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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于全长锚固下的软岩巷道围岩承载结构力学响应解析
  • 96
  • 作者

    王想君李英明赵光明孟祥瑞王艺程详

  • 单位

    安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽理工大学矿业工程学院安徽理工大学采矿工程博士后流动站

  • 摘要
    为研究高应力软岩巷道围岩在全长锚杆锚固后围岩力学承载结构的稳定性,本文考虑软岩峰后强度软化时的扩容特性和全长锚固锚杆受力边界条件,建立了全长锚固锚杆力学模型,推导得到锚杆受力解析式。并通过将锚固力等效为体积力的形式建立了全长锚固围岩力学模型,将其由浅及深依次划分为锚固残余区、锚固塑性软化区、非锚固塑性软化区及弹性区,推导了各分区的应力表达式。结合工程算例分析了空间效应、扩容系数、锚杆长度和托盘反力等因素对围岩应力和锚杆受力的影响规律。结果表明:受空间效应影响,巷道变形破坏呈现渐进式发育,借此提出了“锚固调控区”的概念,即在全长锚固锚杆支护过程中,围岩的虚拟支护力和锚固力处于此消彼长的状态,从而抑制围岩应力向深部转移,有效减小了塑性区范围。锚杆安装时机越早,作用于杆体的围岩变形越大,且与围岩之间更易形成共同承载体;锚杆轴力与扩容系数呈正比关系,随着扩容系数增大,锚固力增长速率显著加快,保证了锚杆对围岩径向应力的恢复作用;锚杆长度越大,围岩/锚固剂界面粘结范围越广,使得沿杆体的轴力分布及其峰值明显增大,进而使围岩切向应力峰值区向洞壁方向偏移;全长锚固锚杆托盘反力对残余区和塑性区边界的影响较小,其作用主要体现在改善锚杆受力情况,充分发挥锚杆锚固作用及护表能力。
  • 关键词

    高应力软岩巷道全长锚固围岩应力锚杆轴力耦合作用

  • 文章目录
    0 引言
    1 巷道全长锚固围岩力学模型
    1.1 力学模型与基本假设
    1.2 全长锚固锚杆受力分析
    1.3 全长锚固锚杆支护围岩的体积力模型
    2 巷道围岩弹塑性分析
    2.1 围岩力学模型
    2.2 巷道开挖面空间效应理论计算
    2.3 围岩应力分析
    2.3.1 弹性区
    2.3.2 塑性软化区
    2.3.3 残余区
    3 算例分析
    3.1 围岩承载结构力学分析
    3.2 全长锚固围岩承载结构力学特性研究
    3.2.1 空间效应对围岩应力和锚杆受力的影响
    3.2.2 扩容特性对围岩应力和锚杆受力的影响
    3.2.3 锚杆长度对围岩应力和锚杆受力的影响
    3.2.4 托盘反力对围岩应力和锚杆受力的影响
    4 结 论
  • 引用格式
    王想君,李英明,赵光明,孟祥瑞,王艺,程详.基于全长锚固下的软岩巷道围岩承载结构力学响应解析[J/OL].煤炭科学技术:1-12[2023-06-29].DOI:10.13199/j.cnki.cst.2022-1863.
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