资源描述：
《回采巷道底鼓力学原理研究.pdf》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、文章编号:1003-5923(2003)04-0024-04回采巷道底鼓力学原理研究1233李怀伟,程建平,郭仁光,张道福(1.宁夏煤业集团公司石炭井指挥部通风处,宁夏石嘴山750000;2.兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿,山东邹县272169;3.中兴能源股份有限公司蒋庄煤矿,山东滕州277519)摘要:分析了回采巷道底鼓的发生、发展过程和影响因素,认为回采巷道的义鼓不仅与底板岩层的力学特性有关,还与工作面超前支承压力、顶板及上覆岩层变形、两帮变形有关,是这些因素综合作用的结果。关键词:回采巷道;底鼓;支承压力;力学原理中图分类号:TD824.7文献标识码:A2.1超前支承压力对底
2、板岩层抗弯刚度的影响1掘进对底板岩层的影响[2]据文献,回采期间,工作面超前支承压力通[1]降围压实验表明:岩石在不同应力状态下存过两帮传递给底板,巷道底板一定深度的岩层出现储不同的应变能。应力状态改变时,应变能也必然垂直拉伸应变,以下则为压应变。而回采巷道的底随之改变。在降围压实验中,主动减少围压的同时,板岩层一般为层状岩体,其抗拉强度由层间的弱面最大主应力也被动减少。降围压实验较真实地反映所控制,因而抗拉强度很小。因此,巷道底板岩层将了地下工程的开挖对岩体的影响。据降围压实验,在支承压力的作用下产生离层,同时大大降低了底只要原岩最大压应力大于围岩的单轴抗压强度,在板岩层的抗弯刚度。
3、人工开挖(降低围压)过程中,岩石便会破碎。层状岩体受纵向应力作用如图1所示。回采巷道掘进时,若水平地应力大于垂直地应根据图1可分析层状岩体的抗弯刚度。若将层力,则巷道的开挖对底板岩石来说,是降低了围压,状岩体视为一个整体,厚度L,其纵向方向的弹性当水平应力超过底板岩石的单轴抗压强度时,底板模量以EL表示,岩体在宏观纵向应力RL的作用在开掘过程中即遭破坏;反之底板是稳定的。当垂[3]下,各分层岩石的纵向应变分别为:直地应力超过水平地应力,巷道的开掘减少了最大RtRt12主应力。此时,若水平地应力小于岩石单轴抗压强Et=Et=1E21E2度,底板则是稳定的,底板的变形属应变回弹。RtRti
4、n从能量的角度分析,底板岩层处于三向应力状Et=Et=iEniEn态时,允许储存很大的应变能。巷道开掘后,在周围形成应力集中区,在应力集中区形成能量集聚。当围岩最小主应力降低,允许储存的能量随之降低。如集聚的能量大于该点的极限储存能,多余的能量将自动向深部转移,转移能量的区域产生塑性变形或破裂;当围岩最大主应力降低时,集聚的能量小于该点的极限储存能,因而,岩体是稳定的。因此,巷道开掘后,底板岩层的破坏与否与岩体本身的力学特性及应力状态有关,并不是巷道开掘后底板岩层便立即遭到破坏。图1层状岩体受纵向应力作用示意图2超前支承压力对底鼓的影响收稿日期:2003-05-11作者简介:李怀伟(1
5、970-),宁夏中卫人,工程师,1992年毕业于西安矿业学院,现在宁夏煤业集团公司石炭井指挥部通风处工作。·24·2003.№4矿山压力与顶板管理式中Rt、Rt、Rt、Rt——各分层实际受到的应力;很大程度上取决于这些岩层(t1、t2、⋯、tn)的稳定性12inE1、E2、Ei、En——各分层弹性模量;与位移量。由于巷道开掘、工作面超前支承压力和t1、t2、ti、tn——各分层厚度。底板原生节理裂隙的影响,破坏了底板岩层的完整在未受到支承压力的影响时,底板层状岩层各性。因此,可将底板简化由四周破坏的矩形板组合分层岩石是紧密粘合在一起的,可将层状岩体视为而成。在这种状态下,t1岩层的压曲
6、计算模型如图3一个整体,厚度为L,其纵向方向的弹性模量以EL所示(图中,a、b分别为板的长和宽;px、Apx分别为表示。于是可知底板层状岩体在宏观应力RL的作板所受压力)。用下,具有以下应力和应变关系:(2)临界载荷的计算Rt≠Rt≠⋯≠Rt≠⋯≠Rt薄板压曲微分方程为:12in222Et=Et=⋯=Et=⋯=Et-ELDý4X-Nx5X+2Nxy5X+Ny5X=012in2225x5y5y各分层岩石在纵向方向受到的应力之和应等式中Nx、Ny——分别为板中面内沿x、y方向的于层状岩体在该方向所受到的总压力,即:内力;RLL=Rtt1+Rtt2+⋯+Rtti+⋯Rttn12inNxy——
7、板中面内的剪力。岩体纵向总应变为:RLEL=EL将上式经计算整理得:ELELL=EtE1t1+EtE2t2+⋯12+EtEiti+⋯+EtEntninnti图2底板岩层赋存状况图EL=2Eii=1L抗弯刚度D的计算式为:3EtD=212(1-L)式中t——岩层厚度;L——岩石泊松比。则层状底板岩层的抗弯刚度为:n2EitiLD=22i=112(1-L)当底板岩层在支承压力作用下离层后,底板岩图3底板岩层四边断裂模型层不再是一个整体,则单个分层的
