巷道塑性区位置研究

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某矿 工 作 面 走 向 长 度 均 超 过 ４ ０ ０ ０ ｍ， 顺 槽 从 开始掘到工作面回采结束需要保 留 ２～ ３年 ， 时间 较长 。锚杆 、 锚索和金 属网 由于顶板淋水容 易腐 蚀， 降低支护作用。另一方面， 由于工作面老顶完
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假设在地表下 Ｈ深处有一个小岩石单元 ， 这 单元处 于三 向应 力完 好稳 定 状态 （ 如 图 １所
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围 岩松 动 圈是 隧道 开 挖 后 ， 隧 道 周边 客 观 存 在 的物 理 状 态 ， 其 对 应 于 岩 石 全 应 力一 应 变 曲 线 峰 后阶 段 的岩石 状态 。只 有 当围岩 强 度 大于 围 岩 的应 力时 ， 巷 道 周边不 产 生松 动 圈 ， 此 时称 松 动 圈 值 为零 ， 巷道 实际 不存 在支 护 问题 。 ２ ． ３ ． ２围岩 松动 圈 的形 状 特征 围岩松 动 圈具有 一 定 的形 状 。根 据 实验 室 试 验， 当围岩 各 向同性时 ， 如 果 垂 直应 力与 水平 应 力 相等 ， 则 为圆 形 松 动 圈 ， 否 则 为椭 圆形 ， 且 椭 圆 的 长轴 与主 应 力方 向 垂直 ， 如 果 岩性 非 同 性 ， 在岩 石 强度 低 的层位将 产 生较大 的松 动 圈。 ２ ． ３ ． ３闱岩松 动圈形 成 的时 间性 由于阳岩应 力调整及重新分布 ， 而岩石具有 长时 强度 的 特 性 ， 围 岩 松 动 圈 的 发 展 形 成 有 一 时 间过程 ， 但对于 时 间的 定量 待 研 究 。现 场 实测 ， 松 动 圈的形 成时 间 ， 小 松 动 圈 需 要 ３—７天 ， 大 松 动 圈需要 １— ３个 月。巷 道收 敛 量 测表 明 ， 松 动 圈 发 展 的时 问与巷 道收 敛变 形 在 时 间上 是一 致 的。前 者是 因 ， 后者 是果 。 ２ ． ３ ． ４围岩松 动 圈与支 护的关 系 围 岩松 动 圈对 支 护 的 影 响很 大 ， 而 支 护 对 松 动 圈的尺 寸影 响不 大。 现 场 观 测 表 明 ： 当松 动 圈
巷道塑性 区位置研 究
张冬 华（ 国电建投内蒙古能源有限公 司 察 哈素煤 矿 ， 内蒙古 鄂 尔多斯 ０ １ ７ ２ ０ ９ ）
摘 要： 采用双巷布置的采煤工 作面 ， 其中的辅运（ 回风 ） 顺 槽一般要经 历两次 采动影响 ， 在矿 压显现 剧烈 ， 地质 条件 不好冉 地区， 其一次支护往往无法保证二次使 用时的巷 道断面及安全生产要求 ， 为此需要 进行二次 补强支护 ， 如何合 理选 择支护参数 ， 成 保证巷道安全的关键 ， 本 文通过使用钻 孔成像仪探测巷道顶板 及两 帮塑性 区（ 松动圈 ） 情况 ， 用 以指 导确 定锚杆 、 锚索支护 长度 ， 避免 因锚杆 、 锚索长度过短造成 冒顶 、 片帮 ； 同时确定 注浆段位 置及注 浆孔 深度等 ， 为 后期巷 道补 强提供设计依据 。 关键词 ： 锚杆 、 锚索 支护 ； 松动圈 ； 巷道 控制 ； 钻孔成像
中图分 类号 ： Ｔ Ｄ ３ ２ ２
１概况
文献标 志码 ： Ｂ
文章 编号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ７） ０ １— ０ １ ２ ２— ０ ５
示） 。当开挖一空间后 ， 水平应力 Ｈ １ 解除 ， 单元变 成二向受 力。这 时单元 的应 力产 生 两个方 面变 化： 一是 由于三向应力变成二 向应力状态， 单元 强 整性较好 ， 直 接顶 较薄 ， 工作 面采 空区充填 不充 度发 生 下降 ； 二是 由于 应 力 的转 移 ， 所 开 挖 空 间 的 分， 导致工作面老 顶垮 落后对 临近顺槽产生 的侧 周边应力集 中， 使单元受 力增加 。如果单元所 受 向压 力大 ， 整个顺槽底鼓严重； 工 作 面 每 推 进 应力超过其强度 ， 单元 １ 将发生破坏 ， 其承载能力 ３ ０ ０ ｍ左右顺槽 变形更为严重 ， 顺槽顶板 离层、 裂 变低 ， 发 生应 力 向深 部 转 移 。这 样 ， 相 邻 单 元 ２开 隙具 体 位置 ， 两 帮裂 隙 、 塑性区具 体位置不明； 无 始面临单元 ｌ 相似的情况 ， 有一点不同的是 ， 单元 法判断现用支护锚杆 、 锚索长度是否合理 ， 注浆加 ２的水平应力 Ｈ ２ ， 由于单元 １ 的存在将不为零 ， 但 固段位置及注浆孔深度无法确定 。 数值 很小 ， 所 以 单 元 ２的强 度 略 高 。如 果 这 时 单 为保证巷道的支护效果， 减少巷道后期的维护 元 ２上作用的应力仍大于其强度 ， 则单元 ２又 将 费用 ， 确定锚杆 、 锚索合理的长度 以及确定注浆加 发生破坏 ， 使应力再次 向深部转 移。单元破坏 应 固的范围及注浆深度 ， 经过对井 下现场勘查后， 决 力转移 ， 其应力集中程度有所减弱 ， 而径 向应 力有 定首先在 该矿 ３ １ ３ ０ ３辅ｉ 顷槽进行 塑性区 具体位置 所 增 加 ， 最 后 到单元 ｎ时 ， 其 单 元上 所 受 应 力 小 于 的研究 ， 以期达到支 护巷道 、 节 约成 本的 目标 。 其三向应力极限强度 ， 则单元 只产生弹塑性变形 ２松 动 圈理 论 而不发生破坏。这样 的变化 结果 ， 使得在单 元 １ ２ ． １松 动 圈的概 念 至单 元 （ ｎ一１ ） 之 间 的 岩石 处 于 破 坏 状 态 ， 而从 单 巷道开挖后 ， 如果 围岩集 中应力值大于 围岩 元 ｎ 开始向外 ， 岩石处 于弹 塑性变形 的原岩完 好 强度 ， 围岩将发生破坏 ， 这种破坏从周边逐渐向深 状态 。 部扩展 ， 直到达到新的应力平衡状态为止 ， 此时围 这样 的情 况 同样 发 生于 所 开 挖 空 间 的各 个 方 岩中出现了一个松弛破碎带 ， 即围岩松动圈。 向， 所以， 在这个空 间的周围形 成 了一个破裂 区。 ２ ． ２围岩松 动 圈的 形成及 物理 状 态 围绕 开 挖空 间 的这 一 破 坏 区域 一 般 为 环 状 ； 对 于 塑 性岩 石 ， 在 破 裂区 外应 力接 近 但 小 于岩 石 强度 ， ／ 、 、 ／ 、 围岩处 于塑 性 状 态 ； 再 往 外 应 力 低 于 岩 石 的 塑 性 屈服 应 力 ， 围岩 处于 弹性 状 态 ， 形 成 了一般 所 说 的 ／ 一 围岩 中 的四个 区 。 ／ ＼ ｉ 一一 ． ７ 囊 ÷ ０一 二 ． … ～ ０ 处 于弹 性 状 态 的 围岩 仍 然 具 有 承 载 能 力 ， 所 ｒ —ｒ ’ ０ ｒ 以可以保持 自稳。而处于破裂状态 的围岩 ， 由于 ， 。 一ｊ 发生了碎胀破裂 ， 其表面将丧失 自承能力， 如果不 ／ 进行支护将会产生失稳 ， 所以， 破 裂区是支护的直 ／ 广 接对象 ， 是解决 支护问题的关键所在 。 ＼
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２ ． ３围岩松 动 圈的性 质
图 １ 模 拟 示 意 图
２ ． ３ ． １ 围岩松动圈的客观性及普遍性
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６—１ ２—１ ６ 作者简介 ： 张冬华 ， 男， 山东济宁市人 ， 研究生毕业 ， 现在 国电建 投内蒙古能源有限公 司察哈素煤矿 工作。