煤层巷道锚杆支护稳定性数值模拟研究

锚杆支护的作用在于加大巷道围岩的围压，从而提高围岩的强度而保持其稳定性。我国大多数矿井进行锚杆支护设计多以经验方法为主，具有一定的局限性，很难满足生产上的要求。本文采用FEM和BEM耦合算法，对木城润煤矿540203工作面顺槽、切巷和 570二石门三槽煤巷、切巷两种条件下锚杆支护试验巷道的围岩应力、变形及破坏规律进行的数值模拟研究，分析了锚杆支护巷道应力变化及可能发生的力学效应，为合理进行锚杆支护设计提供了依据。     

深部巷道底板锚杆支护数值模拟

为研究深部巷道底板锚杆支护技术,采用RFPA~（2D）数值模拟软件,模拟有无底板锚杆支护情况下的深部巷道破坏情况。结果表明：有底板锚杆支护的深部巷道与无底板支护的相比,巷道周围应力分布均匀,抗破坏能力强,底鼓变形量小;巷道底角锚杆和底板锚杆对底鼓量的控制起重要作用。该结果可为深部巷道底鼓防治技术研究提供参考。     

锚杆支护的数值模拟方法

锚杆支护基岩土工程中常用的一种支护形式,对锚杆支护机理的研究,不同作者曾采用过多种方法。本文提出了以锚杆拉拔试验确定锚杆轴力及粘着力的理论方法,并结合边界元法对锚杆支护的的机理进行数值模拟。文中给出的算例表明,本文提出的方法计算机实施简单,结果与实际符合较好。     

锚杆预应力支护效应的数值模拟研究

通过ANSYS软件对巷道中锚杆在预应力取值分别为0 MPa(无支护)、0.02MPa、0.1 MPa时的无人支护效果进行了研究,根据研究结果,认为在II类围岩巷道中,锚杆预应力为0.02 MPa~0.1 MPa时形成的承压带的强度和厚度都明显增加,支护效果较好,预应力在0.1 MPa以上时,支护效果的改善不明显,在III类围岩巷道中,锚杆预应力比普通围岩的值略大,在0.05 MPa~0.15 MPa表现得比较明显。     

底角锚杆控制巷道底臌的数值模拟

随着煤矿开采深度的增加,巷道底臌现象越来越严重。为了寻找一种有效的控制底臌方法,借助数值模拟手段对施加底角锚杆的深部巷道进行受力分析。结果表明:对底板实加底角锚杆后,应力区向巷道深部转移,围岩应力对底板的影响降低,巷道变形量减小。模拟结果及现场应用均证明在条件适合地区,底角锚杆控制技术可以有效控制巷道底臌。     

深井穿层巷道支护数值模拟分析

采用ANSYS和FLAC3D2种模拟技术相结合的数值模拟方法,模拟了阳城煤矿-920m下车场深井穿层巷道支护状态下的围岩位移情况。根据模拟结果推测不同岩层组合对围岩变形的影响,同时找出原支护方案存在的不足,并提出了加强巷道支护的新方案。通过分析比较为现场应用提出了一套既可以减小巷道变形,又能节省支护费用的支护方案。     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

大变形巷道锚杆力学特性的数值模拟

通过现场观测和实验室试验，对大变形巷道锚杆的力学特性进行了测试，揭示了锚杆与围岩相互作用全过程呈现：初撑、增阻、恒阻、降阻直至失效。论述了锚杆阻力下降和失效是大变形巷道锚杆支护所具有的基本规律。为此，对FLAC33中锚杆单元模型进行了修正，使其具备模拟锚杆损伤软化的功能，并将其成功地应用于实际工程中。     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

深部巷道构造应力作用下岩爆过程的数值模拟

针对深部巷道岩爆现象,结合华丰煤矿深部开采的冲击地压问题,采用FLAC-Dynamic进行了深部巷道岩爆动力学计算分析.计算结果表明,发生岩爆时,巷道围岩的速度曲线和加速度曲线出现突变.在水平构造应力的作用下,巷道可能岩爆的过程是先从巷道的两帮开始,然后迅速扩展到巷道的顶、底板的过程.     

三维锚杆的数值模拟方法

在现有几种锚杆数值分析方法的基础上,对考虑了灌浆切向受力性态的三维锚杆单元理论及其应用进行了研究,编制了三维锚杆有限元计算程序,并结合例子对灌浆锚杆的变形应力规律进行了分析.     

松软围岩锚杆支护系统承载能力的研究与应用

在分析了轮软巷道围岩破坏特征的基础上，证明锚固力的作用在于提高巷道周边破裂围岩的残余强度，并使这形成组合拱。探讨了锚固体强度和承载能力的理论计算总理。据此提出了松软围岩锚杆支护系统定量设计的方法，并得到现场工业性试验的论证。     

软岩巷道锚注支护效果的数值模拟研究

采用岩土工程数值模拟软件2D-σ,对软岩巷道锚注支护效果进行了数值模拟研究。研究表明,锚注支护利用锚杆与注浆相结合的方法,极大地提高了软岩巷道的支护效果,扩大了锚杆的使用范围。     

锚杆安装载荷作用机理的数值模拟

使用ANSYS数值模拟软件对2种不同性质围岩中的苍道进行了分析计算，着重模拟计算了锚杆在不同种类围岩，不同安装载荷下的作用效果，重点分析了锚杆安装载荷的作用机理及其规律。     

锚杆中纵向超声导波传播特性数值模拟研究

针对导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向导波在锚杆中的传播特性,利用Matlab求解了纵向导波传播的频散方程,用有限元数值方法模拟了不同频率的L(0,1)模态导波在锚杆中的传播特性,并对其杆顶响应信号进行了分析。通过理论和数值模拟分析对比验证了数值模拟方法的可行性,对于工程中应用导波对锚杆进行检测时,应选择适当频率的导波,并结合各频率导波在锚杆中的传播特性才能得到可靠的结果,进而对锚杆顶端对称与非对称激励震源在锚杆顶端产生的响应进行了分析。     

锚杆安装载荷作用机理的数值模拟

使用ANSYS数值模拟软件对2种不同性质围岩中的苍道进行了分析计算,着重模拟计算了锚杆在不同种类围岩,不同安装载荷下的作用效果,重点分析了锚杆安装载荷的作用机理及其规律.     

竹锚杆—木框架梁支护边坡的数值模拟

为了对竹锚杆和木框架梁的支护作用进行分析,运用Midas GTS/NX软件对竹锚杆—木框架梁支护边坡进行了数值模拟,研究了竹锚杆的轴力、剪力、弯矩以及木框架梁的弯矩。最后分析了有无竹锚杆—木框架梁支护的边坡对边坡安全系数和边坡塑性区的影响。结果表明:竹锚杆–木框架梁对黏性土边坡能够起到良好的支护效果,不会在黏性土边坡中产生潜在的滑动面,从而导致边坡发生滑动。没有竹锚杆—木框架梁支护的边坡安全系数为1.05,而有竹锚杆—木框架梁支护的边坡安全系数为1.51,竹锚杆—木框架梁对边坡的能够起到良好的加固效果,有利于边坡的稳定。     

锚杆锚固结构中导波传播的数值模拟

用理论分析、数值模拟和实验测试的方法研究了自由锚杆和锚固锚杆中的波传播特性.研究结果显示在测试激发波的频率范围内(10～100 kHz),锚杆中传播的波是一个和边界条件相关的导波,不同频率的波在锚杆中传播的速度不同.同时分析了采用有限元模拟锚杆中传播的导波时网格密度对模拟结果精度的影响.模拟体波时一般要求在波传播方向上的N值(一个波长内的单元数)大于20,但模拟杆状结构中的导波传播时N值要大于30,并且径向(垂直波传播方向)的N要求比轴向(波传播方向)N值更大.而且模拟不同频散特性的波需要用不同的N值,也就是说对于同一频率的波,频散越大,所需要的N值亦越大.实验室对自由锚杆和锚固锚杆的测试结果与数值模拟的结果取得了很好的一致性.     

浅埋黄土隧道中系统锚杆支护作用的数值模拟

为了研究系统锚杆在浅埋黄土隧道中的支护效果,以陕西吴堡—子洲高速公路刘家坪5号隧道为依托,利用MIDAS/GTS有限元分析软件分别建立有、无系统锚杆的分析模型,计算分析了6个开挖阶段和截止到二衬施作阶段的隧道变形量,并将数值模拟结果与实测结果进行了对比分析。结果表明:浅埋黄土隧道施工过程中,有系统锚杆的隧道变形值大于无系统锚杆的变形值,这是由于锚杆是在钢架支设后进行打设,锚杆的打设不仅破坏了土体的稳定,而且延误了喷射混凝土和钢架支护的最佳时机,使变形量增加;有、无系统锚杆拱顶下沉和净空收敛的现场实测值基本处于同一数量级,说明在浅埋黄土隧道中系统锚杆的作用不显著,可以取消。     

近距离煤层巷道锚杆锚索联合支护参数数值模拟研究

基于甘庄煤矿近距离煤层巷道锚杆锚索联合支护参数设计,从近距离煤层巷道围岩实际及本矿巷道支护现状出发,采用MIDAS/GTS数值模拟,分析了近距离煤层巷道围岩位移、应力分布及破坏范围;研究了不同因素对巷道围岩变形与破坏的影响,设计得出合理的支护参数,进而提高锚杆锚索联合支护参数设计的科学合理性及实用可靠性,进一步发挥锚杆支护技术的潜力,为近距离煤层巷道支护提供理论依据及技术支持。