巷道圍巖受力變形分析

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1、巷道圍巖受力變形分析［摘要］本文從彈塑性理論和材料力學(xué)基本原理出發(fā)，將首先建立一個較為理想的巷道外接力學(xué)模型。該模型的建立，一方面為彈塑性理論在巷道圍巖受力解析分析中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，另一方面也將揭示出礦山巷道底臌長期得不到較好治理的根本原因。［關(guān)鍵詞］巷道;圍巖受力;變形分析中圖分類號：TD322文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號1009-914X(2016)22-0017-01巷道外接圓理論的基本原理礦山巷道依據(jù)其不同用途可以設(shè)計(jì)成不同的形狀，可以是拱形、梯形、矩形等。對于這些形狀的巷道，其應(yīng)力分布規(guī)律，目前力學(xué)上尚無現(xiàn)成的解析

2、解答，也沒有辦法依據(jù)一定的理論方法直接獲取這些巷道的圍巖應(yīng)力分布規(guī)律。此處為了能夠直接利用現(xiàn)成的彈塑性理論來分析圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律，特用巷道的外接圓將各種形狀的巖石巷道還原成一個圓形道，具體原理如下。1、礦山巷道力學(xué)模型的建立本文主要以東海煤礦32號層回采巷道為研宄對象，因回采巷道一般服務(wù)年限較短，為了提高掘進(jìn)速度，縮短成巷時(shí)間，所以回采巷道一般設(shè)計(jì)成矩形或梯形斷面形狀。由于礦山主要巷道均具有較長的長度，因此，在對巷道進(jìn)行受力分析時(shí)，可將巷道的受力問題作為平面應(yīng)變問題來處理。如圖1所示，巷道為矩形巷道，巷道外面的外接圓即

3、為矩形巷道被簡化以后的圓形巷道，巷道的受力、變形分析均以圓形巷道為對象。2、礦山外接圓巷道力學(xué)模型建立的原理首先，將圖1中陰影部分的圍巖和周圍巖體看成是相互疊合在一起、且相互作用的復(fù)合體，很明顯陰影部分的圍巖將受到周圍巖體的作用，通常情況下該作用包含有法向和剪切方向的作用，受到外圍巖體作用的陰影部分（如BD部分）實(shí)際上可以看成一個兩端固定的變截面梁。由于梁兩端截面面積非常小，稍微受力，梁端即會發(fā)生斷裂，因此該梁承載能力很小，這也充分說明了巷道的破碎位置通常發(fā)生在巷道各個角部的原因。所以，在進(jìn)行力學(xué)分析、松動圈研宄和巷道支

4、護(hù)的時(shí)候按照圓形巷道進(jìn)行處理即可、礦山巷道破壞機(jī)理的外接圓理論分析1、巷道變形破壞類型通常情況下，巷道變形破壞類型可以分為四種類型：（1）頂部破碎冒落；（2）巷道底角與肩部破壞；（3）g道底板產(chǎn)生底臌；（4）兩幫向內(nèi)移動。2、破壞機(jī)理分析由于采動影響，破壞了巖體中原巖應(yīng)力的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致頂板巖體移動變形，致使頂板巖體懸空及其部分重量傳遞到周圍未直接采動的巖體上，從而引起采場周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分布，形成支撐壓力區(qū)和卸載壓力區(qū)。在工作面前方煤柱及其頂?shù)装鍘r體內(nèi)形成支撐壓力區(qū)，而在采空區(qū)頂?shù)装鍘r體內(nèi)形成減壓區(qū)，其壓力小于開采

5、前的正常壓力，由于減壓的結(jié)果，致使頂板巖體向下移動變形，在采空空間上方巖層自下而上形成冒落帶、裂隙帶與彎曲下沉帶。而底板巖體除在垂直方向上受減壓影響外，還受水平方向的壓縮，產(chǎn)生向上隆起現(xiàn)象（底臌）。g道頂板的變形與破壞機(jī)理分析巷道開挖時(shí)，對于厚層狀或塊體狀巖體內(nèi)的巷道頂拱，頂板巖體除瞬時(shí)完成的彈性變形外，還可由塑性變形及其他原因而繼續(xù)變形，使頂壁輪廓發(fā)生明顯改變，但仍可保持穩(wěn)定狀態(tài)。開挖后，當(dāng)那里產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，且其值超過圍巖的抗拉強(qiáng)度時(shí)，頂拱圍巖就將發(fā)生張裂破壞，尤其是當(dāng)那里發(fā)育有近垂直的構(gòu)造裂隙時(shí)，即使產(chǎn)生的拉應(yīng)力很

6、小也可使巖體拉開產(chǎn)生垂直的張性裂縫。把頂板變形破壞分為以下幾種基本方式，實(shí)際巷道變形破壞可以是其中的一種，也可能是其中幾種的復(fù)合形式。1、水平載荷作用下的剪切破壞剪切破壞的原因是作用在頂板上的水平載荷超過了頂板巖層的抗剪強(qiáng)度。2、垂直載荷作用下的剪切破壞這種剪切破壞的原因是，垂直載荷在巖梁跨度中部造成拉應(yīng)力的同時(shí)，在兩端引起了剪應(yīng)力，當(dāng)巖梁的跨度與高度之比較小時(shí)，剪應(yīng)力成為破壞的決定因素。3、彎曲拉伸破壞頂板巖梁彎曲下沉過程中，因拉應(yīng)力達(dá)到巖層抗拉強(qiáng)度極限而破壞。頂板發(fā)生彎曲拉伸破壞有兩種模式：一是完整結(jié)構(gòu)頂板，巖層連續(xù)

7、性較好，為兩端嵌固梁;二是塊裂結(jié)構(gòu)頂板，連續(xù)性遭破壞，則為懸臂巖梁。4、脫落與冒落一些碎裂結(jié)構(gòu)和松散結(jié)構(gòu)的頂板巖層，連續(xù)性遭到嚴(yán)重破壞，不能形成穩(wěn)定的鉸接拱結(jié)構(gòu)。這種頂板中的某些塊體即所謂的“關(guān)鍵塊”，經(jīng)暴露便會自行或在外部因素激發(fā)下，如放炮震動脫落，繼而引發(fā)其他塊體脫落。隨頂板破碎程度的加劇，頂板中的“關(guān)鍵塊”數(shù)量相應(yīng)增多，頂板的穩(wěn)定性變差。斷層帶附近的破碎頂板經(jīng)常以這種方式破壞失穩(wěn)。結(jié)束語運(yùn)用深部回采巷道外接圓的理論知識，對深部回采巷道松動圈范圍內(nèi)的圍巖做受力分析，能夠?yàn)橄锏乐ёo(hù)提供依據(jù)。盡管通過“外接圓模型”所得的

8、計(jì)算結(jié)果是存在一定誤差的，但是它的確為巷道支護(hù)提供了一個有價(jià)值的理論依據(jù)。在一般情況下，巷道圍巖松動圈的內(nèi)邊界一般都處在外接圓的范圍內(nèi)，所以，運(yùn)用該模型研宄防治巷道變形的問題，得到的結(jié)果更傾向于安全性。參考文獻(xiàn)[1]姜耀東.巷道底臌機(jī)理及控制方法的研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，1993.[2]候朝炯，馬念杰.回采巷