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一、重要概念1矿山压力、2 矿山压力显现、3矿山压力控制、4原岩应力、5支承压力、6老顶、7直接顶、8直接顶初次垮落、9顶板下沉量、10老顶初次来压、11周期来压、12关键层、13开采沉陷、14充分采动与非充分采动、15岩层移动角、16岩层变形、17沿空留巷、18沿空掘巷、19锚固力、 20软岩、 21顶板大面积来压、22浅埋煤层、23放顶煤开采。
二、简答与分析论述1. 简述原岩应力场的概念及主要组成部分。
2. 原岩应力分布的基本特点3. 支承压力与矿山压力的区别？4. 煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义？5. 简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？6. 分析采场上覆岩层结构失稳条件7. 分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系。
8. 试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响。
9. 老顶破时在岩体内将引起什么性质的挠动，其特点是什么？有何实用意义？10. 简述回采工作面周围支承压力分布规律。
11.是否矿山压力大矿山压力显现也必然强烈，试举例说明。
12. 简述我国缓倾斜煤层工作面顶板分类方案。
13. 支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围。
14. 简述采场支架与围岩关系特点。
15. 分析采场支架工作阻力与顶板下沉量“P-△L”曲线关系16. 试分析综采面支护质量监测对于改善工作面支架—围岩关系，确保工作面高产高效的作用。
17. 简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区。
18. 简述绿色开采技术体系，关键层的作用。
19. 简述控制岩层移动的技术。
20. 为什么说锚注支护是软岩巷道支护的新途径？21. 采区平巷在其服务期内沿走向的矿压规律有哪些？采动影响带的前影响区和后影响区内矿压显现时间和机理有何不同？22. 沿空留巷矿压显现基本特征？与沿空掘巷矿压显现的主要区别？23. 跨巷回采卸压的基本原理？24. 画出巷道支架与围岩相互作用关系示意图，并分析支架与围岩的相互作用原理。
岩土锚固理论研究现状【关键词】岩土锚固；理论研究；a锚固机理0.引言岩土锚固是岩土工程领域的重要分支，其本质是充分利用较大刚度和强度材料的力学特性来加强或加固软弱破碎的岩体和土体，与此同时发挥岩土体的自稳能力，最终使工程结构物达到稳定[1]。
由于锚固技术可以有效地提高岩土体自身的强度及自稳能力，节省工程费用并有利于施工安全，因此岩土锚固在水利、交通、能源以及城市基础建设中获得了广泛的应用[1～3]。
1.岩土锚固理论研究现状1.1荷载传递机理研究岩土锚固技术在工程中已经得到了广泛的应用。
然而由于岩土锚固工程的复杂性，岩土锚固机理的研究和设计理论远远落后于工程实践。
目前分析锚杆承载能力时通常认为锚固破坏主要包括以下3种方式：①锚杆筋体的抗拉破坏；②注浆体与筋体间剪切破坏；③地层与注浆体间剪切破坏。
一般情况下，筋体自身的抗拉能力能得到保证。
在荷载传递机理方面，国内外理论研究相应地主要围绕以下两个方面展开：a、注浆体与筋体间力的传递机理和应力分布状态。
b、注浆体与围岩土体间粘结力的传递机理和应力分布状态。
注浆体和锚杆间的粘结力包括三个因素：粘着力、机械联结力和摩擦力。
大量试验表明，随着对锚杆施加荷载的增加，杆体和注浆体间的应力峰值会发生转移，而且在整个锚固段上应力分布很不均匀。
锚杆和注浆体以及注浆体和岩土体组成了两个双材料模型，双材料之间的性质互相牵制、互相影响都是通过材料的界面来完成，因此界面及界面端部的应力状况会变得非常复杂。
从双材料平面问题分析界面应力传递的方法有很多，剪滞应力分析法依据较为精确的弹性力学理论，可以给出界面精确的应力分布规律，但不能得到界面端部正确的应力分布状况；奇异积分方程以及特征值法可以将界面端部应力集中的特征反映出来，但对于全场分析显得力不从心；近年发展起来的数值方法可以直接得到应力场的数值分析结果，但对于分布规律的解释没有解析法有效[4]。
总的来说，界面端部应力场具有奇异性，在界面端部使用通常意义上的最大剪应力强度破坏准则不能达到理想的效果，断裂力学中表征奇异应力场强度的的应力强度因子才是非常有效的工具。
锚杆支护一、锚杆支护的原理锚杆支护就是以维护和利用围岩的自承能力为基点，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。
通过锚入围岩内部的杆体，改变巷道围岩的本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的承载环，和围岩共同作用，达到维护巷道的目的。
这一支护形式与传统的棚式支护相比属于主动积极加固巷道围岩的支护形式。
二、锚杆在支护中的作用1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
2、锚杆的组合梁理论在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆长度以内的薄层岩石锚成岩石组合梁，从而提高其承载力。
利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
3、锚杆锲固作用锚杆的悬吊作用锚杆的组合作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
44、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
煤矿开采中的地应力特点及其应用摘要：地应力会给岩土工程产生很大的影响，主要是造成其变形、破坏等，所以进行围岩力学分析就是为了掌握岩土工程设计特点，为开发顺利的进行奠定基础。
分析了解煤矿开采地应力特点和应用，目的就是让煤矿开采安全性和岩土工程质量得到提升。
本文对于煤矿开采地应力特点和应用，目的就是保证安全性和岩土工程质量。
关键词：煤矿开采；地应力特点；岩土工程我们都知道，地球时刻保持着自转与公转，在地球运动的过程中，会产生天然的应力，潜藏在地层结构内部，能量较大，给工程产生较大的破坏力。
原岩应力是潜藏在没有给工程产生干扰的天然应力，在人们下井开挖巷道围岩内，这就会产生新的应力，即次生应力。
煤矿开采环节，巷道掘进作业施工，工作面回采是重要的工作之一，与其他地下采矿是相同的，所以进行地应力研究有着极为重要的作用。
1地应力概述地应力是在底层内没有受到工程扰动的天然应力，也可以叫做是岩体的绝对应力与初始应力。
地应力的产生原因有很多，比如地球内部应力、不同板块之间的受压、地心引力等，其主要组合成了应力场、重力场等。
如果在地下空间进行巷道开挖施工，会给巷道周边的原始应力以及所在位置形成不同程度的影响，所以巷道周围会有新的应力产生，这就是次生地应力。
煤矿开采作业阶段，巷道围岩容易受到原始应力和次生应力的联合作用，所以要加强这一方面的分析。
1.1原岩应力原岩应力一般也可以被叫做绝对应力、初始应力，所以在煤矿开采作业前，就已经在岩体中存在，这一应力形成的原因包含地壳构造运动、自重、地质结构应力等方面。
1.2次生应力煤矿开采工作进行中，会让应力发生改变，达到新的平衡性状态，在之前岩体内部地应力是平衡性的状态，在煤矿开采进行中，原岩应力场会有不同程度的影响，这样就会形成次生应力。
开采活动不同，原油应力场产生的影响也是不同的。
开采环节所导致的次生应力会超过原岩应力，也可能会出现比原岩应力小的情况，对于煤矿开采工作来说，开采活动包含工作面回采与巷道掘进。
矿山压力：地下岩体在受到开挖以前，原岩应力处于平衡状态。
开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原始的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。
这种由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，在相关学科中也称为二次应力或工程扰动力。
矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。
这些由于矿山压力作用使巷道周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法叫矿山压力控制。
（1）岩石：岩石是组成地壳的基本物质，有各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成。
为于自然状态下的岩体有所区别，多数岩石力学文献中，岩石是从岩体中取出的、尺寸不大的块状物质，有时又称为岩块。
原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。
支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
回采工作面（采场）：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称采场。
顶板（上覆岩层）：赋存在岩层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层。
底板：位于煤层下方的岩层称为底板。
老顶：通常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
一般是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。
（65）直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落,回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大,当达到其极限垮距时开始垮落。
直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
（70）顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。
组合岩层端锚锚杆预应力场分布规律模拟研究周逸群1，2，林健1，2，王正胜1，2，杨建威1，2（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013；2.煤炭科学研究总院开采研究分院，北京100013）［摘要］在不考虑原岩应力的条件下，通过有限差分数值模拟软件FLAC3D，对软硬岩层不同
组合条件下锚杆预应力场分布规律进行数值模拟研究。结果表明，在软岩和硬岩中，较高的连续压应力分布范围基本一致，但锚杆产生的压应力由软岩层向硬岩层方向传递的效果要明显优于压应力由硬岩向软岩传递的效果。现场支护中，可通过施加高预紧力来扩大锚杆支护有效压应力区范围；同时可调整锚固段或锚杆长度，使结构面位于压应力较高的有利位置，避免锚杆因水平应力的影响出现剪断或离层现象。［关键词］组合岩层；预应力场；分布规律；端部锚固
［中图分类号］TD322［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2017）06-0046-04StudyonPrestressFieldDistributionLawofEndAnchoringＲockBoltinCombinationＲockZHOUYi-qun1，2，LINJian1，2，WANGZheng-sheng1，2，YANGJian-wei1，2（1.CoalMining＆DesigningDepartment，TiandiScience＆TechnologyCo.，Ltd.，Beijing100013，China；2.MiningInstitute，ChinaCoalＲesearchInstitute，Beijing100013，China）Abstract：Ｒockboltprestressfielddistributionlawindifferentcombinationsituationsoftandhardwerestudiedwithnumericalsimula-tionbyFLAC3DwithoutregardtoIn-situstress.Theresultsshowedthat，insoftandhardrock，thecontinuoushighercompressive
stressscopewasalmostsimilar，butthetransitiveeffectthatfromsoftrocktohardrockwasmoreprecededthanfromhardrocktosoftrock，buttheeffectivelycompressivestressscopeofrockboltsupportingcouldbeimprovedbyappliedlargeprestressinfield，andan-choringlengthandrockboltlengthcouldbeadjustedatthesametime，structuralfacelocatedatsomefavorablepositionwherecom-pressivestresswashigh，shearingfailureandseparationcouldbeavoidedashorizontalstress.Keywords：combinationrock；prestressfield；distributionlaw；endanchoring
［收稿日期］2017－07－21［DOI］10.13532/j.cnki.cn11－3677/td.2017.06.011［基金项目］国家自然科学基金联合基金项目（U1261211）［作者简介］周逸群（1993－），男，山东济宁人，硕士研究生，主要从事巷道掘进与支护的研究工作。［引用格式］周逸群，林健，王正胜，等.组合岩层端锚锚杆预应力场分布规律模拟研究［J］．煤矿开采，2017，22（6）：46－49，33.
支护应力场是指支护在围岩中形成的应力场与支护体内部产生的应力场［1］。锚杆支护预应力场是通过对锚杆施加预紧力而在围岩中产生的应力场，其核心是预应力在锚固围岩体内的扩散范围与分布规律。研究锚杆支护预应力场是弄清围岩体与锚杆相互作用的基础，对进一步深化煤巷锚杆支护机理［2］，实现煤矿巷道锚杆支护较准确设计，满足生产和安全要求具有重要意义。锚杆支护预应力场的分布与锚杆施加的预紧力、锚杆杆体参数、支护密度、支护时机、安装角度、锚固方式、组合构件等有关。针对上述各因素，学者们通过数值模拟和相似模拟试验做了大量研究［3－5］。此外，锚杆支护预应力场除与锚杆相关参数有关，还与被锚固围岩的力学参数和结构有关。其中力学参数包括抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等；结构包括围岩中的结构面、节理裂隙等。煤炭开采地层多数为沉积岩，在沿顶煤掘进时其顶板多为层状顶板，由软硬不同岩层及结构面组合而成［6］。锚杆锚固围岩的过程中，存在杆体穿
过两层或多层不同组合岩层的情况。当前关于锚杆支护预应力场的研究，其锚固围岩主要为单一种类岩层。关于组合岩层支护应力场的研究，主要集中在分析围岩支护前后整体的受力情况，突出锚杆支护的加固作用，未详细分析锚杆支护预应力场在不同岩层组合条件下的分布范围和软硬交界面的传递规律。本文拟在已有的锚杆支护预应力场的研究基础上，通过有限差分数值模拟软件FLAC3D，对软
硬不同条件下组合岩层锚杆端部锚固支护预应力场分布规律进行数值模拟研究，探究锚杆支护预应力场在不同岩层组合条件下的分布范围和软硬交界面的传递规律。
1数值模拟
为了研究锚杆支护预应力场在软硬不同条件下岩层中的分布规律，在不考虑原岩应力的条件下对
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第22卷第6期（总第139期）2017年12月
煤矿开采COALMININGTECHNOLOGYVol.22No.6（SeriesNo.139）December2017
中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net组合岩层锚杆支护端部锚固支护应力场进行数值模拟。1.1数值模拟模型建立
围岩本构模型采用莫尔－库伦模型，用FLAC3D内置桩（pile）单元模拟锚杆，pile单元同时具备
梁（beam）单元和锚索（cable）单元的作用，特别适用于模拟法向和轴向都有摩擦作用的支护构件［7］。在现场组合岩层中，水平应力是很重要的
一个因素［8－10］，使用桩单元既可以对零应力条件下
锚杆轴向的预应力进行模拟，同时可用于进一步研究实际受力状态下的围岩应力。模拟过程中，在打设锚杆位置创建2个pile单元，将锚杆尾部pile单
元与周围网格建立刚性连接即可模拟锚杆托盘的作用［11－12］。建立3m×2m×2m（长
×宽×
高）的长方体
模型，在其一端中部打设直径22mm，长度2.4m，锚固长度600mm的锚杆，模拟其支护预应力场的分布规律。根据不同的组合形式，提出6种方案，具体组合方式见表1。表1组合岩层模拟模型岩层层数组合方式与锚杆穿层方向一层软岩一层硬岩两层软岩—硬岩两层硬岩—软岩三层软岩—硬岩—软岩三层硬岩—软岩—硬岩
1.2数值模拟相关参数
煤矿组合岩层由软硬不同岩层及交界面组合而成。其软硬差异主要表现为强度与弹性模量的差异。在煤矿井下顶板岩层中，常见的软岩层主要有煤、泥岩、泥质粉砂岩、泥质细砂岩、页岩等，单
轴抗压强度通常在25MPa以下，且随时间推移，岩石出现软化与风化，导致强度明显降低。常见的硬岩层如石灰岩、砂岩、粉砂岩、硅质砾岩、钙质砾岩等，其单轴抗压强度通常在30MPa以上甚至更高［13－15］。根据井下常见情况选取组合岩层参数
见表2。选取锚杆相关物理力学参数要保证锚杆支护系统可靠，其中杆体模拟煤矿常用的左旋无纵肋500号高强螺纹钢锚杆。锚杆杆体屈服强度500MPa，可以很好地保证锚杆在施加预紧力时杆体处于弹性变形阶段。对于树脂锚固剂的物理力学参数选取，要使树脂锚固剂固化后有较高的黏结力，保证锚杆有足够的锚固力；同时要使锚固剂固化后有较高的变形模量，使锚杆锚固段有较高的刚度［16］。参考
树脂锚固剂力学性能要求选取锚固界面剪切强度
35MPa，树脂锚固剂弹性模量16GPa。
锚杆支护模
拟参数具体见表3。表2组合岩层围岩力学参数组合岩层软岩硬岩软硬交界面体积模量/GPa39—剪切模量/GPa13—摩擦角/（°）3030—黏聚力/MPa33—抗拉强度/MPa240.1法向刚度/（GPa·m－1
）——1
切向刚度/（GPa·m－1
）——1
剪胀角/（°）——6
表3锚杆相关物理力学参数锚杆相关参数参数数值杆体直径/mm22杆体弹性模量/GPa200杆体屈服强度/MPa500预紧力/kN120钻孔直径/mm30锚固长度/mm600树脂锚固剂弹性模量/GPa16锚固界面剪切强度/MPa35树脂锚固剂泊松比0.4
1.3数值模拟结果分析
通过对模型进行数值模拟，并沿打设锚杆方向进行切片，得到软硬不同条件下锚杆支护应力场云图，锚杆托板位置位于云图下端。1.3.1单一岩层锚杆支护预应力场分布规律
单一岩层锚杆支护预应力场如图1所示。从图中可以看出，无论软岩还是硬岩，其支护应力分布规律基本一致。由于锚杆预紧力的施加，在围岩中形成了连续的压应力分布区。在锚杆施加预紧力的过程中，其杆体所受拉力作用在锚杆上端锚固段位置，使锚固段周围围岩受到拉力作用，形成一个拉应力集中区（III区）。锚杆上端锚固段及附近围岩作为一个整体向其下方围岩传递压力，在托板上方出现一个压应力集中区（I区）、在锚固段下方的锚杆自由段附近出现一个压应力集中区（II区），
整体呈现“两压一拉”的应力集中区格局。对比单一软岩层与单一硬岩层的应力场分布范围，软岩中低于0.05MPa的压应力分布范围稍大于硬岩。二者高于0.05MPa的压应力分布范围基本一致。对比二者应力集中区的数值，软岩在压应力集中区的最大值高于硬岩。以托板压应力集中区为例：软岩层在其应力中心0.1m范围内出现了0.45～0.5MPa的压应力，而在硬岩中其压应力中心
0.1m范围压应力为0.3MPa。74
周逸群等：组合岩层端锚锚杆预应力场分布规律模拟研究2017年第6期中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net
