【精品】破碎巷道支护失稳分析

《【精品】破碎巷道支护失稳分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、破碎巷道支护失稳分析轨道大巷和回风大巷等巷道围岩大部分属于围*弱结构，围岩弱结构的存在是导致巷道变形破坏的主要原因Z-O由于围岩沉积环境的不同以及地质运动的影响，组成巷道围岩的各岩层的物理学性质往往不同，有时甚至差别很大。从空间状态來看，巷道围岩是由不同岩性的顶、底板和两帮组成的一个复合结构。巷道围岩复合结构小各部分的强度、受力特征等力学特性是有差升的，当英小含有强度较低、变形较大或受力状况恶化的岩体（柱）时，称为巷道围岩弱结构，其中软弱岩层或岩（煤）柱称为弱体结构体。工程围岩复合结构中存在弱结构是极为普遍的，可将其分为岩性弱结构型（即顶板、

2、两帮或底板某一部分含有软弱岩层的单一岩性弱结构型和两个部位含有软弱岩层的混合岩性弱结构型）、侧帮为矿岩柱的几何弱结构型以及工程应力弱结构型三大类型。根据弱结构体在巷道围岩弱结构中的不同位置，可将岩性弱结构分为如图3-1所示的6种类型，其中I〜III型为单一・岩性弱结构，IV〜VI型为混合岩性弱结构。根据巷道顶、底板及两帮囤岩岩性的差异程度，各单一岩性弱结构还可以再进一步细分为4个亚类。1巷道围岩破坏与失稳的概念围岩由于应力重分布而出现变形，在一定条件下，变形发展导致围岩破坏、失稳。当巷道围岩的应力小于围岩强度，围岩处于自行稳定状态；当巷道围岩

3、的应力人于围岩强度时，围岩则发生破坏、其至处于不稳定状态或失稳状态。即围岩破坏条件为：max2[y]（1）式中：max——巷道闌岩中最大的应力；[y]相应应力状态的岩体强度。巷道开挖后，围岩中存在应力集中区，在该区域内I韦I岩应力一般大于岩体强度，导致部分区域的岩体进入破坏状态，巷道围岩一般都存在大小不等的破裂范围，即出现巷道围岩松动圈。然而，地下工程的实践却表明，尽管巷道、岩（煤）柱等地下工程岩休发生破裂，但绝大多数地下工程岩体的变形值仍在巷道、爾室的允许范围内，这些地下工程仍处于正常使用状态，即地下岩体工程多是在破裂的围岩松动圈中维护使用

4、的。这说明（1）式所表达的I韦I岩破坏的概念并不能反映巷道围岩的稳定性问题，巷道围岩的破坏与失稳是存在根本区别的。巷道的稳定性是指巷道保持预定的尺寸和形状（包括支架）的能力，包括围岩与支护结构稳定性的两重含义。从稳定性的定义可知，失稳就是围岩破坏后，巷道围岩或支护结构变形超出预定的尺寸和形状，致使巷道不能正常使用或根本不能使用的过程。破坏是应力稳定问题，失稳是变形问题。对于弱结构巷道，由于弱结构休的存在，围岩破坏、变形发展不均衡，围岩的稳定性也存在差异，围岩弱结构破坏后松动圈的发育变化特征，弱结构体对巷道变形破坏的影响程度，支护结构的作用以及

5、采动影响程度，决定着弱结构巷道能否正常使用时间的长短，也决定着弱结构巷道的稳定性。2岩性弱结构巷道围岩变形破坏特点岩性弱结构巷道囤岩的变形一般由三部分组成：（1）由于“开挖效应”所引起巷道围岩的弹塑性恢复位移，包括瞬时弹性恢复和粘弹塑性恢复。（2）由于开挖引起巷道围岩径向应力消失而产生的偏差应力作用下的损伤扩容。包括瞬时扩容和与时间有关的扩容；岩石扩容是指岩石破坏峰值Z前微裂隙产生、发展所产生的微裂隙体积膨胀。微裂隙的产生与扩展是由于岩右的非均匀质性导致局部拉应力引起的。由于没有形成贯穿裂缝，表现不出裂缝滑移错动的碎胀效应，其值仍局限在岩石峰

6、值极限变形量之内。（3）膨胀变形。巷道围岩破坏后的剪胀变形，是指围岩屈服破坏后岩体沿破裂而滑移、错动变形，乂碎胀变形。围岩弱结构中的弱结构体对巷道围岩的整体稳定性具有重要影响，甚至控制着围岩的稳定性。根据围岩弱结构的结构特征与有限兀分析，巷道弱结构围岩首先从弱结构体开始破坏，变形最严重的也是其中的弱结构体，巷道围岩破裂区域总是首先发生在强度最低、应力最为集小的岩层或区域屮。在低围压环境屮，巷道围岩弱结构中的弱结构体破坏表现出损伤扩容性与应变软化性。损伤扩容时候岩右（体）破坏前发生的变形，与破坏后的剪胀变形相比要小得多的。由于原有结构和连环破坏

7、，弱结构体破坏以后强度有很大降低，即表现应变软化性。弱结构体的应变软化对岩性软化对岩性弱结构巷道的破坏失稳具有重耍作用。在低围压环境中，围岩弱结构体屈服破坏后还表现出明显的体积膨胀特性（剪胀性），且这种特性受围压的控制。研究表明，围压对岩石的剪胀性有明显的影响，尤英是在低围压应力环境屮，岩石的剪胀性受围压的影响更加明显。文献指Hi,泥灰岩在零围压下的剪胀变形高达15%；压为3.5MPa时，其剪胀变形降为2.0%。图3-2是岩石剪胀性与围压Z间的关系曲线，从图屮可以看出，围压对岩石的剪胀性影响分为两个阶段：当围压小于4〜5MP&时，围压的变化对

8、岩石的剪胀性影响较大，围压的微小增加，可以使岩石的体积变形有明显减小；当围压大于5MPa时，围压的变化对岩石的体积变形影响较小。尽管支护给巷道围岩提供了较小的围压，