

圖6 巷道高度與巷道變形量的關(guān)系

4 結(jié)論

通過以上分析得出以下結(jié)論：1）隨著垂直應(yīng)力或水平應(yīng)力的增加，巷道圍巖位移和破壞范圍都顯著增加，而且呈非線形關(guān)系。2）隨著煤層強度的增加，頂板下沉量、兩幫移近量急劇降低，當(dāng)煤層強度增加到一定程度后，這種變化趨于平緩。3）圍巖結(jié)構(gòu)強度對巷道變形影響十分顯著，結(jié)構(gòu)強度越低，變形量越大。當(dāng)結(jié)構(gòu)強度增加到一定程度，對圍巖變形的影響不明顯。4）隨著巷道寬度、高度增加，巷道變形量不斷增加，之后趨于平緩，但是，巷道尺寸對變形量的影響程度遠沒有應(yīng)力、強度、圍巖結(jié)構(gòu)明顯。

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Abstract:By numerical simulation,the paper studies the bolt support effect and analyzes the influence caused by ground stress,surrounding rock strength and structure,and cross-section of roadway,which can be useful for bolt support designs.

Keywords:bolt numerical simulation;ground stress;strength of surrounding rock;supporting effect

編輯：徐樹文

Analysis of Influential Factors on Bolt Support

WANG Xin-xiang

（Shanxi Coal Design Institute,Taiyuan Shanxi 030045,China）

TD353+.6

A

1672-5050（2010）08-0063-03

2010-05-10

王新香（1967—），男，山西大同人，本科，工程師，主要從事煤礦設(shè)計規(guī)劃工作。