錨桿參數(shù)對圍巖支護(hù)強(qiáng)度的影響

王帆

摘要：錨桿是當(dāng)代煤礦當(dāng)中巷道支護(hù)的最基本的組成部分，他將巷道的圍巖加固在一起，充分利用圍巖自身的承載能力來增加巷道的穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的發(fā)展，錨桿在礦山工程中的應(yīng)用越來越廣泛，錨桿的形式的多樣性也得到了很大的提高。本文通過flac3d數(shù)值模擬軟件，通過模擬在相同條件下不同參數(shù)的錨桿對巷道圍巖的支護(hù)強(qiáng)度變化的情況，對以后巷道選擇錨桿的參數(shù)有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵字：錨桿；數(shù)值模擬；圍巖受力

1.錨桿

1.1錨桿的組成

1912年，德國謝列茲礦最先采用錨桿支護(hù)井下巷道以來，錨桿支護(hù)以其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便、成本低和對工程適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在土木工程（包括采礦工程）中得到了廣泛應(yīng)用。

組成錨桿必須具備幾個(gè)因素：

（1）一個(gè)抗拉強(qiáng)度高于巖土體。

（2）桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結(jié)）阻力。

（3）桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力。

1.2錨桿的作用原理

錨桿作為深入地層的受拉構(gòu)件，它一端與工程構(gòu)筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區(qū)域，其功能是對錨桿施加預(yù)應(yīng)力；錨固段是指水泥漿體將預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。

2.工程實(shí)例

以淮南潘二礦井為例，本文選用的巷道尺寸為矩形5000×4000mm，由于圍巖的巖性較為軟弱，本模擬將通過對直徑18mm、22mm、24mm，長度1800mm、2000mm、2500mm，屈服強(qiáng)度240MPa、400MPa的不同錨桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而得出不同參數(shù)錨桿的：①錨桿軸力—位移曲線；②巷道圍巖位移場；③巷道圍巖垂直應(yīng)力場，從而得出不同參數(shù)錨桿對圍巖的控制效果。

3.數(shù)值模擬

3.1錨桿軸力—位移曲線

3.2錨桿支護(hù)巷道圍巖位移場

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：

（1）錨桿軸力-位移曲線

錨桿橫截面積一定的情況下，錨桿平均軸力，位移隨著錨桿的長度增加而減小。

錨桿長度一定的情況下，錨桿平均軸力，位移隨著錨桿橫截面積的增加而增大。

（2）巷道圍巖位移場

錨桿橫截面積一定的情況下，位移隨著錨桿的長度增加而減小。

錨桿長度一定的情況下，位移隨著錨桿橫截面積的增加而減小。

（3）巷道圍巖位應(yīng)力場

錨桿橫截面積一定的情況下，高應(yīng)力區(qū)間隨著錨桿的長度增加而減小。

錨桿長度一定的情況下，高應(yīng)力區(qū)間隨著錨桿橫截面積的增加而減小。

5.結(jié)論

錨桿的作用是通過圍巖與錨桿的共同作用來控制圍巖的變形，選擇合理的錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)對圍巖的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。錨桿的長度和直徑要根據(jù)現(xiàn)場圍巖參數(shù)來確定，防止錨桿參數(shù)選取過大或過小，使其在安全的前提下能夠有效的保證巷道的穩(wěn)定性。