对拉锚杆、锚索的承载特性与加固效果分析

王晓卿

天地科技股份有限公司开采设计事业部煤炭科学研究总院开采研究分院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验

摘 要：随着开采强度的提高,巷道空间层位关系越趋复杂,对拉锚杆、锚索被应用于煤矿巷道支护。现有关于锚杆、锚索的研究基本针对传统锚固方式锚杆、锚索,少有涉及对拉锚杆、锚索,对拉锚杆、锚索的承载特性与加固效果尚不完全清楚。为研究对拉锚杆、锚索的承载特性与加固效果,提出并验证基于FLAC^3D的对拉锚杆、锚索模拟方法,解决FLAC^3D中pile结构单元无法施加预紧力的难题;建立对拉锚杆、锚索拉伸与剪切数值模型,分析全长黏结型与非黏结型对拉锚杆、锚索的轴向与切向承载特性,对比对拉锚杆与对拉锚索的抗剪能力;开展对拉锚杆、锚索阻止结构面剪切滑移和张拉破坏的数值试验,研究对拉锚杆、锚索在原岩应力条件下对结构面剪切滑移和张拉破坏的加固效果。在此基础上,分析对拉锚杆、锚索的适用性。研究结果表明:①所提出的对拉锚杆、锚索模拟方法能够高度仿真对拉锚杆、锚索的结构组成与轴向、切向承载作用;②与非黏结型对拉锚杆、锚索相比,全长黏结型对拉锚杆、锚索对拉伸变形更为敏感,增阻更快,作用范围更大,但也更易在杆体或索体中部破断;③全长黏结型对拉锚杆、锚索的抗剪能力强于非黏结型对拉锚杆、锚索,剪切位移较小时,对拉锚杆的抗剪能力强于对拉锚索,随剪切位移增大,对拉锚索的抗剪能力逐渐强于对拉锚杆;④在原岩应力条件下,对拉锚杆、锚索主要发挥轴向承载作用,可有效阻止煤岩体结构面的张拉破坏,但对煤岩体结构面剪切滑移破坏的控制效果较差;⑤在裂隙岩体加固中,全长黏结型对拉锚杆、锚索的轴力呈"中间高,两边低"分布,易在裂隙位置破断,应注重提高杆、索体的强度。

关键词：对拉锚杆、锚索;数值模拟;承载特性;剪切滑移;张拉破坏;加固效果;