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大变形巷道锚杆护表构件支护效应研究

袁溢  
【摘要】:锚杆是存在于“锚杆—围岩”相互作用体系中的一种“内支护”,其作用在于改善围岩的力学性质和受力状况,从而使被动的岩体转变为主动的承载结构,获得了广泛的应用。但是,单纯锚杆支护不能防止围岩的风化,不能有效控制杆间岩石的剥落,通常在围岩松动或大变形的情况下,而导致锚杆支护的失效。因此,锚杆应配合其他支护措施,形成“锚杆+护表构件”联合支护方式,如与钢带、金属网、桁架等配合使用,以扩大其应用范围和改善支护效果。在大变形巷道中,护表构件发挥着重要作用,它不仅能够保护巷道表面围岩,避免围岩松动破坏,而且能够充分发挥锚杆作用,有效控制大变形;高强护表构件与高强锚杆共同作用能减少锚杆的间排距,提高巷道的掘进速度。 锚杆支护的护表构件,包括锚杆托板、钢带、金属网、桁架等主要是为了克服锚杆支护的弱点、增强支护效果而采取的措施。护表构件的作用不容忽视,但是目前在国内外对锚杆护表构件的重视程度不高,对护表构件与锚杆及围岩的作用关系和支护机理的认识仍处于感性认识阶段。本文在传统锚杆支护理论研究的基础上,根据锚杆与围岩的作用关系,以理论分析、数值模拟计算、现场资料实证等为手段,重点就锚杆护表构件中的托板和钢带的效应及其对发挥锚固力的作用进行了较为系统的研究,首先结合围岩松动圈理论,就锚杆护表构件的作用和应用现状做了分析,然后结合锚杆中性点理论,分析了托板对锚杆轴力和粘锚力分布的影响,并计算托板反力;接着详细分析了钢带与围岩的相互作用,运用FLAC~(2D)对钢带锚杆支护进行了数值模拟计算,并对钢带支护各个参数进行了研究;最后结合晋城煤业集团公司成庄煤矿五盘区掘锚机组施工煤巷强力锚杆支护设计方案,对锚梁网索支护设计方案整体支护效果进行计算分析,对比无支护和普通锚杆支护的支护效果,进一步证明了“锚杆+护表构件”联合支护的优越性。


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