单位文秘网 2021-08-30 09:00:13 点击: 次
【摘 要】两帮岩性与顶、底板岩层相比明显软弱时,巷道围岩的矿压特征主要取决于两帮煤体的变形、破坏等现象的发生和发展。
【关键词】矿山压力;软岩支护;支护
两帮岩性与顶、底板岩层相比明显软弱时,巷道围岩的矿压特征主要取决于两帮煤体的变形、破坏等现象的发生和发展。以下对其在有、无支护条件下的应力、变形及破坏特征进行分析。
1 无支护分析
1.1 应力分析
两帮岩性较顶、底板软弱,且两帮与顶、底间的层理强度较低时,易发生两帮煤体沿层理向巷道空间挤出并产生破碎、松动等现象。根据图3-1所示应力状态下的极限平衡分析可得,无支护时两帮中的极限应力状态为[1]:
(1)
(2)
式中,Rc——两帮煤体的单轴抗压强度,f——层间摩擦系数。
图1 两帮极限状态分析
1.2 变形、破坏分析
随着应力场的进一步变化,围岩将可能出现以下类型的破坏现象:①两帮因层间滑动力大于摩擦阻力而沿顶、底板发生滑动;②两帮因铅垂应力达到极限而发生压缩破坏;③顶、底板因两帮支撑减弱而发生弯曲甚至断裂。
第一种破坏情况出现后若两帮未发生强度破坏,则其变形仍处于连续介质的小变形状态,故滑动量不会对巷道稳定造成严重影响。
第二种破坏现象出现并发展到较严重的程度后两帮中将会产生松动变形区,使其对顶板的支撑减弱从而诱发第三种破坏现象的产生,进而可能发生垮帮、片帮以及顶、底板移近量过大等现象。此时,两帮表面部分破坏严重的煤体抗压强度将完全丧失(因无围压而残余强度为0),形成σx=σy=0的0应力状态,从而使深部煤体失去约束,并产生上述无支护圆形巷道围岩的连锁式破坏、失稳现象[2]。
2 有支护力作用分析
将法向支护力记为p,易得两帮处于强度极限时的应力状态为:
(3)
(4)
公式(1)、(2)中可以看出,与无支护时的情况相比,支护力使法向应力提高了 ,从而使切向极限应力 提高了。可见,支护力使两帮所能经受的支承压力提高了。
从以上两式中还可推导出在支护力p的作用下,两帮发生强度破坏(内聚力变为0)后的应力状态为:
(5)
(6)
可见,即使两帮单轴抗压强度降为0而进入松动变形状态,在支护力的作用下仍可承担一定载荷,而且承载能力与支护力大小以及至两帮表面的距离成正变关系。
3 结论
1)煤矿巷道围岩特征可概括为三种类型:①顶、底板岩性与两帮接近,即弹性系数KDi近似等于KBi,屈服极限FDi近似等于FBi;②两帮岩性较顶、底板软弱,且两帮与顶、底间层理明显,此时有KDi>KBi,FDi>FBi;③顶、底板岩性较两帮软弱,即KDi 2)巷道围岩的稳定性状态可分为两种类型:一是,围岩破碎区产生之前所形成的稳定状态即弹塑性稳定状态;二是,围岩破碎区产生后才形成的稳定状态即松动性稳定状态。当巷道围岩力学环境条件较好时围岩在整个服务期间都将可能保持在弹塑性稳定状态;反之,将处于松动性稳定状态,随着变形量的增加还会表现为阶段性特征,即先后出现弹塑性及松动性稳定状态。 进行巷道围岩控制时应根据不同的围岩条件及力学环境条件确定不同的围岩控制原则,使围岩处于不同的稳定性状态。 3)目前,较成熟的锚杆支护理论主要可归纳为三大类:一是,基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论、减跨理论等;二是,基于锚杆的挤压、加固作用提出的组合梁理论、组合拱理论以及楔固理论等;三是,综合锚杆的各种作用而提出的松动圈支护理论、锚固体强度强化理论、锚注理论、整体锚固结构理论等。不同锚固理论具有不同的适用条件,应用时应根据具体围岩条件进行合理。 【参考文献】 [1]刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].化学工业出版社,2008,12. [2]王永岩,软岩巷道变形与压力分析控制及预测[D]. 辽宁工程技术大学,2001. [责任编辑:曹明明]
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