【論文】深部松軟煤層巷道圍巖超前預加固優(yōu)化技術研究(編輯修改稿)
2025-07-21 06:17 本頁面
【文章內容簡介】 圖6 開挖4m后sx應力圖（f=42mm，a=80176。）圖7 打入超前錨桿后sy應力圖（f=42mm，a=80176。）圖8 開挖1m后sy應力圖（f=42mm，a=80176。）圖9 開挖3m后sy應力圖（f=42mm，a=80176。） 圖10 開挖4m后sy應力圖（f=42mm，a=80176。）從圖中可以看出：在超前錨桿布設初期，位于巷道圍巖內部的超前錨桿的桿體部分產生壓應力集中，而在錨桿尾部存在拉應力集中，如圖2和圖7所示。造成這一現象的原因可從兩個方面進行分析：一方面由于錨桿安裝預緊力以及巷道圍巖對錨桿的擠壓等共同作用造成圍巖內部桿體產生壓應力集中；另一方面，巷道開挖后圍巖向巷道空間擴容，導致錨桿尾部產生拉應力集中現象。隨著掘進迎頭向前推進（開挖1～3m），錨桿桿體上的拉應力集中區(qū)逐步擴大，且逐漸由錨桿的尾部向端部轉移；相應地壓應力集中區(qū)逐漸減小，由錨桿的端部向尾部轉移（圖3～圖圖9）。當巷道進尺超過單根超前錨桿在水平方向上的投影長度時，拉應力集中區(qū)主要集中在錨桿的端部，而在錨桿尾部產生壓應力集中。分析其原因，主要是由于錨桿尾部與巷道其它支護體共同作用產生承載能力，阻止巷道圍巖下沉，從而產生壓應力集中；隨著巷道的往前掘進，巷道頂部圍巖產生松動、下移，由此錨桿與孔壁圍巖間的相互作用力逐步向深部（錨桿端部）轉移。當迎頭遠離超前錨桿端部時，相對而言處于巷道頂板深處的錨桿端部與孔壁圍巖間仍存在一定的錨固力。此時的超前錨桿與圍巖間的作用體現在兩個方面：一方面，在鉛垂投影方向上，超前錨桿可以近似地看作為一根長度為Lcosa的端頭錨固錨桿，承擔著對下部松散巖體的懸吊作用；另一方面，在水平投影方向上則可以看作是一根長度為Lsina的簡支梁，梁的兩端分別被固定在深部錨固端和尾部與其它支護體共同作用點，因為頂板圍巖的下沉及錯動，產生下拽力作用，結果導致錨桿端部產生拉應力集中。隨著掘進迎頭繼續(xù)推進（開挖4m），錨桿端部圍巖拉應力集中的范圍逐漸擴大，而整個桿體則出現壓應力集中（圖圖10）。此時超前錨桿主要是承受阻止巷道圍巖下沉錯動而產生的擠壓力。，應力集中程度及范圍基本不再擴展，即該范圍為超前錨桿作用的臨界范圍。由此可見，超前錨桿不僅對其前方巖體起到加固作用，而且隨著迎頭繼續(xù)推進到甚至越過桿體時，錨桿仍能起到加固圍巖的作用。（2）模擬方案二在模擬方案一的基礎上，改變錨桿布設角a，以探討錨桿布設角a與超前支護間的定性關系。圖11～14分別為方案二中巷道處于不同開挖階段時模擬所得單根超前錨桿桿體及其作用區(qū)域圍巖在Y方向上的應力分布圖。圖11 打入超前錨桿后sy應力圖（f=42mm，a=70176。） 圖12 開挖1m后sy應力圖（f=42mm，a=70176。）圖13 開挖2m后sy應力圖（f=42mm，a=70176。） 圖14 開挖3m后sy應力圖（f=42mm，a=70176。）從圖中可以看出，在“錨桿的初始安裝—巷道迎頭不斷向前推進—迎頭超過錨桿安設點2倍以上長度”的整個過程中，錨桿桿體的受力及其周邊圍巖的應力變化規(guī)律與方案一基本一致。比較方案二與方案一中Y方向應力分布情況時可以看出，方案二中超前錨桿桿體上及其周邊圍巖的應力疊加程度和作用范圍比方案一大，即減小錨桿布設角有利于更好地發(fā)揮超前錨桿的預支護加固作用和對掘進面前方破碎巖體穩(wěn)定性的控制。（3）模擬方案三在方案一和方案二模擬結果的基礎上，選用相對利于前方巖體控制的錨桿布設角（a=70176
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