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《门克庆矿深部煤柱尺寸及回采巷道支护参数设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、门克庆矿深部煤柱尺寸及回采巷道支护参数设计1、相关定义1.1、锚固力概念巷道开掘之后,破坏了岩体原始的力学平衡,围岩应力重新分布,表现为顶板下沉、底板鼓起、两帮挤入、甚至冒顶和片帮等。应力重新分布是个时间过程并且围岩的收敛由浅入深,收敛速度逐渐衰减。安设在围岩中的锚杆其刚度和强度与围岩有较大差别,并且只能整体移动,这与围岩的不均匀变形相矛盾,从而产生了限制围岩变形的力。从锚杆与围岩的相互作用关系来看,锚杆是兼有支护和加固两种作用的支护形式。锚固力一直是内涵比较模糊的概念,根据锚杆对围岩的稳定作用,将锚固力划分为”径向”锚固力
2、和”切向”锚固力,”径向”锚固力又包括托锚力和粘锚力。这里的”切向”和”径向”是以巷道围岩表面为参照物的,垂直岩面的方向为”径向”,平行岩面的方向为”切向”。托锚力指的是托板对围岩的作用力,由拉拔试验所得到的拉拔力实际上指的是托锚力;粘锚力指的是锚杆通过锚固剂与岩体之间形成的摩擦力[11][26]。1.2、耦合支护概念对于已进入非线性大变形阶段、变形场是非线性力学场的软岩巷道,其变形破坏实质上是巷道围岩在工程力作用下产生塑性大变形的一种力学过程。其破坏的主要原因是由于支护体力学性质与围岩力学性质特性出现不耦合所造成的,并且首
3、先从某一部位开始,进而导致整个支护系统的失稳[20]。锚网索联合支护是是一种十分先进的支护方式,在软岩巷道支护中具有广阔的发展前景。联合支护并非是各种支护构件的简单叠加,而是应该适应软岩巷道特别是高应力软岩巷道围岩非线性大变形的特点,充分发挥锚杆、锚索的支护能力,保证巷道围岩的稳定,其实质就是对软岩巷道实现锚网索耦合支护。在整个支护体系中,锚杆通过与围岩的相互作用,起着主导承载作用,同时能够防止围岩的松动破坏,并有一定的伸缩性,可随巷道的变形,而不失去支护能力。网的主要作用是防止锚杆间的松软岩石垮落,提高支护的整体性[21]
4、。锚索作为一种新型的加强支护方式,由于锚固深度大,可将下部不稳定的岩层锚固在上部稳定岩层中,同时可施加预紧力,主动支护围岩,能够充分调动巷道深部围岩的强度[22]。1.3、巷道围岩松动圈的概念与性质在原岩中开挖巷道,破坏了围岩的原有应力平衡状态,使应力重新分布:一是径向应力减小,周边处为零;二是切向应力增加,产生了应力集中。另一方面,围岩受力状态由三向变成了近似二向,岩石强度下降。如果集中应力值小于下降后的岩石强度时,围岩处于弹性状态,围岩自己承载,不存在支护问题;如果相反,围岩将发生破裂,这种破裂从周边逐渐向深部扩展,直至
5、达到另一新的三向应力平衡状态为止,此时围岩中出现了一个破裂区,一般是围绕开挖空间形成环状。围岩松动圈支护理论把这个由于应力作用产生的松弛破裂带称为巷道围岩松动圈,简称为围岩松动圈,从内到外依次为破裂稳定区(R0≤r≤Rb)、破裂剧烈区(Rb≤r≤Rp)、弹性区(Rp≤r≤+∞)。在围岩分类中,可用声波仪或多点位移计探测出围岩中的松动圈厚度值。我们知道围岩的有限塑性变形问题与岩石的应力-应变全过程曲线息息相关。如图3所示。从全程曲线可以看出,岩石从开始发生塑性变形到完全破坏,所产生的塑性-14-变形量总是有限的。对于脆性岩石来
6、说,它与围岩应力有关,对于一些中硬岩石和较弱岩石来说,它是一个定值。σoε图3岩石的应力应变全程曲线Fig.3Curveoftherelationbetweenstressandstrainofrock而对于脆性岩石,由于破裂发生后,岩石在破裂剧烈区发生了较大碎胀,强度迅速下降;但由于残余应力的存在,破裂半径有所减小。可见松动圈与原岩应力、巷道尺寸成正比关系;与破裂稳定区的强度和支护抗力成反比关系。通过上述分析,可以画出巷道围岩中应力的分布曲线,如图4所示,在破裂稳定区和破裂剧烈区截面上,切向应力并不连续,之间有一个差值。图
7、4圆形巷道围岩中的应力分布及其典型物理力学状态R0—圆形巷道半径Rb—破裂稳定区半径Rp—塑性区松动圈半径Fig.4StressdistributionandtypicalphysicalmechanicalstateincircularroadwayrockR0—circularroadwayradiusRb—rupturestablearearadiusRp—plasticarealoosecircleradius大量的现场和实验室研究表明,松动圈具有以下性质:-15-①围岩松动圈是开巷后,巷道周边客观存在着的物理状态,
8、其对应于岩石全应力—应变曲线峰后阶段的岩石状态。只有当围岩强度大于围岩应力时,巷道周边不产生松动圈,此时称松动圈为零。②同一围岩的巷道中,岩石应力愈大,松动圈也愈大;同一应力条件下,岩石强度愈低,松动圈也愈大。③围岩松动圈具有一定的形状:根据实验室试验,当围岩各向同性时,如果垂直应力与水平
