不同预应力全断面锚索支护效果模拟分析.pdf

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1、能源技术与管理2015年第40卷第2期EnergyTechnologyandManagementVo1．40No．2—doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．02．008不同预应力全断面锚索支护效果模拟分析姚俊耀，石小刚‘，李宁，郭飞鹏(1．煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南郑州450007；2．河南理工大学万方科技学院，河南焦作454000)[摘要]在不考虑原岩应力的条件下，采用有限差分数值模拟软件FLAC3~模拟分析不同预应力下全断面锚索支护效果及应力场分布特征，结果显示大幅度提高锚索预应力能够增大有效压应力区范围和强度，锚索间应力产生

2、叠加效应，能够起到良好的主动支护效果。[关键词]原岩应力；锚索预应力；数值模拟；主动支护[中图分类号]TD353~．6[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2015)0202o—O2多，锚索预应力中产生的应力场将被原岩应力场0引言完全覆盖，无法进行分析与研究[引。为此，在不考目前，锚杆支护已经得到大面积推广应用，俨虑原岩应力条件下模拟分析全断面锚索支护中预然成为煤矿巷道支护的主要手段，但是随着煤矿应力参数引起的应力场分布特征。开采深度的增加，巷道支护将面临着高地应力、极模拟对象以典型的大断面巷道为模型进行模破碎围岩等更加复杂的地质环境，单纯利用锚杆拟计算。巷道宽度

3、4．2m，顶板为泥岩，单轴抗压进行主动支护已经难以维持巷道稳定。而锚索具强度40MPa。岩体其它力学参数为：弹性模量有锚固深度大、承载能力高、可施加较大预应力等7500MPa，泊松比0．3，凝聚力1．5MPa，内摩擦角特点，锚索在煤巷中得到大面积推广应用，提高了30。。锚索力学参数为：弹性模量200000MPa，直径巷道的安全可靠性，逐渐成为深部及复杂困难巷22mm，拉断力560kN，粘结刚度2．0×10kN／m／m，道支护加固的主要手段。随着大直径、高吨位的强粘结强度500kN／m／m，树脂锚固长度1．5m。力锚索的研制I1I，文献[1]指出煤炭科学研究总院锚索预应力的影

4、响：将锚索预应力分别设为北京开采研究所开发出的新型1×19结构的钢绞50kN、100kN、150kN、200kN、250kN、300kN进线，实验室试验数据表明22．0mm的高强度、低行分析对比计算。松弛钢绞线的破断力超过600kN，是15．2mm1-2数值模拟结果及分析的钢绞线破断力的2．3倍；索体延伸率比15．2mm将锚索预应力在围岩中形成的应力场称为锚的钢绞线提高一倍，为深部巷道全断面锚索支护索预应力场，按照模拟方案模拟计算锚索不同预提供了可能。而预应力是全断面锚索支护参数中应力形成的应力场分布。图1是锚索预应力分别的关键参数，但是目前我国煤矿很多矿区对预应为50kN

5、、100kN、150kN、200kN、250kN、300kN力的认识还很不够，而且目前的施工机具不能提时支护预应力场分布对比图。随着锚索预应力的增供较大的预应力，导致预应力普遍偏低，一般预紧加，锚索预应力场的应力值与有效压应力区范围不力矩为100150N·m，预紧力为15～20kN，有的断增加，高预应力锚索在顶板围岩和锚固端各自形甚至为0，严重影响了锚索支护效果，起不到主动成大范围的压应力区，最大应力值也显著增大；锚支护的作用2j。为此，文章采用三维有限差分软件索与锚索间的预应力场叠加程度增加，有效压应FLAC∞进行数值模拟，分析不同预应力全断面锚力区也不断增加，覆盖了巷道

6、顶板的大部分区域，索支护效果，为煤矿全断面锚索支护应用提供借锚索的主动支护作用得到充分发挥]。鉴和参考。由于篇幅有限，下面仅对50kN和200kN时的预应力场效果分布进行详细分析，垂直巷道轴1预应力场锚索支护参数的模拟分析线截面垂直应力分布如图2所示。从图中可以看1．1模拟方案出：预应力为50kN时巷道顶板附近出现了小范锚索提供的预应力相对于原岩应力来说小得围的应力集中现象，最大压应力值达到0．10MPa。