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锚杆间距对大型硐室围岩支护效果的数值模拟研究

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（ １ ． Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇｅ ｏｆ Ｒｅ ｓ ｏｕｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎｄ Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ｅｎ ｇｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｎｏｒ ｔ ｈｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｕ ｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｓｈｅ ｎ ｙａ ｎ ｇ １ １ ０ ８１ ９， Ｃｈｉ ｎ ａ；
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｄ ８ ５ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ — ４ ０ ５ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ — ０ ０ ９ ４ — ０ ４
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ａ ｎｃ ｈ ｏ ｒ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｐｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｍ ｉ ｎｉ ｎｇ ｐ ｌ ａ ｎｓ ｔ Ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｔ ｈｅ ｐａ ｒ ｔ ｏｆ ｔ ｈｅ ｇ ｒ ｏｕｎ ｄ ｐｒ ｏｄ ｕｃ ｉ ｎｇ — ｐ ｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｔ Ｏ ｔ ｈｅ
（ １ ． 东北 大学资源与土木工程 学院 ，辽 宁 沈 阳 １ １ ０ ８ １ ９ ；２ ．鞍 钢集 团矿 业设计研 究院 ，辽 宁 鞍 山 １ １ ４ ０ ０ ４ ）
摘 要 ：某 矿 山计 划 将 部 分 地 面 生 产 流 程 转 移 至 地 下 硐 室 中 进 行 ， 通 过 工 程 类 比 法 确 定 矿 体 围 岩 为
Ⅲ～ Ⅳ类 岩 体 ， 围岩 稳 定 性 较 差 ， 严 重 威 胁 地 下 硐 室 群 的 稳 定 性 锚 杆 支 护 作 为 地 下 工 程 中 最 重 要 的 Байду номын сангаас 护
手段之一 ， 被 应 用 于各 种 围 岩 与 不利 地 质 环境 中 ， 文 章 结 合 某 矿 山可 行 性 研 究 ， 利用 Ｆ Ｌ ＡＣ ３ Ｄ软 件 ， 以 围 岩 变形 、 塑 性 区 范 围 和锚 杆 所 受 最 大应 力 为参 考 指标 ， 模 拟 不 同间 距 的锚 杆 支 护 系 统 对 硐 室 群 围 岩 稳 定 性 的 影响 ， 通 过 综 合 分 析 确 定 了最 佳 的锚 杆 间距 范 围 ， 对 矿 山 后 续 设 计 及 施 工 具 非 常 重 要 的实 用 意 义 。 关 键 词 ：深 部 开采 ；锚 杆支 护 ；数 值 模 拟
第 ２ ４卷 第 ６期
２ ０ １ ５年 ６月
中 国 矿 业
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＭＩ ＮＩ ＮＧ Ｍ ＡＧ ＡＺＩ ＮＥ
Ｖｏ １ ． ２ ４ 。 Ｎｏ ． ６
Ｊ ｕ ｎ ． ２ Ｏ １ ５
锚 杆 间距 对 大型硐 室 围岩 支护 效 果 的数值 模 拟研 究
柳小波 ，陈世金 ，张 坤 ，张兆仁 ，李家明。
ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｓ ｕ ｒ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎｇ ｒ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｃ ａ ｖ ｅ ｒ ｎ
Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ — ｂ ｏ ， ＣＨＥＮ Ｓ ｈ ｉ — ｊ ｉ ｎ ， ＺＨＡＮＧ Ｋｕ ｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｚ ｈ ａ ｏ — ｒ ｅ ｎ ， ＬＩ Ｊ ｉ ａ — ｍｉ ｎ ｇ
ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｃ ａ ｖ ｅ ｒ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｙ ｄ ｅ ｆ ｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｓ ｔ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｂ ｏ ｄ ｉ ｅ ｓ ａ ｓ Ｉ Ｉ Ｉ ～ Ｉ Ｖ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍａ ｓ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ
２ ． Ａｎ ｓ ｈ ａ ｎ Ｉ ｒ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ａｎ ｓ ｈ ａ ｎ １ １ ４ ０ ０ ４，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）

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基于数值模拟分析的软岩巷道锚杆支护技术研究

基于数值模拟分析的软岩巷道锚杆支护技术研究

的整 个 剖面上 是等 值 的 ， 如果 巷道 是 圆形 的剖 面 ， 且 围岩 在水 平与 垂直 向 的受 力都 相 等 ， 则 该 措施 给 出
板 主要 是 以泥岩 为主 ， 但包 括少 量砂 岩 ， 底 板 主要是
以泥岩 为 主 ， 围岩 硬 度 为 ６ ． ５～７ ． ５ ， 煤 层 的硬 度 约
坏 的部 分需 要 进 行 重 新 支 护 Ｊ 。所 以 ， 迫 切需 要
研 究一 种符 合要 求 的巷道 支 护 方 式 ， 以确 保 深 部 软
岩巷道 的支护稳 定 。
之所 以要 做 到巷 道 支 护在 刚度 方 面 的耦 合 ， 是 由于锚 杆作用 在 围岩 上 之 后 ， 与 围岩 结 合 成一 体 来 共 同受力 ， 在共 同受 力 时 ， 锚 杆和 围岩会一 起 出现变 形， 为使 围岩应 力 均匀分 布 、 且 变形 一致 ， 所以， 须做 到支 护体 和 围岩二 者 间 的 刚度 耦 合 ； 如 果 支护 的刚
为２ 。
的数 据是 正确 的 ， 且 利 于实 际作 业 ； 然而在 支护 时遇 到 的巷道 剖面 几乎都 是 圆拱形 、 半 圆拱或 矩形 ， 且 围 岩在 水平 与垂 直 向的受 力是不 相 等的 ， 所以 ， 随着巷
２ 耦合支护机制研究
２ ． １ 支 护技术 概 述
道剖面的位置不同， 支护体承受的围岩作用力也不 同， 也就是在各部分支护体等强的情况下 ， 会引起支
近年 来 ， 我 国煤 矿掘 进巷道 中 ， 软岩 巷道 占１ ／ １ ０ 左右 ， 随着 开采 逐 渐 趋 于复 杂 区域 ， 深 度 日益增 加 ， 预计 在 未 来 数 年 内 ， 这 一 比重 将 会 上 升 至 ２ ／ １ ０左
锚杆参数对围岩稳定性影响的数值分析

锚杆参数对围岩稳定性影响的数值分析


也有同步折减关系，式（5）和（6）是两者折减系数
间换算关系。式（4）中 ω 是强度折减法中安全系数
的定义。强度折减有限元方法的基本原理是将岩体强
度参数黏聚力 c 和内摩擦角 φ 同时除以一个折减系数 ω，得到一组新的 c 和 φ 值，作为新材料参数输入， 进行试算；当计算不收敛时，对应的 ω 为隧道的最大 稳定安全系数。
摘 要：结合强度折减法对隧道开挖过程中围岩稳定性进行模拟分析，研究了随着折减系数的变化，隧道围岩塑性区
的变化情况。对于不同的工况，通过对锚杆参数（锚杆长度、锚杆间距和锚杆直径）的模拟比较，得出锚杆长度对改
善围岩稳定性效果最明显，其次是锚杆间距，最后是锚杆直径。结合后云台山隧道工程实例，分析后云台山隧道开挖
───────
收稿日期：2010–04–20
250
岩土工程学报
2010 年
1 计算基本理论
有限元强度折减法是有限单元法与极限平衡分析
法的结合，不仅可以计算内力、位移、塑性区等，还
可以确定洞室的安全系数和潜在的滑裂面。
边坡稳定极限平衡方法采用 Mohr–Coulomb 屈服 准则，安全系数定义为沿滑动面的抗剪强度与滑动面
锚杆支护参数对隧道围岩稳定性影响主要采用数 值力学分析方法进行研究，因为改变锚杆支护诸参数 中任何一个参数，对隧道围岩稳定性都存在不同程度 的影响，要获得这些参数的最佳值，需要进行大量的 试验。显然，通过实测或相似材料模拟实验很难做到 这一点，相反数值力学分析方法特别适用于分析各种 因素的影响规律。为了分析锚杆支护参数对巷道围岩 稳定性影响规律，建立数值分析模型进行力学分析。
图 3 不同锚杆间距工况下围岩安全系数 Fig. 3 Safety coefficient for different anchor spacing
不同间排距锚杆下围岩巷道蠕变数值模拟及研究

不同间排距锚杆下围岩巷道蠕变数值模拟及研究

不同间排距锚杆下围岩巷道蠕变数值模拟及研究李猛【摘要】本文利用ABAQUS软件，利用更适合模拟岩石材料的D-P准则，模拟巷道在高应力软岩中，不同的间排距锚杆对巷道变形的抑制效果，定量的分析了围岩的蠕变情况，通过与淮南潘一东区8103巷道的实际检测情况进行对比，得出模拟结果是可行有效的，对于巷道治理有一定的参考价值。

%This paper uses Abaqus software, under the more suitable for the simulation of rock material D-P criterion, simulation of different spacing bolt inhibition effect on the de-formation of roadway in high crustal stress, analysis of creep of surrounding rock, through a comparison of the actual detection and Huainan pan beam area 8103 roadway, we find the simula-tion is feasible and effective, have some reference value for the treatment of roadway.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P73-74,77)【关键词】岩石蠕变;高地应力;锚网喷;ABAQUS;D-P准则【作者】李猛【作者单位】安徽理工大学理学院，安徽淮南 232000【正文语种】中文【中图分类】TD263.11 研究背景自20世纪90年代以来，我国煤矿的开采深度以20～30 m/a的速度向深部挺进，大量的超深矿井、千米深井不断涌现。

随着开采深度的加大，地应力的增强，软岩巷道甚至是浅部的硬岩巷道，均表现出变形大、支护难的特点。

地下工程预应力锚杆支护数值模拟分析

地下工程预应力锚杆支护数值模拟分析

地下工程预应力锚杆支护数值模拟分析摘要：现有支护方式、支护构件和协同支护理论为基础，在不考虑原岩应力的条件下，应用FLAC3D模拟软件对锚杆、锚索不同预应力值匹配方案进行模拟支护，获得合理预应力值匹配方案，并进行实地实验，获得良好支护效果。

关键词：协同支护；预应力；数值模拟前言我国煤炭企业支护成本高的主要原因：一是受锚杆预应力低影响，巷道开挖后，无法向巷道围岩提供足够大的及时支护力，围岩失去承载能力，增加锚杆支护密度；二是一味追求高强度、高刚度的支护构件，并未考虑各支护材料之间的协同，加大施工难度和增加支护材料浪费，降低掘进效率，间接增加支护成本。

1 锚杆、锚索预应力协同支护原理1.1 协同支护原理协同支护是基于对各支护构件中各因素考虑，合理匹配各个因素，使得充分发挥各支护材料的性能与作用，所产生的总力量远大于各支护材料的力量总和，充分体现协同支护的优越性与支护本质。

协同支护可分为广义协同支护和狭义协同支护。

而广义协同支护包括围岩、环境与支护体的协同效应、不同支护体的协同效应以及同一支护体支护参数间的协同效应。

1.2 锚杆、锚索预应力协同支护原理锚杆、锚索协同支护被作为协同支护的重要组成部分，由于预应力值对协同支护至关重要，因而将二者的预应力值匹配作为主要变量进行研究。

巷道开挖后，预应力锚杆及时向巷道围岩提供支护力，改变顶板受力状态，抑制锚固区围岩产生离层、滑动和新的裂纹等，使围岩处于受压状态，形成组合梁结构提高围岩抗压和抗剪能力。

2 杆锚索预应力值匹配方案模拟2.1 模拟方案在不考虑原岩应力的条件下，应用有限差分计算软件FLAC3D对锚杆、锚索预应力引起的锚杆、锚索预应力场进行模拟，通过在巷道围岩中形成的压应力值和压应力场范围求得二者合理预应力匹配值。

巷道为矩形，宽×高=3.0m×2.0m，巷道直接顶、基本顶分别为粉砂岩、泥岩，平均厚度分别为3.26、30.85m。

巷道布置在煤层中，沿顶板掘进。