綜放回采巷道圍巖裂紋擴(kuò)展與類板結(jié)構(gòu)及其非均稱控制.pdf

1、本文就巷道圍巖破碎區(qū)與塑性區(qū)內(nèi)的裂隙擴(kuò)展、弱結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)、非均稱控制機(jī)理等方面開展了深入研究。
　　裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展并非巷道失穩(wěn)破壞的直接原因，在生產(chǎn)現(xiàn)場中幾乎所有巷道圍巖中都發(fā)育著宏觀裂紋，且大部分都是穿透巖層的裂紋，但這些巷道仍能夠正常使，這是因為巖體被穿透性的裂紋切割以后，未受損傷的部分巖體仍然能夠形成新的力學(xué)平衡結(jié)構(gòu)。雖然這種結(jié)構(gòu)的承載能力受到很大削弱，但在高應(yīng)力轉(zhuǎn)移后的低應(yīng)力環(huán)境下，這種結(jié)構(gòu)仍然能夠維持其平衡，進(jìn)而繼續(xù)維

2、持著巷道圍巖的穩(wěn)定。當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力的再次分布時，這種結(jié)構(gòu)的力學(xué)平衡可能被打破，這些結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞最終導(dǎo)致巷道圍巖的失穩(wěn)破壞。
　　研究表明巷道圍巖的變形破壞帶有明顯的局部化行為特征，高地應(yīng)力作用下，圍巖變形局部化導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，大多數(shù)裂紋的擴(kuò)展是以翼型裂紋方式進(jìn)行的，裂紋發(fā)展到一定程度會在巷道圍巖中產(chǎn)生“類板結(jié)構(gòu)”，這種“類板結(jié)構(gòu)”的形態(tài)與遠(yuǎn)應(yīng)力場分布有密切的關(guān)系，其延伸方向與最大主應(yīng)力方向平行。
　　研究還表明當(dāng)“類

3、板結(jié)構(gòu)”再次受到壓縮時就會發(fā)生屈曲或剪切，過度的屈曲或剪切會導(dǎo)致其失穩(wěn)，并最終導(dǎo)致巷道圍巖的失穩(wěn)。在一定程度上錨桿支護(hù)可以對類板結(jié)構(gòu)的屈曲加以控制，控制類板結(jié)的屈曲要考慮錨桿兩個方面的參數(shù)，其一是錨桿的密度，可以通過控制一定長度類板結(jié)構(gòu)所需要錨桿的個數(shù)來計算。另一個參數(shù)是錨桿的剛度，可以通過控制n個彈性支座上類板結(jié)構(gòu)屈曲對彈性支座的剛度要求來確定。
　　控制“類板結(jié)構(gòu)”穩(wěn)定所需要的錨桿數(shù)目與“類板結(jié)構(gòu)”的長度成線性增長關(guān)系，與原巖

4、應(yīng)力的大小成平拋物線增長關(guān)系；而與巖體彈性模量成負(fù)指數(shù)（-1/2）的冪函數(shù)曲線關(guān)系遞減，與“類板結(jié)構(gòu)”的厚度成負(fù)指數(shù)（-3/2）的冪函數(shù)曲線關(guān)系遞減。因此，控制巷道圍巖內(nèi)部裂紋的發(fā)展是一種積極的支護(hù)方式。
　　控制“類板結(jié)構(gòu)”穩(wěn)定所需要的錨桿剛度與環(huán)境應(yīng)力場的應(yīng)力成半立方拋物線增大；與“類板結(jié)構(gòu)”巖性剛度成負(fù)指數(shù)（-1/2）冪函數(shù)曲線關(guān)系遞減；與“類板結(jié)構(gòu)”厚度也成負(fù)指數(shù)（-3/2）的冪函數(shù)曲線關(guān)系遞減。錨桿剛度對于“類板結(jié)構(gòu)”的