在巷道開挖技術(shù)日益成熟的今天,淺層煤炭資源基本已消耗殆盡,相關(guān)資料表明,已存淺層煤礦的儲量已經(jīng)遠遠不能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的需求,伴隨著巷道開挖深度的增加,巖石松散破碎程度及巖層性質(zhì)也開始慢慢的變差,開挖難度與日俱增,因此深層煤炭資源開采技術(shù)的革新已經(jīng)成為亟待解決的關(guān)鍵性問題,目前主流的巷道支護技術(shù)以錨索錨桿聯(lián)合支護為主,錨桿支護作為一種良好的主動支護形式,對巷道支護的效果影響很大,鑒于巷道開挖處巖層性質(zhì)的不同,因此在錨桿支護合理參數(shù)的選擇上也要進行綜合的分析考量,大量的實踐經(jīng)驗表明,錨桿參數(shù)選擇是否合理將直接影響到巷道圍巖的穩(wěn)定性,但目前巷道支護中錨桿的布置形式主要基于現(xiàn)場實際和圍巖分類的經(jīng)驗分析法,錨桿支護的優(yōu)勢沒有很好的表現(xiàn)出來,因此研究錨桿支護的各類參數(shù),選擇合適的錨桿預(yù)緊力,長度,間距也變得極具意義,對現(xiàn)實生產(chǎn)生活中巷道的安全和經(jīng)濟性也極具參考價值。本文采用數(shù)值模擬的方式,巷道埋深800m,圍巖巖性泥巖,使用ss本構(gòu)模型,巷道斷面為直墻半圓拱,半圓拱半徑為2.6m,直墻高度為1.6m,對錨桿不同參數(shù)(預(yù)緊力,長度,間距)進行選擇,并通過實驗室測得巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù),建立FLAC 3D模型,觀察不同錨桿布置情況下,巷道幫部位置的位移量和附加應(yīng)力值的大小,并使用TECPLOT軟件對研究斷面進行切片選擇,并進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理,將切片處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入ORIGN軟件繪制圖表,清晰明了的反應(yīng)出位移及附加應(yīng)力的變化情況。錨桿支護能夠在一定程度上制約巷道的變形,保證圍巖的穩(wěn)定,減少巷道周邊巖石的碎脹破碎程度,改善受力狀況,減小巖石在巷道各方向上的位移,在泥巖條件下,附加應(yīng)力值的大小與錨桿的預(yù)緊力,長度和間距聯(lián)系緊密,本文從錨桿間距1.5m出發(fā),研究幫部一根錨桿時附加應(yīng)力值隨錨桿預(yù)緊力的變化情況,以往研究表明水平附加應(yīng)力壓縮拱形成的必要條件為0.07Mpa,豎直附加應(yīng)力壓縮拱形成的必要條件為0Mpa,發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)緊力0KN,40KN,80KN,100KN,120KN的增加,附加應(yīng)力值的峰值在逐漸增大,水平附加應(yīng)力壓縮拱的厚度也在增加,在研究附加應(yīng)力值隨錨桿長度1.0m,1.5m,2.0m,2.2m,2.5m,2.8m的變化過程中時,發(fā)現(xiàn)附加應(yīng)力峰值的大小隨錨桿長度的增加呈正相關(guān),壓縮拱的厚度也隨之變大,在分析完錨桿預(yù)緊力和錨桿長度對附加應(yīng)力的影響后,為了減小計算的工作量,在研究錨桿間距對附加應(yīng)力的影響程度時,選定最優(yōu)參數(shù)錨桿預(yù)緊力120KN,錨桿長度2.8m,探究錨桿間距對附加應(yīng)力的影響,根據(jù)成拱條件可知,當(dāng)錨桿間距小于0.4m時,能形成以錨桿為中軸線形式的三角形附加應(yīng)力壓縮拱,且相互疊加,有利于巷道的穩(wěn)定。在考慮附加應(yīng)力的同時,從位移角度出發(fā),以最不利支護條件,即錨桿長度1.5m,間距1.0m為初始條件,采用逐漸逼近的方法,探究不同變量對位移的影響情況,通過預(yù)緊力0KN,40KN,60KN,80KN,100KN,120KN的相互比選,觀察位移變化情況,確定預(yù)緊力100KN為最優(yōu)條件,在已經(jīng)確定錨桿預(yù)緊力100KN,間距1.0m時,通過改變錨桿長度1.5m,2.0m,2.2m,2.5m,2.8m。得到最符合工程要求的錨桿長度2.5m,由此進一步推導(dǎo)間距的影響,從錨桿間距0.6m,0.8m,1.0m,得到當(dāng)錨桿間距0.6m時,支護效果最好,最終得到在軟巖中最優(yōu)的支護方式,錨桿預(yù)緊力100KN,錨桿長度2.5m,間距0.6m,在錨桿最優(yōu)參數(shù)比選時也要適當(dāng)考慮經(jīng)濟性原則,同時在各個參數(shù)相互比選的過程中觀察圍巖塑性圈的變化情況,發(fā)現(xiàn)在選擇參數(shù)過程中,圍巖塑性圈在不斷減小,也能相互驗證,判斷支護效果在不斷增強。
【學(xué)位單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TD353.6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外巷道圍巖支護及控制理論研究現(xiàn)狀
        1.2.1 巷道圍巖承載機理研究
        1.2.2 巷道支護理論的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容和研究方法
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究方法
    1.4 技術(shù)路線圖
第二章 工程概況及工程實測
    2.1 工程概況
    2.2 應(yīng)變軟化模型
    2.3 巷道圍巖松動破碎變形實驗觀測
    2.4 預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護圍巖松動破碎變形現(xiàn)場觀測
    2.5 巷道圍巖力學(xué)參數(shù)測定
        2.5.1 巷道圍巖力學(xué)參數(shù)現(xiàn)場實測
第三章 深部巷道圍巖變形破壞特征和錨桿支護機理
    3.1 巷道圍巖變形破壞特征
    3.2 巷道錨桿支護的作用
    3.3 不同部位錨桿的作用機理
        3.3.1 頂板錨桿作用機理
        3.3.2 幫錨桿作用機理
    3.4 錨桿支護構(gòu)件的作用和受力特征
    本章小節(jié)
第四章 FLAC3D數(shù)值模型建立
    4.1 數(shù)值模擬軟件簡介
        4.1.1 FLAC3D軟件介紹
        4.1.2 邊界條件
    4.2 數(shù)值模型的建立
        4.2.1 數(shù)值模型建立原則
        4.2.2 模型的基本建立過程
        4.2.3 數(shù)值模型計算基本程序
    4.3 基于位移場和附加應(yīng)力場的圍巖穩(wěn)定性分析方法
        4.3.1 幫部圍巖位移量的分析
        4.3.2 幫部圍巖附加應(yīng)力場的分析
第五章 數(shù)值計算與結(jié)果分析
    5.1 附加應(yīng)力壓縮拱形成條件
    5.2 不同預(yù)緊力錨桿附加應(yīng)力分析
        5.2.1 1.0 m錨桿不同預(yù)緊力附加應(yīng)力分析
        5.2.2 1.5 m錨桿不同預(yù)緊力附加應(yīng)力分析
        5.2.3 2.0 m錨桿不同預(yù)緊力附加應(yīng)力分析
        5.2.4 2.2 m錨桿不同預(yù)緊力附加應(yīng)力分析
        5.2.5 2.5 m錨桿不同預(yù)緊力附加應(yīng)力分析
        5.2.6 2.8 m錨桿不同預(yù)緊力附加應(yīng)力分析
        本節(jié)小結(jié)
    5.3 不同長度錨桿附加應(yīng)力分析
        5.3.1 預(yù)緊力0KN不同長度錨桿附加應(yīng)力分析
        5.3.2 預(yù)緊力40KN不同長度錨桿附加應(yīng)力分析
        5.3.3 預(yù)緊力80KN不同長度錨桿附加應(yīng)力分析
        5.3.4 預(yù)緊力100KN不同長度錨桿附加應(yīng)力分析
        5.3.5 預(yù)緊力120KN不同長度錨桿附加應(yīng)力分析
    5.4 不同間距錨桿附加應(yīng)力分析
    5.5 圍巖位移量變形分析
        5.5.1 合理數(shù)值計算模型
        5.5.2 不同錨桿預(yù)緊力圍巖位移量分析
        5.5.3 不同錨桿長度圍巖位移量分析
        5.5.4 不同錨桿間距圍巖位移量分析
    5.6 圍巖塑性圈分析
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果

【參考文獻】

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本文編號：2867273