矩形巷道全长锚固锚杆力学模型分析及设计

煤矿开拓大量采用矩形巷道,传统锚杆设计方法通过将矩形巷道等效为圆形巷道对围岩变形进行分析进而确定支护参数,但圆形巷道围岩变形规律与矩形巷道不同,使得锚杆支护设计产生较大误差。依据陕西神木柠条塔煤矿S12001工作面运输巷顶板变形监测结果,建立顶板梁模型,根据弹塑性理论,推导出矩形巷道顶板下沉变形计算式,进一步对全长锚杆进行受力分析并提出其设计方法。研究结果表明:巷道顶板表面跨中部位竖向变形最大,向岩体内部以及巷道两帮逐渐减小;锚杆上剪应力以中性点为界,锚杆两端剪应力方向相反,最大剪应力在靠近巷道一端,锚杆轴向拉应力在中性点处最大,锚杆两端为0。通过对S12001工作面运输巷顶板进行支护设计,经计算发现各支护参数均符合生产要求,将理论计算的顶板围岩变形量与现场监测结果进行对比,对模型可靠性进行了验证。