中厚多軟弱夾層復(fù)合頂板巷道圍巖破壞機(jī)理及支護(hù)研究.pdf

1、中厚多軟弱夾層復(fù)合頂板軟弱夾層數(shù)較多，同時(shí)軟弱夾層較薄、節(jié)理裂隙較發(fā)育。該類(lèi)頂板均質(zhì)性差、完整性差、強(qiáng)度和剛度低，極易發(fā)生離層失穩(wěn)。而頂板作為巷道圍巖的一部分，如果發(fā)生了破壞，很容易會(huì)影響到巷道圍巖其它各部分的穩(wěn)定性，最終使巷道失去其功能。而目前的眾多關(guān)于復(fù)合頂板巷道圍巖的支護(hù)理論對(duì)于軟弱夾層的研究涉及很少，如果針對(duì)多軟弱夾層巷道的圍巖控制完全引用前人的理論必然會(huì)帶來(lái)一些盲目性和不合理性，甚至?xí)a(chǎn)生一些安全隱患。為此，必須對(duì)含軟弱夾層的

2、復(fù)合頂板穩(wěn)定特性作細(xì)致研究，弄清巷道圍巖的變形機(jī)制和破壞機(jī)理，進(jìn)而提出相應(yīng)的巷道圍巖支護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)，從而為類(lèi)似地質(zhì)情況巷道的圍巖控制提供了合理有效的依據(jù)。
　　本論文在總結(jié)現(xiàn)有巷道支護(hù)理論與技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)典型的地質(zhì)情況，采用數(shù)值模擬計(jì)算與力學(xué)理論推導(dǎo)計(jì)算相結(jié)合的方法，構(gòu)建了巷道圍巖變形的耦合作用模型，揭示了巷道圍巖的變形機(jī)制，分析了軟弱夾層分布特性、厚度、厚度比以及側(cè)壓系數(shù)和荷載對(duì)巷道圍巖變形破壞的影響，并結(jié)合錨桿錨索耦合

3、支護(hù)理論，得到了相應(yīng)的圍巖控制手段。同時(shí)，結(jié)合巷道圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，得到了支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。主要結(jié)論如下：
　　(1)從力學(xué)角度分析了軟弱夾層對(duì)巷道頂板強(qiáng)度的影響，得出多軟弱夾層復(fù)合頂板的結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度效應(yīng)：由于最大主應(yīng)力平行于層理面方向，復(fù)合頂板巖體將發(fā)生垂直方向的側(cè)向擴(kuò)張變形，復(fù)合頂板失去垂直方向的側(cè)向約束后，則頂板的強(qiáng)度主要受軟弱夾層或夾層與堅(jiān)硬層間的層理面抗拉強(qiáng)度的控制；
　　(2)從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度分析了多軟弱

4、夾層復(fù)合頂板的離層的條件為載荷條件和變形條件，而變形條件又包含彎曲變形條件和剪切錯(cuò)動(dòng)變形條件；
　　(3)對(duì)巷道圍巖整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立了巷道圍巖的力學(xué)模型，分析得出巷道兩幫所受壓力和側(cè)向壓力以及不同區(qū)間范圍底板的撓度方程；同時(shí)根據(jù)巷道頂板、兩幫、底板的變形特性，建立巷道的“復(fù)合雙梁”耦合作用模型；
　　(4)根據(jù)軟弱夾層的分布特征對(duì)中厚多軟弱夾層復(fù)合頂板進(jìn)行分類(lèi)，分別為：均勻分布型、上部集中型、中部集中型、下部集中型和漸

5、進(jìn)分布型五類(lèi)。應(yīng)用fla c3D有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件，分析了軟弱夾層分布特征、軟弱夾層厚度、軟弱夾層與堅(jiān)硬巖層厚度比等圍巖自身內(nèi)部因素對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響；同時(shí)，分析了側(cè)壓系數(shù)和圍巖所受荷載等外部因素對(duì)巷道圍巖變形破壞特征的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：
　?、俅怪睉?yīng)力主要集中于巷道兩幫，巷道水平應(yīng)力在巷道底板和直接頂厚而堅(jiān)硬的巖層中產(chǎn)生集中應(yīng)力核，而軟弱夾層處的水平應(yīng)力較低；巷道圍巖的最大位移量和圍巖的塑性區(qū)分布范圍，均以上部集中型

6、、中部集中型、均勻分布型、漸進(jìn)分布型和下部集中型的順序逐漸增大；
　?、诓煌能浫鯅A層分布情況的復(fù)合頂板巷道的底板垂直變形隨加載時(shí)間步變化的規(guī)律大致相同，隨著加載的進(jìn)行，巷道底板中部位置向上的垂直位移不斷增大；巷道頂板的向下垂直位移在加載初期快速增大，后面逐漸趨于平穩(wěn)；上部集中型巷道和中部集中型巷道的直接頂板垂直位移相對(duì)較小，頂板的離層不是太明顯，而均勻分布型、下部集中型和漸進(jìn)分布型巷道頂板離層明顯；
　?、巯锏乐苯禹敯逯械?/p>

7、軟弱夾層越厚，軟弱夾層與堅(jiān)硬巖層的厚度比越大，且軟弱夾層的層數(shù)越多，巷道斷面的收縮量越大，巷道圍巖的塑性區(qū)分布范圍越廣；
　?、芟锏绹鷰r所受的荷載主要是影響巷道圍巖破壞區(qū)范圍的大小，而側(cè)壓系數(shù)主要影響巷道塑性區(qū)的分布狀態(tài)；
　　(5)根據(jù)中厚多軟弱夾層復(fù)合頂板巷道圍巖的變形失穩(wěn)特性，建立了巷道圍巖頂板拱一梁組合支護(hù)結(jié)構(gòu)，巷幫厚錨固板支護(hù)結(jié)構(gòu)，并分析了支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，得出支護(hù)體的強(qiáng)度計(jì)算公式；
　　(6)結(jié)合軟弱夾層分布