受采動(dòng)影響前巷道圍巖與支護(hù)共同作用分析

熊五一

摘要：在煤礦生產(chǎn)過程中，U型鋼可縮性金屬支架已獲得較廣泛的應(yīng)用。U型鋼可縮性金屬支架具有可縮量和承載能力在結(jié)構(gòu)上的可調(diào)性，通過構(gòu)件間可縮和彈性變形調(diào)節(jié)圍巖應(yīng)力。在支架變形和收縮過程中，保持對(duì)圍巖的支護(hù)阻力，能促進(jìn)圍巖與支護(hù)共同作用。本文闡述了受采動(dòng)影響前彈塑性狀態(tài)下巷道圍巖與U型鋼可縮性金屬支架支護(hù)相互作用原理、巷道開掘后圍巖彈塑性階段有效地控制巷道圍巖以及保持圍巖穩(wěn)定的重要性等技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：圍巖應(yīng)力支護(hù)阻力可縮性支架

中圖分類號(hào)：TD35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0086-01

1受采動(dòng)影響前巷道掘進(jìn)階段圍巖變形規(guī)律

巷道開掘會(huì)造成圍巖應(yīng)力重新分布，圍巖變形會(huì)持續(xù)增長和變化。在巷道掘進(jìn)影響階段和掘進(jìn)影響穩(wěn)定階段巷道的圍巖變形量和圍巖變形速度主要取決于巷道埋藏深度和圍巖力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)以及支護(hù)等巷道邊界條件。

1.1 巷道掘進(jìn)影響階段

煤體內(nèi)開掘巷道后，處于彈性變形狀態(tài)的巖體經(jīng)過原巖應(yīng)力重新分布，在彈塑性形變的過程中，圍巖向巷道空間位移迅速增長。主要有頂板下沉量、底板鼓起量和巷幫移近量。隨著巷道掘進(jìn)時(shí)間的延長，圍巖變形速度逐漸降低，趨向緩和。

1.2 掘進(jìn)影響穩(wěn)定階段

掘進(jìn)巷道引起的圍巖應(yīng)力重新分布趨于穩(wěn)定，圍巖變形主要來自于圍巖流變。由于煤體的流變性以及支架支護(hù)調(diào)節(jié)圍巖應(yīng)力，圍巖與支護(hù)共同作用，掘進(jìn)引起的圍巖變形相比掘進(jìn)初期要小得多。

2巷道圍巖與支護(hù)共同作用原理

巷道開掘后，巷道空間上方巖層的重量由巷道支架與巷道周圍巖體共同承擔(dān)，巷道支架與圍巖體組成一個(gè)共同的承載體系。

原巖應(yīng)力P0狀態(tài)下未開挖前的巷道當(dāng)開挖后，處于彈性變形狀態(tài)的巖體經(jīng)過原巖應(yīng)力重新分布，巷道圍巖內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中。往往使巷道周邊向圍巖深處的一定范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，巷道周邊圍巖強(qiáng)度降低，圍巖發(fā)生破裂和位移。支護(hù)的作用原理可以用支護(hù)與圍巖相互作用情況來描述，如圖1中曲線a—b—E所示。圍巖因其性質(zhì)及崩解、破碎和膨脹變形的不同，會(huì)有E1，E2，E3不同的圍巖變形曲線。巷道支護(hù)后支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相接觸時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變形，產(chǎn)生出支護(hù)阻力。由于不同的支護(hù)材料性質(zhì)及其彈性模量的不同，即有支護(hù)阻力曲線s1，s2，s3。圍巖變形曲線和支護(hù)阻力曲線相交穩(wěn)定在一個(gè)點(diǎn)，即支護(hù)與位移共同點(diǎn)。對(duì)于不同的圍巖性質(zhì)和同一種支護(hù)以及相同的圍巖性質(zhì)和不同支護(hù)，共同作用點(diǎn)的位置是不同的。支護(hù)剛度較大且支護(hù)及時(shí)，支護(hù)與位移共同作用點(diǎn)的應(yīng)力也較高，圍巖位移量也較小，對(duì)圍巖穩(wěn)定越有利（如圖1）。

3可縮性支架與圍巖的相互作用原理

Ⅰ為巷道周邊位移量與支護(hù)阻力關(guān)系曲線；Ⅱ?yàn)榭煽s性支架工作特性曲線，可縮性支架因具有可縮量和承載能力在結(jié)構(gòu)上的可調(diào)性，通常在支架變形和收縮過程中，能保持對(duì)圍巖的支護(hù)阻力，促進(jìn)圍巖應(yīng)力趨于平衡狀態(tài)?？煽s性支架的可縮性能適應(yīng)圍巖的有限變形，保持圍巖的穩(wěn)定，避免支架嚴(yán)重變形和損壞。

巷道周邊位移量與支護(hù)阻力關(guān)系（如圖2）。隨著巷道周邊位移量的增長，巷道圍巖自身穩(wěn)定性在彈塑性階段隨之降低，而在松動(dòng)破裂階段圍巖松動(dòng)破裂開始脫落，支架支護(hù)阻力則加大。因支架具有可縮性，當(dāng)巷道圍壓達(dá)到一定值支架能通過縮動(dòng)一定程度上保持支護(hù)阻力的穩(wěn)定。可以看出，支架支護(hù)巷道后在彈塑性階段支架達(dá)到工作點(diǎn)b對(duì)巷道圍巖的控制以及保持圍巖穩(wěn)定更具有利。在圍巖彈塑性階段及時(shí)支護(hù)，且巷道支架系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和一定的可縮性，能有效的控制和適應(yīng)圍巖的變形，充分發(fā)揮支架的支護(hù)效果。

4結(jié)語

架設(shè)支架對(duì)圍巖施加徑向力，既支持松動(dòng)危石，又能加大巷道圍壓，提高圍巖強(qiáng)度，限制塑性變形區(qū)和破裂區(qū)的發(fā)展。對(duì)于塑性形變持續(xù)時(shí)間長適合可縮性支架支護(hù)的巷道圍巖性質(zhì)，U型鋼可縮性支架的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)圍巖作用于支架上的壓力達(dá)到一定值時(shí)，支架產(chǎn)生縮動(dòng)從而使圍巖作用于支架上的壓力下降，避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導(dǎo)致支架的嚴(yán)重變形和破壞，所以U型鋼可縮性支架廣泛地被應(yīng)用在煤礦的主要巷道和軟巖巷道。

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