深部回采巷道锚杆直径作用规律数值模拟研究
可回收机械锚固锚杆对巷道支护作用的数值模拟
可回收机械锚固锚杆对巷道支护作用的数值模拟摘要：本文旨在通过数值模拟来研究可回收机械锚固锚杆对巷道支护的作用。
首先，我们分析了不同松紧度、锚固力量以及锚具类型对巷道支护的影响。
然后，我们通过模拟各种地质形态，开展了可回收机械锚固锚杆对巷道支护效能的试验。
最后，我们得出结论，可回收机械锚固锚杆可以有效地提升巷道支护的作用。
关键词：可回收机械锚固锚杆，松紧度，锚固力量，锚具类型，巷道支护。
正文：本文旨在通过数值模拟来研究可回收机械锚固锚杆对巷道支护的作用。
首先，我们分析了不同的松紧度、锚固力量和锚具类型在巷道支护中的作用。
研究表明，松紧度、锚固力量和锚具类型都会影响巷道支护的效能。
其次，为了更好地了解可回收机械锚固锚杆对巷道支护的作用，我们采用室内模拟技术，以不同的地质形态对可回收机械锚固锚杆的效能进行试验。
结果表明，可回收机械锚固锚杆可以有效地提升巷道支护的作用。
最后，我们根据数值模拟结果，总结出可回收机械锚固锚杆对巷道支护的有效方法。
综上所述，通过本文的研究，我们得出结论：可回收机械锚固锚杆可以有效地提升巷道支护的作用。
因此，在实践中，可回收机械锚固锚杆可以帮助我们更好地控制巷道坍塌的风险。
需要指出的是，针对不同的地质状况，可回收机械锚固锚杆可能有不同的效能。
因此，在实际应用中，应该根据不同的地质状况和施工环境来选择合适的锚固方式。
另外，还应该注意不同类型的锚固件在搭设、施工和使用方面的差异，针对不同的锚固件，需要采取特殊的处理手段。
此外，可回收机械锚固锚杆的使用应该与其他类型的锚固件结合起来使用，以充分发挥可回收机械锚固锚杆的优势。
在施工过程中，还需要经常维护和管理可回收机械锚固锚杆，以保证其正常运行。
另外，施工人员需要保持安全生产意识，在锚固锚杆时系好安全装置，避免因施工不当而导致事故发生。
总之，可回收机械锚固锚杆可以有效地改善巷道支护的效果。
使用可回收机械锚固锚杆的前提是要知道其特点，并遵循安全操作规程，这将有助于更好地管理和保护巷道支护系统。
大柳煤矿深部软岩巷道支护技术数值模拟研究
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q———围岩压力;
t———时间;
由于受地下水和局部淋水影响,巷道底板岩层泥化
c———常数,取 ０.
２
２ 模型介绍
数值分析 模 型 为 ５０ m×５０ m×４ m 的 三 维 立
现象非常严重,故在锚杆 ＋ 锚索支护基础上,分别
进行底部注浆和三帮注浆,注浆范围为巷道底部和
体模型,岩层 分 布 如 图 １ 所 示,中 间 部 分 是 煤 层.
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深井软岩巷道锚杆支护数值模拟研究
１ 试 验 巷 道 概 况
１４ （ ） 采面 为顾 北矿 北一采 区 一 ４ ２ ２ １综 ６ ８ｍ水
平首采工作面， 该面标高 一 ５ ～５０ 地面标高 ６５ ５ ｍ、
＋３３ ＋４３ 可 采 煤层 为北 一 采 区 ｔ－ ２ ． ２ －ｍ， １２煤层 ， 煤 层平 均厚 度 约为 ３１ 煤层 平 均倾 角 约为 ５ ， ． ｍ， 。 埋 深约 ６０ｍ，２ ２ １综采 面 回风顺 槽 断 面为矩 ６ １４ （ ）
岩石 力 学 及地 下 工程 界 的普 遍关 注 ［， 重影 响 ２严 ］ 了煤矿 的生产 和安 全 ，并 且每年 因支护 失效 而造 成 的经 济损失 非常 巨大 。
其支护方案设计提供依据 ， 利用 Ｆ Ａ ３数值模拟 Ｌ Ｃ￣ 软件 建立 了矩形巷道模型 ， 采用摩尔库伦准则 ， 模拟巷道断面大小为长 Ｘ宽 Ｘ高 ＝ １ ２ ４ ｍ× ０ ｍ× ３ ｍ，３ ３ 个单元 ，５ ０ 个 网格节点 ，模拟岩 ０ １ ５０ １ ８ ７ 石材 料力学 参数 如表 １ 所示 。
ｔ ０ｍ 长 ２ Ｉ 旋 高强 度螺 纹钢 锚杆 ， ｐ ｍ， ．１左 ２ ２Ｔ 一次 支
为 中粒结构， 中部为细粒结构 ， 孔隙多；
２ １ 年第 ２ ００ 期
陈文俊 ， 深井软岩巷道锚杆支护数值模拟研究 等
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护间排距 为 ８０ｍ ０ ｍ×８０ｍｍ， 次支 护锚杆 间 ０ 二
直 接顶 ： 泥岩 ， 平均厚 度 １ 灰 色 ， 致密 ， ．ｍ， １ 质 含植物 碎片化 石 ， 直节理 和滑 面较发 育 ， 有不 垂 见 清晰 的斜层理 ， 局部 缺失 ；
２２ 模拟 方案 ．
模拟巷道支护方案 ４ ， 个 分别为无支护 、 一次 支护无底锚杆 、 一次支护 ＋ 底锚杆 、 二次支护。巷 道 顶板 锚杆 采 用 ｔ ２ｍ 长 ２４ｍ左 旋 高强度 螺 ｐ ｍ， ． ２
回采巷道中的锚杆支护
回采巷道中的锚杆支护[摘要]介绍锚杆支护的作用机理及回采巷道锚杆支护设计，并对支护效果进行了评价。
关键词：回采巷道；锚杆支护；评价中图分类号：td353 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）11-0032-010引言为保证采区回采巷道的稳定性的总体效果最佳，在设计采区巷道布置时，应从选择巷道的位置开始，到是否采用其它巷道保护措施，以至采用何种修复措施和加固手段等进行全面考虑。
也就是说以巷道保护、巷道支护和巷道维护这三者的总费用最低作为最终考虑目标。
对巷道的设计，掘进、支护、正式使用以及报废的全过程都应采用巷道矿山压力全过程控制和综合治理的观念全面考虑。
锚杆支护的总体思想是如何利用锚杆支护最大限度地提高围岩的自身承载能力及稳定性，使围岩与支护系统共同维护井下巷道的稳定。
但在现场实际工作中，尚存在对锚杆作用原理认识不足，设计依据缺乏，综合治理观念差，锚杆安装质量存在问题，管理不规范等现象。
1 锚杆支护作用机理锚杆的作用机理在宏观上已有较明确的定论，即悬吊作用、加固作用与组合作用。
悬吊作用易被人们形象的接受，实质上按悬吊作用设计锚杆支护参数是一种安全性较高但不够经济的设计方法。
组合作用较难被人们形象的接受，但按该原理设计锚杆支护参数是一种能够满足安全要求且较经济的设计方法。
在实际工程中，有时三大作用同时存在，有时只是某一因素起决定性作用，或某一因素起主要作用，其它因素起次要作用。
目前，锚杆作用本质的论述尚不够明确。
研究表明，锚杆的作用本质在于通过锚杆的预紧力改变围岩的应力状态，提高围岩的刚度，增强岩层层面间的力学联系，提高围岩的自身承载能力。
锚杆与围岩共同作用构成承载结构，促使围岩由支护对象和载荷源向承载结构内的承载主体的转变，实现岩层由“松散系统”向“整体系统”、由“迭合状态”，向“组合状态”的转化。
2 层状复合岩层回采巷道锚杆支护设计2.1 设计原则（1）整体开掘回采巷道的开掘以不轻易破坏顶板的完整性为原则，由于层状复合岩层节理裂隙发育、强度小、且层间力学联系弱，该原则就显得尤为突出。
回采巷道支护方案数值模拟及可行性研究
回采巷道支护方案数值模拟及可行性研究侯晓志【摘要】为解决寸草塔一矿5-1煤层回采巷道变形严重问题,特使用顶板离层指示仪对煤层顶板进行观测,观测分析认为,单一使用锚杆支护并不能与顶板岩层形成有效锚固体,必须增加锚索支护.在原支护方式基础上,设计了5种支护方案,采用FLAC3 D数值模拟软件分析了5种支护方案巷道顶板位移特征.结果表明最佳方案为每排2根锚索和5根锚杆.工程实践表明最佳方案可以保证巷道顶板的安全.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】4页(P51-54)【关键词】回采巷道;巷道支护;数值模拟;支护参数【作者】侯晓志【作者单位】内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古自治区包头市,014010【正文语种】中文【中图分类】TD353寸草塔一矿隶属于神华神东煤炭集团,位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内。
首采51134综采工作面位于5－1煤层第12盘区,井田构造形态与区域构造一致,为简单的单斜构造,倾角一般在1°～10°,17线以南为沿走向发育宽缓的波状起伏,向背斜构造。
19～20线之间有一正断层,断层走向216°,倾角为58°,落差距20m,井田内无岩浆侵入。
上覆基岩厚度为21.96～47.31 m,松散层厚度为0～4.32m,以砂质泥岩为主。
煤层埋藏深度为104～105m。
51134工作面推进长度1250m,倾向长度285m,工作面所采煤层厚度变化不大,结构简单,煤层厚度为2.2～2.8m,平均厚度为2.5m。
煤层顶板相对破碎,裂隙发育;直接顶为细粒砂岩和粉砂岩,老顶为砂质泥岩,不存在伪顶,直接底为砂质泥岩、泥岩,老底为中、细粒砂岩。
51134工作面回采巷道为5.0m×3.0m (宽×高)矩形断面。
开采初期,巷道的支护设计依据经验以及参照相邻矿井煤层按照围岩稳定性Ⅱ类(稳定)进行支护设计,顶板支护采用锚杆＋菱形金属网＋钢筋梁的支护形式,顶板锚杆每排4根,两帮锚杆每排各3根,锚杆直径统一为22mm的螺纹钢,长度均为2.2m。
深部复杂软岩巷道锚网索支护及数值模拟研究的开题报告
深部复杂软岩巷道锚网索支护及数值模拟研究的开题报告一、研究背景及意义随着经济的不断发展和城市化进程的加速，地下开采和隧道建设越来越频繁。
深部复杂软岩巷道是在条件非常恶劣的情况下开展的重要工程，其安全性和稳定性问题需要得到解决。
针对这种情况，采用锚网索支护技术可以有效降低巷道的变形和支护结构破坏，提高巷道的安全性和稳定性。
本研究将针对深部复杂软岩巷道的锚网索支护技术进行深入探究，并利用数值模拟手段对其进行分析，目的是为工程实践提供有力的技术支持和科学依据。
二、研究内容和方法1.分析深部复杂软岩巷道的工程背景和特点，研究锚网索支护技术在该场景中的适用性和工作原理。
2. 结合现有资料及实测资料，初步确定巷道锚网索支护方案，并进行有限元数值模拟验证。
3. 改进巷道锚网索支护方案，调整方案参数，进行数值模拟优化。
4. 在现场应用，对锚网索支护效果进行实测分析，结合数值模拟得出的结论对方案进行再次优化。
5. 撰写论文，完成研究报告。
三、预期成果1. 深入了解深部复杂软岩巷道锚网索支护技术，发现其适用性和工作原理，为工程实践提供有力的技术支持。
2. 初步确定巷道锚网索支护方案，进行数值模拟，并针对实测结果调整方案，最终确定最优方案。
3. 完成研究论文，提出具有实际参考价值的巷道锚网索支护技术应用方案。
四、预期进展和挑战本研究需要深入了解深部复杂软岩巷道的特点，并掌握锚网索支护技术的工作原理，而数值模拟方面需要使用专业的计算软件并精确描述复杂的巷道结构和物理特性，因此涉及到多学科的知识点和专业技术，对研究人员的专业能力和科学素养提出了很高的要求。
此外，实际情况与数值模拟之间会存在差异，需要结合实测数据进行调整，这将是研究过程中需要不断克服的挑战。
深部回采巷道支护参数的正交数值模拟
深部回采巷道支护参数的正交数值模拟韦四江;孙闯【摘要】Strata behaviors of a deep mining roadway in the main coal seam of Pingdingshan mining area are intensifying.The distortion of strata cannot be controlled with a common bolting-wire mesh support,but a strong support with high strength,high stiffness and high preload is an effective approach to do this.Support parameters of mining roadway in the main coal seam of Pingdingshan mining area were analyzed with orthogonal numerical simulation,and the primary and secondary factors to strata deformation were determined.The relation was fitted with multiple regression analysis,whose dependent variable is the coefficient of convergence of a roadway cross section; independent variables involve comprehensive rock mass strength,numbers of the cable in a roadway roof,the preload of bolts,the vertical stress and dynamic loadfactor.Convergence cross section was forecasted with the relation,which is 26071 ventilation roadway of 11th colliery,and Pingdingshan coal shares supported with high strength bolt-wire-cable.The forecasting results coincide with field investigation.%平顶山矿区深部主采煤层回采巷道矿压显现强烈,普通锚网支护难以适应深部开采的要求,高强度、高刚度、高预紧力的强力支护是控制深部围岩变形的有效途径.采用正交数值方法对平顶山矿区主采煤层回采巷道的支护参数进行了模拟分析,确定了影响围岩变形主次因素.应用多元回归分析法,拟合了巷道断面收敛系数与综合岩体强度、顶板锚索根数、锚杆预紧力、垂直应力和动载系数的关系式,对平煤股份十一矿高强锚网索支护的丁5-6-26071风巷断面收敛变形进行了预测,与现场矿压测试结果基本吻合.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(032)003【总页数】7页(P270-276)【关键词】回采巷道;支护参数;锚网索;正交数值试验【作者】韦四江;孙闯【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD350.10 引言平顶山矿区主采丁、戊和己组煤层，回采巷道多采用锚网索支护.浅部开采时，中低强度锚网支护即能控制围岩变形.现今平顶山矿区的多数矿井已进入二、三水平开采，采深多在800 m以下，深部受李口向斜的影响，构造应力较高因此，现有的锚网支护系统难以有效控制巷道围岩的变形.如十二矿己15-31010机、风巷采用锚网梁支护，前掘后修，严重制约正常掘进［3-4］.一矿戊9-10-31020运输回风巷受戊8-31020工作面采动影响，顶板破碎，普通锚杆支护难以控制围岩的稳定［5］.由此可知，平顶山矿区深部主采煤层回采巷道矿压显现强烈，普通锚网支护难以适应深部开采的要求.实践表明，高预紧力、强力支护锚杆支护系统在新汶千米深井巷道［6］，潞安漳村煤矿重复采动、破碎围岩巷道［8］，淮南新区谢桥矿沿空巷道［9］等困难复杂条件下获得了成功应用，是控制深部巷道围岩变形的有效途径［10-15］.平顶山矿区主采煤层地质条件差异较大，而实际工程中锚网支护参数多凭经验给出，对巷道使用期间巷道断面变形估计不足，造成巷道返修或报废.本文针对平顶山矿区主采煤层回采巷道锚网支护现状，采用正交数值模拟方法研究了影响平顶山矿区回采巷道围岩收敛的主次因素，拟合了影响其收敛的经验公式，并与现场矿压观测进行了对比分析.1 工程地质条件平顶山矿区主采丁组、戊组、己组3层煤，随着采深的增加，煤层倾角逐渐变缓，进入800 m左右的深部开采后，煤层倾角在6～10°之间.丁组煤巷道直接顶围岩单轴抗压强度相对较高，属于较为稳定顶板;戊煤巷道顶板的强度相对较低，弹性模量也较小，属于较松软不稳定顶板;己组煤围岩条件介于戊组煤与丁组煤之间，属于一般条件围岩;主采煤层顶底板岩性见表1.2 正交数值模拟实施步骤表1 主采煤层力学参数Tab.1 Mechnics parameters of main coal seams?2.2 选取评价的因素和水平2.1 确定试验的目的和指标根据现场调研及围岩分类情况［10］，确定影响巷道稳定性的因素有煤层类别、支护方式、预紧力、埋深和动压影响系数，而正交试验能够找出巷道收敛最小时的不同因素组合，从而确定不同条件下的最佳巷道支护方式.在进行正交试验时，应抓住主要因素，兼顾次要因素，避免同时选取彼此相关的因素.因素和水平选取如下.(1)煤系地层(A).选取丁5-6，戊9-10，己15，己16-17煤层，岩体力学参数见表1.巷道围岩综合强度计算公式为式中:σ为岩层单轴抗压强度;H为岩层厚度.巷道围岩综合强度按照实际测定的围岩强度计算，分别取顶板、底板、两帮岩体的抗压强度(岩块强度折减后得到);对回采巷道而言，顶板的稳定性更为重要，其权重取0.5，两帮和底板权重取0.25，这样处理能够反映平顶山矿区主采煤层回采巷道围岩的强度.而这样处理是为了后面的结果回归分析用，数值模型的岩体参数仍采用表1中的岩体参数.(2)支护方式(B).顶板巷帮锚杆间排距为800 mm，锚索根数分别为 1(跨中布置)，2，3，4根，共4种支护方案.锚杆φ21.8 mm×2 400 mm，每孔3卷Z2335树脂药卷;锚索φ22 mm×7 500 mm，每孔Z2335树脂药卷4卷.支护断面如图1所示.巷道尺寸为高帮3 318 mm，低帮2 700 mm，中高3 009 mm，底宽4 400 mm，净断面面积为13.24 m2.(3)预紧力(C).锚杆的预紧力对巷道稳定性有重要影响，模拟中锚杆的预紧力分别为0，40，80，120 kN，锚索的预紧力为120 kN.(4)垂直应力(D).平顶山矿区相当一部分采区已经进入埋深大于800 m的深部开采，巷道埋深依次为 800，1 000，1 200，1 400 m，岩层密度取2.5 kg/m3，所对应的垂直应力分别为 20，25，30，35 MPa.根据地应力测试结果［1］，水平应力为垂直应力的1.4倍.(5)动载系数(E).考虑到回采引起的动压或超前支承压力的作用，将巷道所承受的垂直应力集中系数确定1.0，2.0，3.0;如果巷道为沿空掘巷，且巷道处于应力降低区，其应力集中系数则为0.5.根据所选的因素及其水平个数，选取5因素、4水平L16(45)的正交数值试验.2.3 模型参数建立长×宽×高=60 m×40 m×0.5 m的平面应变模型，上边界y=20，左右边界x=±30为应力边界;底边界y=－20处限制水平方向和垂直方向的位移;z方向为固定约束.选择的锚杆支护参数参数如下.锚杆弹性模量Emod为211 000 MPa;锚杆抗拉强度ytens为0.20 MN;树脂黏结剂的黏结力gr为20 MPa;树脂黏结剂的内摩擦角gr_fric为31.89°，其单轴抗压强度为 60 MPa，黏结力为20 MPa;树脂黏结剂的刚度gr_k为88 720 MPa，树脂弹性模量16 000 MPa，剪切模量6 150 MPa;树脂黏结剂的外圈周长gr_per为0.087 96 m，钻孔直径为28 mm;锚杆的横截面面积xcarea为3.8×10-4，锚杆直径22 mm(锚索直径21.8 mm).3 结果分析3.1 巷道变形根据正交试验方案，以巷道断面变形指数λ(断面收缩量与原面积的比值的百分数)为评价指标进行分析，得到各个因素对巷道变形的影响程度(表2).巷道断面收敛如图2所示.表2 正交数值试验结果Tab.2 Results of orthogonal numerical simulation?不同围岩、不同应力边界条件下，巷道围岩的变形有很大差异，这与围岩力学性质、锚杆预紧力及锚索数目等有直接的关系.从图2可以看出，两帮和底板的变形较大，高帮变形比低帮变形大.3.2 塑性区分布从图2可以看出，垂直应力对巷道两帮的塑性范围影响较大，如方案3，4，5，6，11，13，14，垂直应力越大，巷道两帮的塑性范围也越大;水平应力对巷道顶底板的塑性范围影响较大，侧压系数越大，巷道顶底板塑性范围就越大，尤其是底板的影响较大，如方案7，8，9，10，15，16.另外，水平应力和垂直应力的差值越大，巷道围岩所承受的剪应力就越大，造成强度较低的煤层过早发生剪切破坏，如方案5，8，10，15.3.3 巷道断面收敛率正交分析3.3.1 正交分析根据正交数值计算结果，得出了各个模型的巷道断面收敛系数，如表2所示.在5种因素、5种不同的水平中，究竟哪一种因素、哪一种水平对巷道围断面收敛系数的影响最为明显呢?需要对其进行正交分析.第1步.将16个试验结果填在表2试验指标栏内.16个试验指标总和为298.73.16个试验中，6号试验的巷道收敛指数最大(55.99);试验条件:戊9-10煤层，2根锚索，锚杆预紧力为0，巷道埋深1 400 m，动载系数2.0，即 A2B2C1D4E3.第2步.计算各因素的指标(Ki)、平均值(ki)和极差(Ri)，填在表2的有关栏内，并检查计算结果.第3步.对各个因素作用下的极差进行比较，极差的大小反映了因素变化时试验指标的变化幅度.因此，因素的极差越大，该因素的影响就越大，对收敛指数的影响也越大.这样，就可以由R的大小把各因素的主次关系列出如下.由主到次，E(动载系数)→A(综合岩体强度)→D(垂直应力)→B(顶板锚索根数)→C(锚杆预紧力).第4步.由结果分析表2中的k值可以看出，戊9-10煤层，2根锚索，锚杆预紧力为0，巷道埋深为1 400 m，动载系数2.0，是对巷道收敛系数影响最大的因素. 3.3.2 技术措施根据以上分析结果可以看出:动载系数为最重要的影响因素，巷道围岩强度次之，巷道埋深居第三，支护方式中锚索根数越少，巷道收敛变形越大;锚杆预紧力越小，巷道变形越大，这说明了高预应力锚杆是控制围岩变形的重要举措.因此，针对巷道收敛变形，在巷道层位一定的情况下，提出如下技术措施.(1)超前动压对巷道收敛的影响较大，因此，应减小工作面前方的超前支承压力对巷道的作用:厚煤层分层开采，采用大采高采空区充填开采，大吨位的液压支架，超前预裂爆破.(2)锚索在深井动压巷道支护中是必不可少的，但应采用高预紧力、高延伸率的高强锚索，必要时应增加锚索的密度.(3)采用高强度、高刚度和高预紧力的锚杆及护表构件，能够减小巷道的断面收敛系数.当然，随着巷道深度的增加，巷道层位和原岩应力不可回避，超前支承压力可以在一定程度上进行调节，但幅度较小.因此，平顶山矿区深井动压巷道支护应从锚固支护系统方面考虑.3.4 巷道断面收敛回归分析采用DSP数据统计分析软件中的二次(旋转)回归模型的二次多项式模型［11］，对表2中的16组原始数据进行回归分析，一行为1个样本，一列为1个变量，因变量放在最右边.每组数据包括5个自变量(综合岩体强度σ综、顶板锚索根数N、锚杆预紧力P、垂直应力σv和动载系数D)和自变量(巷道变形指数λ).引入变量的原则是相关系数R最大，如果引入变量后R变小，则变量引入完毕.复相关系数R=0.986，F 值 =25.16，Df=(9，6)，显著水平p=0.000 4(≤0.05，回归方程可用)，剩余标准差 S=3.87，Durbin-Watson 的统计量 d=3.18在 2 附近;显著水平、相关系数和Durbin-Watson统计量都满足要求，回归方程可用，回归结果为式中:λ为巷道断面收敛系数;σ综为综合岩体强度，MPa;N为顶板锚索根数;P为锚杆预紧力，kN;σv为垂直应力，MPa;D为动载系数.该公式能够为锚网支护动压巷道的断面预留量提供参考.4 工程实例平顶山十一矿二水平的丁5-6-26071工作面风巷，断面面积13.24 m2，平均埋深850 m;采用“高预应力高强锚杆-锚索协调支护，预留断面”的支护思想，其参数如下.(1)顶板.φ22 mm×2 400 mm的高强让压锚杆，3卷Z2335树脂锚固剂锚固，预紧力80 kN;铺设1 000 mm×4 400 mm的金属网，4 200 mm M钢带，排距800 mm，预紧力100 kN.(2)两帮.φ20 mm×2 200 mm锚杆，间排距800 mm，预紧力60 kN，3卷Z2335中速锚固剂锚固;铺设金属网、钢筋梯子梁.(3)顶板锚索.4根φ22 mm×7 500 mm锚索，预紧力120 kN，间排距1 400 mm×1 600㎜，同排锚索间用1 700 mm短M钢带连接.该巷道从掘出到报废，经历掘巷影响阶段(D=1.5)、超前支承压力影响阶段(D=2.0)和超前支承压力影响峰值阶段(D=3.0)，将相关参数代入上述公式得，λD=1.5=12.28，λD=2.0=20.53，λD=3.0=37.04.说明在掘巷阶段，支护参数完全能够满足要求;超前支承压力的初期阶段，仍然能够满足需要.但超前支承压力的峰值阶段，巷道断面收缩率达到37.04%，需要采取加强支护措施.矿压观测结果表明，掘巷阶段巷道顶板最大下沉量为66 mm，最小为43 mm，顶板下沉速度小于0.5 mm/d;两帮最大移近量为432 mm，最小为264 mm，稳定后变形速度小于1 mm/d，已基本稳定.断面收缩率最大为12.4%，能够满足使用要求［12］.5 结论(1)平顶山矿区主采煤层回采巷道矿压显现强烈，普通支护难以适应深部开采的需要，高强度、高刚度、高预紧力的强力支护是控制这类巷道变形的有效途径. (2)采用正交数值方法对平顶山矿区主采丁5-6，戊9-10，己15，己16-17煤层回采巷道的支护参数进行了正交数值模拟分析，确定了对巷道变形的影响因素顺序.(3)采用多元回归分析方法，拟合了巷道断面收敛系数与综合岩体强度、顶板锚索根数、锚杆预紧力、垂直应力和动载系数的关系式.结合具体条件，对巷道断面收敛变形进行了预测，结果与现场观测基本吻合.参考文献:［1］刘海波，刘玉丽，任奋华.平顶山八矿地应力分布规律［J］.西安科技大学学报，2009，29(2):144-148.［2］张延新，蔡美峰，王克忠.平顶山一矿地应力分布特征研究［J］.岩石力学与工程学报，2004，23(23):4033-4037.［3］惠功领，宋锦虎.高应力复合顶板巷道卸压让压耦合支护技术［J］.西安科技大学学报，2010，30(4):412-415.［4］宋锦虎，惠功领，马元.深部巷道不同支护形式的对比计算分析［J］.矿冶工程，2010，30(4):14-18.［5］吕庆刚.破碎顶板预应力锚杆桁架支护系统研究［J］.煤炭科技，2008(3):11-13.［6］康红普，王金华，林健.高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用［J］.煤炭学报，2007，32(12):1233-1238.［7］康红普，林健，吴拥政.全断面高预应力强力锚索支护技术及其在动压巷道中的应用［J］.煤炭学报，2009，34(9):1153-1159.［8］张农，高明仕.煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用［J］.中国矿业大学学报，2004，33(5):524-227.［9］韦四江.预紧力对巷道围岩锚固体稳定的作用机理及工程应用［D］.焦作:河南理工大学，2011.［10］申艳梅，韦四江.回采巷道锚杆支护效果模糊综合评判［J］.采矿与安全工程学报，2012，28(4):576-580.［11］唐启义.实用统计分析及其 DPS数据处理系统［M］.北京:科学出版社，2002:105.［12］韦四江，勾攀峰，王满想.深井大断面动压回采巷道锚网支护技术研究［J］.地下空间与工程学报，2011，7(6):1216-1221.［13］陈晓祥，杨凯凯，徐仪昌.高应力回采巷道围岩变形特征及协调支护技术研究［J］.河南理工大学学报:自然科学版，2012，31(4):397-402.［14］张盛，张易飞，申光明.高应力煤巷结构增强型U型钢棚支护技术研究［J］.河南理工大学:自然科学版，2012，31(5):518-524.［15］郜进海，镐振，吕兆恒，等.软煤层巷道支护数值模型研究［J］.河南理工大学:自然科学版，2012，31(6):664-668.。
煤矿深部巷道锚杆支护优化设计
01
02
03
高应力
随着煤矿开采深度的增加 ，巷道周围岩体承受的压 力也逐渐增大，形成高应 力环境。
水平应力
水平应力是影响巷道稳定 性的重要因素，通常大于 垂直应力。
应力梯度
深部巷道应力梯度较大， 巷道顶底板之间的应力差 值较大，对支护材料和设 计要求较高。
深部巷道围岩稳定性
围岩强度
深部巷道围岩强度相对较 低，岩石破碎、节理裂隙 发育，容易发生失稳和变 形。
02
锚杆支护理论
锚杆支护原理
锚杆支护是通过在巷道围岩中打 入锚杆，利用锚杆的锚固力对巷 道围岩进行加固的一种支护方式
。
锚杆支护能够提高围岩的力学性 能，增强围岩的整体性和稳定性
，有效控制巷道变形和破坏。
锚杆支护的作用原理包括悬吊作 用、组合梁作用、挤压加固作用 等，这些作用能够实现对巷道围
岩的有效支护。
巷道条件 该巷道位于矿井浅部，围岩条件 较好，但受到采动影响较大。
实施效果 经过优化设计后，巷道支护效果 得到有效提升，减少了采动对巷 道的影响，保证了采煤作业的顺 利进行。
支护方案 采用常规的锚杆、钢带等组合支 护方式，对巷道进行局部加强支 护。
优化措施 根据采动影响，对锚杆的长度、 直径和布置方式进行调整，同时 增加钢带的强度和刚度，提高巷 道的抗变形能力。
锚杆支护类型
根据锚杆的布置方式和长度， 可以将锚杆支护分为单体锚杆 支护、短锚杆支护、长锚杆支 护等类型。
根据锚杆的材质和结构，可以 将锚杆支护分为钢丝绳锚杆支 护、玻璃钢锚杆支护、树脂锚 杆支护等类型。
根据锚杆的预应力方式，可以 将锚杆支护分为机械式预应力 锚杆支护、液压式预应力锚杆 支护等类型。
。
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深部回采巷道锚杆直径作用规律数值模拟研究
随着社会煤炭的需求量不断增大，浅部资源日益枯竭，故已开始转入深部开采。
随着煤矿开采深度的增加，深部岩体处于“三高一扰动”的复杂地质环境，相继深部开采巷道出现巷道底臌严重、围岩变形量大等一系列工程问题，对深部的资源开采提出了严峻的考验。
有关人员针对煤矿深部回采巷道支护技术进行了理论分析、数值模拟计算及现场试验，解决了许多理论难题及工程关键技术。
工程实践表明，由于深部巷道的环境复杂，在设计锚杆时大多数使用工程类比法，不能准确地把握锚杆的使用情况。
本文主要对巷道支护中锚杆的直径进行研究，采用FLAC 3D数值模拟方法，分析不同直径大小的锚杆对巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律。
标签：深部回采想到；锚杆；直径
1 数值模拟模型与参数
为了研究锚杆直径对现场支护效果的影响，本次试验在现场使用的基本参数的基础上，分别对锚杆直径为16mm、18mm、20mm、22mm、24mm等5种情形进行了模拟来研究巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律。
数值模拟根据实际工程地质条件，采用弹塑性材料模式，附加摩尔库仑屈服准则，建立模拟区域的长×宽×高=50m×50m×30m，。
本模型限制其侧向和底部处的位移；在上表面施加25MPa的荷载，围岩弱化系数50%建模，模拟上覆岩体的自重条件。
模拟中巷道所处的深度为987m，锚杆材料的弹性模量210GPa，泊松比0.3。
采用控制变量方法，固定锚杆长度为2800mm，间排距为800mm×800mm。
利用有限差分软件FLAC 3D，深入揭示巷道开挖后巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律。
2 数值模拟结果及分析
为了分析研究巷道支护后围岩变形特征，不同直径的锚杆作用模拟所得的塑性区云图如图1所示。
图1 不同锚杆直径时围岩塑性区云图
从图1中可以看出，随着锚杆直径的增大，围岩塑性区范围在逐渐减小；不同锚杆直径的支护对塑性区围岩的破壞方式及破坏状态有所改变。
施加锚杆后顶底板中央和两帮中央塑性变形较大，为了方便分析，不同锚杆直径作用时发生的最大围岩水平及竖直位移变化曲线如图2所示。
图2 不同锚杆直径作用时围岩竖直及水平位移变化曲线
从图2中可以看出，随着锚杆直径的增加，围岩变形的控制效果也逐渐明显。
上述曲线变化趋势说明，随着锚杆直径的增大，巷道围岩顶板、底板和帮部的最大位移量在减小。
3 锚杆直径优化分析
巷道支护设计，主要是选择确定合理的支护形式和支护参数。
如果支护形式和支护参数选择不合理，就会造成两个极端：一是支护强度太高，浪费材料和工时；二是支护强度不够，造成偏帮冒顶事故。
因此，正确合理地选择支护形式和参数是支护设计的最终目标。
一般来说，在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿着巷道周边布置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。
在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。
因此，锚杆支护的关键在于获得较大的承压拱厚度和较高的强度，其厚度越大，越有利于围岩的稳定和支承能力的提高。
表1 组合拱厚度与锚杆间排距建议取值
围岩松动圈现场测试表明，朱集西煤矿巷道松动圈范围基本为200～250 cm，松动圈范围较大，为了有效地控制巷道围岩的变形，应该增加锚杆的长度，尽量让锚杆锚固在顶板稳定岩层中。
锚杆锚固力计算：
P锚=？仔×？准孔×？滓’×L锚（1）
式中，取值为0.03m；取值2.5MPa；取值为0.5m。
则有：kN。
锚杆直径应该满足下面不等式：
d？叟35.52■ （2）
式中，？滓t取值为500MPa。
代入式2，求得锚杆直径应该满足：
d？叟17.24mm （3）
根据表1，则本设计中锚杆直径取值22mm时，支护效果的影响差别很小，说明锚杆已经能够发挥很好的补强支护作用。
4 结束语
4.1 数据模拟结果表明，随着锚杆直径变大，巷道支护后的无效加固区逐渐减小，巷道围岩表面位移也逐渐减小。
总的来说相对较大直径的锚杆支护巷道后，巷道稳定性高、变形小、塑性区范围小且分布较为均匀。
4.2 针对朱集西煤矿的地质条件，巷道支护设计时的锚杆直径取值22mm时，已能够发挥很好的补强支护作用，能有效避免支护强度太高、支护强度不够和材料浪费等问题。
参考文献
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