第１期 ２０１６年１月 山西焦煤科技 Ｓｈａｎｘｉ Ｃｏｋｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＯ．１ Ｊａｎ．２０１６ ·试验研究· 锚杆预应力对大跨度巷道围岩稳定性影响研究 张建国 ，陈广帅 （１．霍州煤电集团晋南公司安全处，山西 河津０４３３００；２．霍州煤电技术研究院，山西 霍州０３１４００） 摘要根据沙坪矿地质资料和３０８工作面切巷支护方法，建立数值模型，首先，分别设定锚杆 预应力为其杆体屈服强度的３Ｏ％、４０％和５０％，在不施加原岩应力的情况下分析了锚杆预应力在围 岩中的分布特征；其次，在数值计算中加上原岩应力，分别分析了３种预应力条件下巷道围岩变形特 征．确定了最佳预应力取杆体屈服强度的５０％．通过井下预紧扭矩转化试验，确定了顶锚杆预紧扭矩 为２５０ Ｎ·ｍ，帮部预紧扭矩为２００ Ｎ·ｍ，在现场工程应用中取得了良好的效果。 关键词锚杆；预应力；大跨度；围岩；稳定性；预紧扭矩 文章编号：１６７２—０６５２（２０１６）Ｏ１—００２６—０４ 中图分类号：ＴＤ３２２文献标识码：Ａ工作面切巷由于安装支架的需要，巷道跨度较 大，对于支护质量和支护强度控制要求高：一方面要 求支架安装完毕时顶板围岩保持稳定，严防漏顶现象 出现；另一方面，工作面回采时，避免开切眼支护强度 过高出现难以垮落现象¨ ．预应力是锚杆支护系统 的决定性参数，预应力过低，将导致锚杆支护产生的 附加应力值小，形成的压应力区范围小，有效压应力 区孤立分布，不能连成整体。在高预应力下，锚杆支 护产生的附加应力场应力值大，形成的压应力区范围 广，有效压应力区几乎覆盖了整个顶板，形成有机的 为５。．切巷平均埋深６０ ｍ，埋深变化不大，埋深较浅。 切巷直接顶为泥岩，厚度为３．９ ｍ，黑色，松软，之上 为Ｋ，灰岩，厚度为０．６４ ＩＴＩ，再上为黄泥，厚度 ０．７４ ｍ；直接底为泥岩，厚度３．７ ｍ，黑色，松软。切 巷处无明显地质构造。 ３０８工作面切巷断面为矩形，宽度５．６ ｍ，高度 ２．６ ｍ．巷道的支护断面见图１． 整体，锚杆的主动支护作用得到充分发挥 ．根据国 内外研究成果，预应力选择原则是使锚固区不产生明 显离层和拉应力区且小于锚杆的屈服强度，锚杆预应 力取值范围应达到杆体屈服强度的３０％～５０％时比 较合理 ¨ ． １ 工程概况 沙坪煤矿３０８工作面，东邻３０６工作面，３０６工 作面已开始末采，南接集中运输巷和回风巷，西、北均 为矿井井田边界。３０８工作面切巷沿煤层顶板掘进， 煤层平均厚为２．３ ｍ，夹矸厚度为０．３～０．６ ｍ，平均 厚度为０．４５ ｍ．煤层倾角最大为９。，最小为Ｉ。，平均 顶板采用锚杆＋钢筋托梁和锚索支护，锚杆杆体 图１ 巷道断面支护示意图 收稿日期：２０１５—１１—１７ 作者简介：张建国（１９８５一），男，山西ｌ临县人，２０１５年毕业于辽宁科技大学，助理工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作 （Ｅ—ｍａｉｌ）ｅｇｓｈｐｕ＠１６３．ｃｏｒｎ ２０１６年第１期 张建国等：锚杆预应力对大跨度巷道围岩稳定性影响研究 护效果较好。 ·２９· ２５ ｍｍ，两帮最大移近量为６ ｍｍ，顶板和两帮变形均 很小，支护效果显著。 ４ 结 论 ２）由现场实验确定顶锚杆预紧扭矩为２５０ Ｎ·ｍ， 帮部预紧扭矩为２００ Ｎ·ｍ． ３）通过施工过程中巷道表面位移监测得出，顶 １）结合现有研究成果，经过数值计算及分析得 出，当锚杆预应力达到锚杆本身屈服强度５０％时，支 板最大下沉量为２５ ｍｍ，两帮最大移近量为６ ｍｍ，巷 道围岩得到了较好的控制。 参 考 文 献 ［１］ 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，２００３：８８—９１． ［２］ 韦四江．预紧力对巷道围岩锚固体稳定的作用机理及工程应用［Ｄ］．焦作：河南理工大学，２０１１ ［３］ 康红普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００７：１１６—１２１． ［４］康红普，姜铁明，高富强．预应力在锚杆支护中的作用［Ｊ］．煤炭学报，２００７，３２（７）：６８０—６８５． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ａｎｃｈｏｒ Ｂｏｌｔ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｏｃｋ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｌａｒｇｅ——ｓｐａｎ Ｒｏａｄｗａｙ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｇｕｏ，ＣＨＥＮ Ｇｕａｎｇｓｈｕａｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ Ｓｈａ￣ｉｎｇ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ３０８ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ＣＲＯＳＳ ｔｕｎｎｅｌ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ１．Ｆｉｒｓｔ，ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ３０％，４０％ａｎｄ ５０％ｏｆ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｓ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ．Ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｒｏｃｋ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｎｏｔ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｎｅｘｔ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｒｏｃｋ ｓｔｒｅｓｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｎｃｈｏｒ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｓ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ５０％ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ．Ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ，ｃｏｎｆｉｒｍｓ ｔｈｅ ｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｔｏｐ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ ｉｓ ２５０ Ｎ·ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｓｉｄｅｓ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ ｉｓ ２００ Ｎ·ｍ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｇｏｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｅｌｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ｆ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ；Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ；Ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ；Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ；Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；Ｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ （上接第１９页） 参 考 文 献 ［１］ 刘玉祥，柳慧鹏．水泥～水玻璃双液注浆中的最优参数选择［Ｊ］．矿冶，２００５，１４（４）：１—３． ［２］ 杨晓华，俞永华．水泥～水玻璃双液注浆在黄土隧道施工中的应用［Ｊ］．中国公路学报，２００４，１７（２）：６９—７２ Ｒｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｄ＋Ｄｏｕｂｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｅｄ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ ＬＩ Ｈｅｃｈａｏ，ＨＥ Ｈｕｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ ｗａｌｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ，ｖａｕｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆａｌｌｉｎｇ ｏｆｆ，ｒｅｂａｒ ｅｘｐｏｓｉｎｇ，ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｅａｖ— ｉｎｇ ｆｌｏｏｒ ａｎｄ ｍｕｈｉｐｏｉｎｔ ｗａｔｅｒ ｌｅａｋａｇｅ ｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ａｉｒ ｓｈａｆｔ ｉｎ Ｘｉｅｇｏｕ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｕｎｉｔｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌ— ｏｇｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｄ＋ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｊｅｃｔｅｄ ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｓ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ Ｕ ｓｔｅｅｌ ａｒｃｈ ｓｕｐｐｏｒｔ，ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｔｏ ｆｌｏｏｒ，ｅｏｒｍｅｒ，ｓｉｄｅ ａｎｄ ａｒｃｈ．Ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｒｅｐａｉｒ ｏｂｔａｉｎｓ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｐｒａｙ Ｏｉｌｓｈａｆｔ ｇｅｔｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｎｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｄ＋ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｊｅｃｔｅｄ ｇｒｏｕｔｉｎｇ；Ｕｎｉｔｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；Ｓｈａｆｔ；Ｒｅｐａｉｒ
