预应力让压锚杆的数值模拟研究及其应用

锚杆现今作为我国煤矿巷道的主要支护形式，已经被绝大多数人认可。由于我国许多煤矿开采时间较长，新建煤矿和老矿不得不开发地质条件复杂、岩层结构软弱的煤田或向深部延深，巷道围岩体表现出明显的大变形、大地压、长时间持续流变的软岩特性，出现了越来越多的采用传统锚杆支护方式难以控制的大变形巷道。预应力让压锚杆是针对深井、软岩和受动压影响的大变形巷道而专门设计的一种可延伸锚杆，它可以对围岩施加高预应力，最大限度地减少巷道离层的发展，而且这种锚杆杆体是由高强钢加工而成的，因此在支护时其支护强度很高，能最大限度地维护巷道的稳定；让压锚杆的结构是在高强预应力锚杆的螺母与托盘之间安装一个特制的让压管，能够使锚杆在高支护阻力情况下适应巷道围岩大变形的需要。现场试验表明，预应力让压锚杆对控制大变形巷道的围岩变形有着非常明显的效果。 本文根据大变形巷道的特点，利用“先刚后柔，柔中带刚”的支护观点，对预应力让压锚杆的数值计算方法进行了一系列的研究，建立了预应力让压锚杆的本构关系。结合新泰矿区某煤矿应用预应力让压锚杆的工程实例，利用有限元计算软件ANSYS对大变形巷道支护进行了数值模拟分析，利用围岩的离层分析确定锚杆应施加的预应力，以锚杆受力及巷道变形分析设计锚杆的让压点，并对支护方案进行了优化设计。