【摘 要】
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预应力锚杆加固技术已广泛应用于水利、公路边坡、地下工程、城市建设、隧道、国防、等岩土工程领域,尤其在井工开采的煤矿巷道中普遍应用。预应力锚杆作为一种主动支护方式,通过对锚杆施加预紧力起到对围岩的夹持作用,改变被锚固围岩的受力状态,充分调动围岩的自稳能力。随着煤矿开采量的增长,开采深度逐渐增加,由此带来的复杂岩性、高地应力使得巷道变形量增大,生产的安全性受到影响。为能够充分发挥预应力锚杆的主动支护效
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预应力锚杆加固技术已广泛应用于水利、公路边坡、地下工程、城市建设、隧道、国防、等岩土工程领域,尤其在井工开采的煤矿巷道中普遍应用。预应力锚杆作为一种主动支护方式,通过对锚杆施加预紧力起到对围岩的夹持作用,改变被锚固围岩的受力状态,充分调动围岩的自稳能力。随着煤矿开采量的增长,开采深度逐渐增加,由此带来的复杂岩性、高地应力使得巷道变形量增大,生产的安全性受到影响。为能够充分发挥预应力锚杆的主动支护效果,有必要对施加的预紧力在围岩中的分布规律及锚固体的失效机制开展研究,为科学、合理地进行锚杆支护参数设计提供理论指导。以长平煤业五盘区回采巷道为工程背景,主要采用现场试验、理论分析和数值模拟的方法,对预紧力在锚杆锚固系统界面传递、失效机制及被锚固围岩体内预应力的分布规律进行研究。通过建立群锚模型,分析支护参数对群锚效果的影响,开展针对长平煤业五盘区回采巷道的锚杆索支护参数优化设计并进行现场工业性试验。结果表明,锚杆施加预紧力时,锚固系统杆体表面、锚固剂内外表面及钻孔壁上轴向应力和剪应力的分布形式及大小均受到插入的第二界面内聚力单元影响,且存在较明显的剪应力峰值从锚固段起始位置向孔底传递的现象。随着预紧力增大,锚杆（索）自由段附近压应力区在锚杆（索）轴向和径向影响范围均增大,且与托盘附近的压应力区逐渐融合贯通,形成桃心形（红酒杯形）的围岩受压区。得到不同锚杆轴力F下围岩在锚杆径向上不同预应力σ最大影响半径R三者得到关系式为R=ln（F）×[-86.64-73.6×ln（σ）]+（7062.6×σ-682.23）,以及锚索拟合公式R=ln（F）×[-364.4-180.6×ln（σ）]+[553.6×ln（σ）+979.7]。利用数值模拟方法研究锚杆索预紧力与间排距对群锚效果的影响,得到锚杆或锚索群锚状态下预紧力、间排距及锚固效果三者拟合公式分别为σn=F×[0.002026-0.000274×ln（s）]+1×10-7×s-0.00020094和σn=F×[0.00030189-3.58×10-5×ln（s）]-1×10-8×s-7.511×10-5,与单支锚杆在围岩中形成的预应力分布状态基本类似。利用拟合公式对比不同支护方案的支护强度,得出长平煤业五盘区回采巷道的锚杆支护参数优化设计方案,并在长平煤业五盘区5308工作面进行现场工业性试验,验证了基于本文结论的锚杆支护优化设计可在维持支护强度不变的同时节省人力物力,缓解长平煤业五盘区采掘接续紧张问题,可为类似工程提供参考。该论文有图54幅,表14个,参考文献102篇。
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