第２Ｏ卷第３期 安徽建筑工业学院学报（自然科学版） Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．３ ２０１２年６月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｊｕｎ．２０１２ 锚杆支护条件下围岩应力及变形特点分析 杨蔡君， 毛宏宇 （中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，马鞍山 ２４３０００） 摘要：本文采用数值模拟方法比较分析了有无锚杆作用下深部开采圆形和矩形巷道围岩应力、应变及变形 随距巷道表面距离变化的不同特点。结果表明：锚杆随距巷道表面一定范围围岩应力、应变及变形减小，围 岩应力、应变及变形随距巷道表面距离增加而衰减速度变缓；距巷道表面较远处围岩应力反而增加。锚杆作 用下围岩整体移动趋势增加并将近处围岩较大应力传递到远处。 关键词：锚杆支护；围岩应力；围岩应变；表面变形 中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４５４０（２０１２）０３—０１９—０３ Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｉｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｂｏｌｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ＹＡＮＧ Ｃａｉ－ｊ ｕｎ （Ｓｉｎｏｓｔｅｅｌ Ｍａａｎｓｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｍａａｎｓｈａｎ ２４３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖａｒｙｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｄｅ— ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｓｔ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎ ｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｒｅｃ— ｔａｎｇｌｅ ｔｕｎｎｅｌ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｂｙ ｂｏｌｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ．ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｄｒａｗｎ ｔｈａｔ ｓｉｚｅ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎ ｎｅａｒ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ａｎｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ， ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｗａｓ ｓｌｏｗ ｂｙ ｂｏｌｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｒ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｎｅａｒ ｓｕｒｒｏｕｎｄ— ｉｎｇｓ ｒｏｃｋｓ ｗａｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄ ｔｏ ｒｅｍｏｔｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂｏｌｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ；ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ；ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ；ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ １计算模型 应力Ｐ作用。圆形巷道半径Ｒ０＝３０００ｍｍ，矩形巷 道尺寸为长×宽＝４０００ｒａｍＸ４０００ｍｍ，原岩应力Ｐ 锚杆支护广泛应用于深部开采连续介质围岩 ＝１０．ＯＭＰａ，锚杆密度ｍ一２．０根／ ，锚杆长度Ｌ 和复合顶板支护实践之中［１ ］。和金属支架支护 ＝２２００ｍｍ，围岩性质如表１。 不同，作为“主动”支护，锚杆不仅提供给围岩支护 表１围岩力学性能参数 反力ｌ＿３］，由于锚杆深入到围岩内部，在改变围岩性 质［４］的同时，主要使围岩应力及应变场产生了改 变，使围岩易于保持稳定。 为了分析锚杆对围岩应力及应变场分布影响， 本文采用数值模拟方法分析了圆形和矩形巷道围 岩中有无锚杆作用围岩应变和应力随距巷道表面 距离变化规律。计算模型如图１及图２，模型尺寸 为长×宽一３０ｍＸ ３０ｍ，水平方向施加Ｕ 方向约 （ａ）无锚杆 （ｂ）有锚杆 束，底部垂直方向施加ｕｙ方向约束，上部施加原岩 图１ 圆形巷道围岩变形计算模型 收稿日期：２０１２—０３—２６ 作者简介：杨蔡君（１９８Ｏ一），男，工程师，硕士，主要研究方向为矿山岩土工程及土建设计。 第３期 杨蔡君，等：锚杆支护条件下围岩应力及变形特点分析 ２１ 叫 — 、 、 ０ １ ～ ２ ３ ４ 点距巷道表耐距离（ｍ） （ｂ）最小主应力 图５圆形巷道围岩左部点主应力随距围岩表面距离变化 囹 鬻 Ｏ 。∑ 。 一 Ｉ１ 三 。２ 崔 ．３ 圯ｉ ４ ０ 点距巷 表面距６离８ ０ （ｍ）（ａ）最大主应力 ●● 一 点距巷道表面距离（ｍ） （ｂ）最小主应力 图６矩形巷道围岩左部点主应力随距围岩表面距离变化 计算结果表明：由于锚杆作用，使距巷道表面 距离一定范围内（一般１０００ｒａｍ左右），最大及最 小主应力数值减小，随距巷道表面距离衰减变缓； 距巷道表面距离较远处，围岩主应力反而有所增 加。通过锚杆作用，围岩表面受荷传递到距巷道 表面较远处，锚杆起到了传递荷载的作用。 （３）锚杆对围岩变形影响 圆形巷道有无锚杆作用围岩变形随距巷道表 面距离变化如图７。矩形巷道有无锚杆作用围岩 变形随距巷道表面距离变化如图８。 随距巷道表面距离变化随距巷道表面距离 变化 从图中可以看出，由于锚杆作用，使巷道表面 变形显著减小，但对距表面距离超过大约 ｌＯ００ｍｍ围岩内部点的变形影响较小；围岩变形 随距巷道表面距离增加减小速度变缓。锚杆作用 下围岩整体移动趋势加强。 点距巷道衷面距离（ｍ） 图７圆形巷道围岩上部点变形 Ｏ １２点距巷道表面距离３４ （ｍ） 图８矩形巷道围：昔帮部点变形 ３结 论 （１）锚杆使围岩内部应力场产生改变，近巷道 表面一定距离处应力减小 距巷道表面较远处，应 力有所增加，锚杆将近距离处较大应力传递到较 远处，使围岩应力分布均匀； （２）锚杆使围岩中最大应变值减小，应变随距 离衰减变缓，应变分布均匀； （３）锚杆使围岩表面变形显著减小，围岩变形 随距离衰减变缓，围岩表现为“整体”移动。 参考文献 １吴德义，闻广坤，王爱兰．深部开采复合顶板层间分离 稳定性判别ＥＪ］．采矿与安全工程学报，２０１１，２８（２）： ２５２——２５７． ２ Ｗｕ Ｄｅｙｉ，Ｗａｎｇ Ａｌｌａｎ，Ｌ：Ｌａｎｇ Ｈｕａｑｉａｎｇ．Ａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｉｎｆｌｕ——ｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒ—－ ｌａｙｅｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｒｏｏｆ ｉｎ ｄｅｅｐ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃ－－ｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２Ｏ一１１，１４６：９７６ ９７９． ３吴德义，王爱兰，杨蔡君．金属梯形棚支架棚腿底部合 理约束确定［Ｊ］．广西大学学报（自然科学版），２０１０， ３５（２）：１９９—２０３． ４柏建彪，侯朝炯．深部巷道围岩控制原理与应用研究 Ｉ－Ｊ］．中国矿业大学学报，２００６，３５（２）：１４５—１４８．