錨桿參數對圍巖支護強度的影響

王帆

摘要：錨桿是當代煤礦當中巷道支護的最基本的組成部分，他將巷道的圍巖加固在一起，充分利用圍巖自身的承載能力來增加巷道的穩定性。隨著技術的發展，錨桿在礦山工程中的應用越來越廣泛，錨桿的形式的多樣性也得到了很大的提高。本文通過flac3d數值模擬軟件，通過模擬在相同條件下不同參數的錨桿對巷道圍巖的支護強度變化的情況，對以后巷道選擇錨桿的參數有一定的指導意義。

關鍵字：錨桿；數值模擬；圍巖受力

1.錨桿

1.1錨桿的組成

1912年，德國謝列茲礦最先采用錨桿支護井下巷道以來，錨桿支護以其結構簡單，施工方便、成本低和對工程適應性強等特點，在土木工程（包括采礦工程）中得到了廣泛應用。

組成錨桿必須具備幾個因素：

（1）一個抗拉強度高于巖土體。

（2）桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結）阻力。

（3）桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力。

1.2錨桿的作用原理

錨桿作為深入地層的受拉構件，它一端與工程構筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區域，其功能是對錨桿施加預應力；錨固段是指水泥漿體將預應力筋與土層粘結的區域，其功能是將錨固體與土層的粘結摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。

2.工程實例

以淮南潘二礦井為例，本文選用的巷道尺寸為矩形5000×4000mm，由于圍巖的巖性較為軟弱，本模擬將通過對直徑18mm、22mm、24mm，長度1800mm、2000mm、2500mm，屈服強度240MPa、400MPa的不同錨桿進行實驗，從而得出不同參數錨桿的：①錨桿軸力—位移曲線；②巷道圍巖位移場；③巷道圍巖垂直應力場，從而得出不同參數錨桿對圍巖的控制效果。

3.數值模擬

3.1錨桿軸力—位移曲線

3.2錨桿支護巷道圍巖位移場

4.實驗數據分析：

（1）錨桿軸力-位移曲線

錨桿橫截面積一定的情況下，錨桿平均軸力，位移隨著錨桿的長度增加而減小。

錨桿長度一定的情況下，錨桿平均軸力，位移隨著錨桿橫截面積的增加而增大。

（2）巷道圍巖位移場

錨桿橫截面積一定的情況下，位移隨著錨桿的長度增加而減小。

錨桿長度一定的情況下，位移隨著錨桿橫截面積的增加而減小。

（3）巷道圍巖位應力場

錨桿橫截面積一定的情況下，高應力區間隨著錨桿的長度增加而減小。

錨桿長度一定的情況下，高應力區間隨著錨桿橫截面積的增加而減小。

5.結論

錨桿的作用是通過圍巖與錨桿的共同作用來控制圍巖的變形，選擇合理的錨桿參數設計對圍巖的穩定性起著至關重要的作用。錨桿的長度和直徑要根據現場圍巖參數來確定，防止錨桿參數選取過大或過小，使其在安全的前提下能夠有效的保證巷道的穩定性。