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中国软岩工程专业委员会第二居学未大会论文集
巷道围岩松动圈支护理论
爹才庭那志宏
中国矿业大学松动圈支护研究室徐州
摘要地下工程中开挖巷道以后,围应力特新调整,在其周围产生石,
破裂松动状态,形成一松动圈。本文着阐述图岩松动圈支护理论及其分类方
法,以及错喻支护机理和参数的确定方法。
关祖词巷道围岩松动圈支护理论
围岩松动圈支护理论包括三个部分其一巷道工程的外荷载问题其二为围岩分类方
法其三为巷道锚喷支护机理及技术。
围岩松动圈支护理论
支护理论要回答的第一个问题就是支护的外荷载间题。开巷以后围岩应力将重新调整,
其结果围岩可能有两种状态一是弹性状态,另一种是围岩应力超过围岩强度而产生破裂的
松动状态。围岩松动圈支护理论认为,围岩破裂过程中所产生的碎胀力剪胀力是支护的危
险荷载,关于这一论点本研究室十几年来发表过不少论文,其中有代表性的请参阅《煤炭学
报》年一期。近期为了使这一观点能够定量的回答这一问题,我们利用伺服机对石灰
岩、砂岩、泥岩以及煤作了如下试验,见图
试验将围岩油压限定在零值左右,作岩石的应力、应变全过程曲线。同时采集了全过
程中油压和岩石体积的变化曲线。其中油压变化为岩石在受力的全过程中膨胀应力碎胀力
或称剪胀力。从各条曲线之间的相互关系可以看出,岩石在受力全过程中,对接触介质的荷
载影响程度。
图中“轴向应力一应变曲线”是一条常见的岩石特性曲线,随着轴向应力不断增加达到
峰值应力后,岩石内微裂隙连通,丧失承载能力在这个过程中岩石的“轴向应变一体积应
变”曲线也随着变化,其特点是岩石在峰值应力之前,即通常认为的弹性阶段,岩石体积应变
呈负增长并且其量较小,当试块应力达到峰值后,体积应变呈较大斜率增长,也就是说当围
岩破裂后,形成松动圈的时候岩石将产生明显的体积增大碎胀。再看图中的“轴向应变
一剪胀力”曲线在峰值前剪胀力也同样在零坐标处变动,而峰值后则碎胀力迅速增长。这就
是我们对大理岩、砂岩、泥岩以及煤试件试验的共同特点,即岩石只有在峰值应力后才有明
显的体积增长,才会与周围的介质争夺空间。例如,泥岩在试验条件下,将以,的
膨胀力向外扩展。
因此,围岩松动圈支护理论认为,开巷后围岩松动圈形成过程中的碎胀剪胀力是支护
的最大荷载,它的主要内容有以下几点
当围岩应力超过围岩强度时,围岩将产生弧形破裂带,称为围岩松动圈,其形状有
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图岩石伺服机粉砂岩体积应变与剪胀力试脸曲线
轴向应力一应变曲线轴向应变一休积应变曲线轴向应变一剪胀力曲线
圆形、椭圆形和异形不均质围岩三种。
幻圈岩松动圈的形成有时间性,现场实侧围岩在有控制的条件下,当时,
天稳定当时,天稳定,当时,需个月左
右。如果发生片帮冒顶或卧底,它将以新的裸肠圆
一般开巷后进行的支护包括锚杆支护,由于其迟后井与围岩有不可遵免的
架设空间,该值大于围岩峰值应力前的变形量,因此一般支护不能有效地阻止围岩松
的发生和发展,不能在峰值前进入工作