巷道支护设计的有限元分析

论文摘要

由于锚杆支护显著的技术、经济优越性,现已发展成为世界各国矿井巷道以及地下工程支护的一种主要形式。但锚杆支护系统复杂,锚杆支护参数难以确定,给工程应用带来一定的困难。本文阐述了国内外巷道支护的发展、巷道支护理论的发展,以及岩石的力学性质,在此基础上建立了三维不对称有限元模型,对锚杆支护参数进行优化设计。分别分析了支护时间对巷道变形的影响、巷道开挖对围岩变形的影响、锚杆支护参数(锚杆长度、直径、间排距)对巷道变形的影响,以及锚杆预紧力对支护效果的影响,最后在前期分析的基础上,提出不对称优化方案。计算完成后,通过巷道围岩的位移图、应力图和塑性应变图,可以直观地看出支护效果。然后提取出巷道周边指定点的位移,绘出曲线图,定量地比较不同方案下支护效果的优劣(这里对模型定量的分析不等于对原型的定量分析),从中找出合理的支护参数,用于工程实践,为锚杆支护设计提供一种安全可靠的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内、外锚杆支护的发展
• 1.2.1 国外锚杆支护的发展
• 1.2.2 国内锚杆支护的发展
• 1.3 支护理论的发展
• 1.3.1 国外支护理论的发展
• 1.3.2 国内支护理论的发展
• 1.4 存在的问题
• 2 巷道围岩的物理力学性质
• 2.1 岩石的基本构成和地质分类
• 2.2 岩石的物理性质
• 2.3 岩石的力学性质
• 2.3.1 岩石的强度
• 2.3.2 岩石的变形性质
• 2.3.3 岩石强度准则
• 2.4 岩体的性质
• 3 巷道支护设计的数值模拟
• 3.1 基本模型的建立与求解
• 3.1.1 基本模型情况介绍
• 3.1.2 施加边界条件和荷载
• 3.1.3 有限元模型的建立
• 3.1.4 参数的选择
• 3.1.5 计算步骤
• 3.1.6 结果及分析
• 3.2 支护时间对巷道变形影响的分析
• 3.3 巷道掘进对围岩变形影响的分析
• 3.4 锚杆支护参数对巷道变形的影响
• 3.4.1 锚杆直径对巷道变形的影响
• 3.4.2 锚杆长度对巷道变形的影响
• 3.4.3 锚杆间、排距对巷道变形的影响
• 3.5 锚杆预应力对巷道变形的影响
• 3.6 不对称优化设计
• 4 结论与展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果