锚杆参数对围岩支护强度的影响

王帆

摘要：锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，充分利用围岩自身的承载能力来增加巷道的稳定性。随着技术的发展，锚杆在矿山工程中的应用越来越广泛，锚杆的形式的多样性也得到了很大的提高。本文通过flac3d数值模拟软件，通过模拟在相同条件下不同参数的锚杆对巷道围岩的支护强度变化的情况，对以后巷道选择锚杆的参数有一定的指导意义。

关键字：锚杆；数值模拟；围岩受力

1.锚杆

1.1锚杆的组成

1912年，德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护以其结构简单，施工方便、成本低和对工程适应性强等特点，在土木工程（包括采矿工程）中得到了广泛应用。

组成锚杆必须具备几个因素：

（1）一个抗拉强度高于岩土体。

（2）杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦（或粘结）阻力。

（3）杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力。

1.2锚杆的作用原理

锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。

2.工程实例

以淮南潘二矿井为例，本文选用的巷道尺寸为矩形5000×4000mm，由于围岩的岩性较为软弱，本模拟将通过对直径18mm、22mm、24mm，长度1800mm、2000mm、2500mm，屈服强度240MPa、400MPa的不同锚杆进行实验，从而得出不同参数锚杆的：①锚杆轴力—位移曲线；②巷道围岩位移场；③巷道围岩垂直应力场，从而得出不同参数锚杆对围岩的控制效果。

3.数值模拟

3.1锚杆轴力—位移曲线

3.2锚杆支护巷道围岩位移场

4.实验数据分析：

（1）锚杆轴力-位移曲线

锚杆横截面积一定的情况下，锚杆平均轴力，位移随着锚杆的长度增加而减小。

锚杆长度一定的情况下，锚杆平均轴力，位移随着锚杆横截面积的增加而增大。

（2）巷道围岩位移场

锚杆横截面积一定的情况下，位移随着锚杆的长度增加而减小。

锚杆长度一定的情况下，位移随着锚杆横截面积的增加而减小。

（3）巷道围岩位应力场

锚杆横截面积一定的情况下，高应力区间随着锚杆的长度增加而减小。

锚杆长度一定的情况下，高应力区间随着锚杆横截面积的增加而减小。

5.结论

锚杆的作用是通过围岩与锚杆的共同作用来控制围岩的变形，选择合理的锚杆参数设计对围岩的稳定性起着至關重要的作用。锚杆的长度和直径要根据现场围岩参数来确定，防止锚杆参数选取过大或过小，使其在安全的前提下能够有效的保证巷道的稳定性。