软岩巷道高预紧力大变形锚杆支护技术研究

摘要

为实现软岩巷道高效高产、安全可持续开采，解决软岩巷道大变形、返修率高、支护成本高等问题，本文以金阳煤矿为研究依托，深入研究了该矿区的工程地质条件，通过围岩钻孔探测等探测手段对软岩进行系统分析，研发了适用于软岩巷道的高预紧力大变形锚杆，有效的控制了围岩的变形。通过本文的相关研究以及新产品的研发，对高预紧力大变形锚杆支护技术在软岩巷道中的应用具有重要的指导和实践意义。主要的研究成果如下:
　　(1)确定了金阳煤矿软岩巷道最大松动破坏范围在2.6m，平均可以达到2.1m左右。并通过数值模拟计算，得出适合于金阳煤矿地质条件合适的间排距为900×900mm，锚杆预紧力为120kN。
　　(2)研发了高预紧力大变形锚杆，本产品可以提供不低于100kN不高于让压点的高预紧力，让压点180～240kN，变形量一般150～1000mm，锚杆的破断力可以达到350kN左右，并且在变形的过程当中能保持较高的恒定或渐增的支护阻力。
　　(3)对高预紧力大变形锚杆进行了基于FLAC3D的数值模拟，进行了二次开发，建立了锚杆杆体轴向拉伸力学模型，并对锚杆拉伸过程进行数值试验，高精度模拟了大变形锚杆的轴向拉伸力学行为。
　　(4)以金阳煤矿为研究依托，提出了相对应的设计方案，并通过数值计算对比分析设计方案与原支护方案，同时通过现场监测发现，在软岩巷道中应用高预紧力大变形锚杆可以有效的控制巷道围岩变形，验证了高预紧力大变形锚杆的使用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 软岩巷道支护研究现状

1．2．1 巷道支护理论研究现状

1．2．2 预紧力锚杆的研究现状

1．2．3 大变形锚杆的研究现状

1．3 现阶段存在问题

1．4 主要研究内容

第二章 软岩巷道现场探测及支护参数分析

2．1 工程概况

2．1．1 矿井概况

2．1．2 项目概述

2．2 围岩变形破坏现场探测

2．2．1 围岩力学参数测试

2．2．2 钻孔探测

2．2．3 巷道围岩变形与支护构件受力监测

2．3 不同锚固参数下围岩变形破坏及控制效果数值对比试验

2．3．1 数值对比试验方案规划

2．3．2 计算结果对比分析

2．4 本章小结

第三章 高预紧力大变形锚杆研发

3．1 高预紧力大变形锚杆现状

3．2 高预紧力大变形锚杆工作性能及特点

3．2．1 高预紧力大变形锚杆结构组成

3．2．2 工作性能

3．2．3 特点

3．2．4 高预紧力大变形锚杆不同阶段支护机理

3．3 高预紧力锚杆力学特性

3．3．1 力学特性实验

3．3．2 锚杆杆体轴向拉伸力学模型

3．4 基于FLAC3D平台的高预紧力大变形锚杆的数值模拟实现

3．4．1 CABLE单元基本组成

3．4．2 CABLE单元杆体力学模型

3．4．3 高预紧力大变形锚杆数值模拟实现方法

3．4．4 程序实现

3．4．5 效果验证—锚杆自由段拉伸试验

3．5 本章小结

第四章 高预紧力大变形锚杆现场试验研究

4．1 现场试验段概述

4．2 支护方案设计

4．2．1 支护参数设计

4．2．2 支护效果数值模拟验证

4．3 现场监测结果分析

4．3．1 锚杆受力监测结果

4．3．2 巷道表面收敛监测结果

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

参与的科研项目

发表的论文

申请的专利