張明先

摘 要：巷道開挖后，巷道周圍巖體中的原有力學(xué)靜態(tài)平衡被破壞，引起應(yīng)力重新分布，巷道圍巖產(chǎn)生變形或位移。對這種變形或位移不能給予有效控制，將導(dǎo)致圍巖破壞。為維護巷道的穩(wěn)定，需要對巷道圍巖進行有效支護，達到阻止圍巖過度變形或松動，即限制圍巖破裂的過度發(fā)展。錨桿支護作為一種柔性支護，它能夠與圍巖共同變形，并能很好的控制圍巖的變形[1]。但錨桿支護在實際應(yīng)用中，常出現(xiàn)支護參數(shù)不合理，錨桿作用不能得到充分發(fā)揮的情況，造成支護材料浪費，增加了支護成本。因此進行改進錨桿的支護參數(shù)設(shè)計的研究，優(yōu)化錨桿支護參數(shù)，是十分重要的和必要的。

關(guān)鍵詞：錨桿支護；圍巖穩(wěn)定；彈塑性

引言

錨桿支護參數(shù)優(yōu)化是指在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，使錨桿的加固能力和圍巖的自承能力同時得到充分發(fā)揮，實現(xiàn)錨桿與圍巖相互作用形成錨固體共同承載，既能夠獲得良好的加固效果，又降低支護材料消耗和支護成本。錨桿支護設(shè)計優(yōu)化采用理論計算和數(shù)值模擬等方法進行研究，所得成果存在理論性太強，普遍適用性受限制，取值的參數(shù)不夠準確，難以推廣應(yīng)用等缺點[2]。研究認為通過理論推算，求出需要的支護載荷及巷道變形的范圍或塑性圈半徑，進而可能設(shè)計出合理的錨桿參數(shù)，再通過錨桿承載力監(jiān)測對錨桿參數(shù)作進一步修改，最終可實現(xiàn)錨桿參數(shù)的優(yōu)化。

1 圍巖彈塑性變形與支護機理

巷道開挖后，巷道圍巖應(yīng)力重新分布，當二次應(yīng)力達到一定值時，巷道圍巖體產(chǎn)生彈塑性變形，并形成松動圈，塑性區(qū)，彈性區(qū)。把巷道斷面按外接圓等效為圓形，按平面應(yīng)變進行求解可得到軸對稱圓形巷道周邊的位移公式[3]：

巷道周邊圍巖的位移影響圍巖支護阻力，圍巖支護阻力由錨桿提供?？梢钥闯鲥^桿的錨固力是隨著巷道圍巖的變形而變化的，巷道圍巖變形越大，需要錨桿提供的阻力越小，因為圍巖變形釋放掉了一部分彈性能，減小了所需支護阻力。如果通過巷道周邊位移監(jiān)測，在圍巖體位移馬上到達破裂極限時，使錨桿支護發(fā)揮作用，限制圍巖進一步變形，將有利于保持圍巖體的平衡穩(wěn)定。實現(xiàn)錨桿與圍巖共同承載的目的，從而設(shè)計出更為合理的支護參數(shù)。

3.2 參數(shù)對比分析與優(yōu)化

巷道原來的支護參數(shù)為：螺紋鋼錨桿Φ18mm×1.1m，間排距1m×1m，此時錨桿錨固端在巷道圍巖塑性區(qū)未到達彈性區(qū)，在塑性區(qū)內(nèi)Rp隨錨桿長度增加開始階段顯著減小，呈雙曲線函數(shù)關(guān)系，但一定階段后，Rp基本不發(fā)生變化，呈近水平直線變化。而錨桿錨固端在圍巖塑性區(qū)半徑處，將錨桿長度稍微增加錨固到彈性區(qū)時，Rp有適當減小，可充分發(fā)揮圍巖體的承載能力。

優(yōu)化后調(diào)整為Φ18mm×1.4m，間排距1.1m×1.1m。錨桿支護參數(shù)優(yōu)化后使得錨桿支護更安全合理，節(jié)約了錨桿量，減少勞動時間，提高了巷道圍巖的安全穩(wěn)定性，使錨固作用和圍巖的自承能力得到了充分的發(fā)揮，達到預(yù)期目的。

4 結(jié)論

在相同條件下，錨桿長度是改變巷道圍巖塑性區(qū)范圍的一個重要因素。根據(jù)巷道圍巖塑性區(qū)半徑，合理地選擇錨桿長度，可以有效地控制圍巖塑性區(qū)，并減小塑性區(qū)半徑；既避免了圍巖塑性區(qū)過大造成的巷道維護困難，又減少支護材料的消耗，更好發(fā)揮錨桿的支護作用和圍巖自承能力，有利于實現(xiàn)巷道穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]張社榮，顧巖，張宗亮.超大型地下洞室圍巖錨桿支護方式的優(yōu)化設(shè)計[J].水力發(fā)電學(xué)報，2007，26（5）：47-52.

[2]孔德森，蔣金泉.深部巷道錨桿支護參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].煤，2001，10（6）：1-3.

[3]李大偉，侯朝炯.錨桿支護對圍巖穩(wěn)定作用的彈塑性力學(xué)計算與應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報， 2006，3（1）：20-23.

[4]董禮.采準巷道錨桿支護參數(shù)選擇研究[J].中國煤炭，2003，9（29）：34-35.