祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护(完).doc
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祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护(完).doc
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山西寿阳潞阳祥生煤业502切眼锚杆支护设计
山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司
上组煤5号交岔点锚杆支护设计
山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司
二零一一年十月十日
山西寿阳潞阳祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护设计
山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司
上组煤5号交岔点锚杆支护设计
设计单位:
太原擎天科技有限公司
项目负责人:
张召千张百胜
设计人员:
张召千:
博士,教授
张百胜:
博士,教授
谢福星:
硕士,助理工程师
崔凯:
硕士,助理工程师
地址:
山西省太原市太原理工大学矿业工程学院邮编:
030024
电话:
0351—6111196;6773312传真:
0351—6014469
阳祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护设计
设计主要依据
1.煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005
2.煤矿锚杆支护技术规范MT/T1104-2009
3.煤矿安全规程(2011版)
4.潞安矿区煤巷锚杆支护技术规范(2011修订版)
5.祥升煤业兼并重组整合矿井地质报告
6.祥升煤业兼并重组整合矿井初步设计
7.祥升煤业兼并重组整合矿井施工图设计
8.矿井瓦斯等级鉴定报告
9.国家关于煤炭工业颁布的法律法规、技术规范
ii
目录
1.前言 -1-
2.地质力学特性评价与分析 -2-
2.1矿井井田地质概况 -2-
2.2煤层赋存特征 -6-
2.3煤及顶板岩石力学参数及稳定性评价 -7-
3.围岩控制与锚杆支护原理 -11-
3.1巷道围岩控制原理 -11-
3.2锚杆支护原理及适用条件 -15-
3.3祥升煤业上组煤5号交岔点矿压特征 -18-
3.4祥升煤业上组煤5号交岔点宜采用的巷道围岩控制原理 -19-
3.5祥升煤业上组煤5号交岔点宜采用的锚杆支护原理 -19-
4.锚杆支护数值模拟分析 -20-
4.1模拟软件介绍 -20-
4.2上组煤5号交岔点模拟分析 -20-
5.巷道锚网支护方案及参数 -28-
5.1巷道位置及断面特征 -28-
5.2上组煤5号交岔点锚喷支护方案及参数 -29-
6.锚杆支护材料 -32-
6.1锚杆杆体 -32-
6.2脂药卷 -32-
6.3杆托板 -32-
6.4筋梯梁 -32-
6.5金属网 -32-
6.6锚索 -32-
6.7索托板 -32-
7.锚杆支护施工工艺及安全质量措施 -34-
7.1施工机具与施工准备 -34-
7.2施工工艺及要求 -34-
7.3施工质量标准 -37-
7.4施工安全措施 -38-
8.锚杆支护施工监测 -40-
8.1矿压监测实施方法 -40-
8.2巷道位移监测 -41-
8.3顶板离层监测 -42-
8.4锚杆(索)受力状态监测 -43-
8.5矿压监测管理措施 -44-
8.6信息反馈判别修正 -45-
9.结束语 -46-
1.前言
锚杆支护可显著提高围岩的稳定性,与传统的棚式支护相比具有明显的技术和经济优越性,因而倍受世界各国岩土工程界所关注,并得到快速发展和广泛应用。
目前,锚杆支护已经成为巷道支护的一个主要发展方向。
国家“七五”和“八五”科技攻关中将锚杆支护定为软岩支护的主攻方向之一,使锚杆支护有了新的发展,进入了以锚带网和锚梁网为代表的组合锚杆支护阶段。
这一阶段锚杆类型以水泥药卷钢筋锚杆为主,树脂药卷钢筋锚杆开始使用,基本解决了一般条件下巷道支护问题。
“九五”期间展开了更深入、细致的研究工作。
特别在96~97年,我国引进了澳大利亚锚杆支护技术,在邢台矿务局进行了现场演示,并完成了与锚杆支护技术有关的十五个项目,使我国的煤巷锚杆支护技术上了一个新台阶,全煤巷道、冲击地压巷道、复合、破碎顶板等困难地质条件下锚杆支护得到了应用,并取得令人满意的支护效果和经济效益。
我国锚杆支护经过40余年的探索,取得了很大进展。
从单体锚杆支护发展到了组合锚杆联合支护;从端锚固发展到加长锚固和全长锚固;从水泥砂浆锚固发展到树脂锚固剂和涨壳式锚固。
目前,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类回采巷道锚杆支护技术已经基本解决,可在全国推广使用。
应山西潞安集团祥升煤业有限公司的委托,我公司对祥生煤业6号煤层上组煤5号交岔点进行锚杆支护设计研究。
内容包括地质力学调查,支护形式和参数设计,支护材料选择,井下施工工艺和安全措施,矿压监测设计等内容。
设计采用地质力学评价、理论分析、数值模拟等方法,系统研究了该类巷道围岩的稳定性特征及与其相适应的锚杆支护原理,在此基础上提出了上组煤5号交岔点的合理支护设计方案及支护参数,形成了一套完整的支护设计及施工监测体系。
2.地质力学特性评价与分析
2.1矿井井田地质概况
2.1.1地理概况
本矿位于寿阳县解愁乡石门村西,原称寿阳县石门煤矿,系马首乡办煤矿,2001年11月改制为股份制企业。
地理坐标为东径113˚07΄42΄΄—113˚09΄36΄΄,北纬37˚56΄39΄΄—37˚59΄31΄΄。
井田位于沁水煤田边缘,为山前梁状黄土丘陵地貌。
地表被第四系黄土覆盖,土梁与黄土冲沟发育。
地势较为平坦,总的趋势是南北高,中南部低,最高点在井田南部,标高为1201.2m,最低点在井田中南部石门河,标高1077m,绝对高差133.2m,一般相对高差30m左右。
2.1.2井田地层
本井田基本为全掩盖区,新生界地层广泛分布,仅在井田中部零星出露几处下石盒子组地层,面积很小。
井田内地层由老到新有奥陶系中统上马家沟组、峰峰组,石炭系中统本溪组,石炭系上统太原组,二叠系下统山西组、下石盒子组,上第三系上新统,第四系。
现结合井田内及附近钻孔资料分述如下:
(一)、奥陶系(O2)
1、中统上马家沟组(O2S)
下段为灰色厚层状泥质灰岩及少量石膏,淡黄色泥灰岩与灰色白云质灰岩互层。
中段为深灰色厚层状灰岩、豹皮状灰岩及灰色白云质灰岩与深灰色灰岩互层。
上段为深灰色厚层状灰岩与浅灰色泥质灰岩互层,含有浅灰色泥质白云岩。
全组厚165—235m,与下伏地层整合接触。
2、中统峰峰组(O2f)
下段为深灰、灰色厚层状石灰岩,底部为浅灰色、浅黄色泥灰岩。
上段下部为深灰、灰黄色角砾状泥灰岩夹石膏层,上段上部为深灰色厚层状石灰岩,深灰、灰及黄色泥灰岩。
全组厚117—134m,与下伏上马家沟组地层整合接触。
(二)、石炭系(C)
1、中统本溪组(C2b)
全组平均厚49m,平行不整合于下伏奥陶系地层之上。
主要为浅灰色、灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、铝质泥岩及2—4层石灰岩组成,夹浅灰色细粒砂岩及2—3层煤线。
底部为鸡窝状山西式铁矿和G层铝土矿。
石灰岩一般有3层,中层及下层较稳定,中层灰岩上下都有煤线沉积。
灰岩中有牙形石及有孔虫化石。
2、上统太原组(C3t)
全组平均厚150.60m,整合于下伏本溪组地层之上,由灰色砂岩、深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩,深灰色石灰岩及8层煤层组成。
石灰岩一般为4层,自上而下编号为K4、K3、K2、K2下,可与太原西山之东大窑灰岩L5、斜道灰岩L4,毛儿沟灰岩L2+3、庙沟灰岩L1对比。
本组15号煤之下,有一层不稳定泥灰岩,厚1m左右,与太原西山吴家峪灰岩相当。
所含煤层自上而下编号为8、9、11、12、13、13下、15、15下,其中15号为稳定可采煤层8、9、15、15下号为局部可采不稳定煤层。
本组含丰富的植物化石、动物化石及微体化石。
(三)、二叠系(P)
1、下统山西组(P1S)
全组平均厚43.88m,与下伏地层整合接触。
由灰—灰白色中、细粒砂岩及深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成。
煤层自上而下编号为1、3、4、6号等4层,其中3、6号为稳定可采煤层。
本组含有丰富的植物化石。
2、下统下石盒子组(P1x)
全组平均厚145m,与下伏地层整合接触。
下部为灰黄、黄绿色、灰黑色砂质泥岩、泥岩与灰黄色中、细粒长石石英砂岩互层,底部夹有2—3层煤线。
底砂岩K8一般厚5m左右,为白灰色粗粒岩屑质石英砂岩,碎屑含量石英70%,长石5%,云母5%,岩屑15%,石英颗粒呈次棱角状,分选中等。
上部以灰黄、黄绿色中粗粒长石石英砂岩为主,夹灰黄、黄绿色砂质泥岩,顶部为一层铝质泥岩或含铝质砂质泥岩,富含铁质,风化后呈紫红色斑块,称桃花泥岩,颜色鲜艳,岩性明显,可作辅助标志层。
3、上统上石盒子组下段(P2S)
本段在井田内沉积不全。
岩性主要以黄绿色、灰绿色细粒砂岩为主,夹黄褐、黄绿、紫褐色泥岩及砂质泥岩,局部可见透镜状锰铁质结核及黑灰色泥岩薄层。
井田内残存厚度80m。
与下伏地层整合接触。
(四)、上第三系上新统(N2)
由鲜红、暗红色粘土,紫红色细粒砂岩、浅灰色砾岩组成。
粘土结构致密,表面有铁锰质薄膜。
厚3.00—25.00m,平均13.69m,不整合覆于不同时代基岩之上。
(五)、第四系(Q)
1、下更新统泥河湾组(Q1n)、午城组(Q1w)
泥河湾组上部为灰绿、黄灰色粘土及黄色亚粘土组成。
粘土质地均匀、致密;亚粘土呈团粒状结构,并有植物根化石。
二者常呈互层状,夹有泥灰岩薄层。
下部为土黄、淡红色砂土,细至粉砂结构,具大型斜层理,疏松分选好,底部为砾石层。
厚4.20—63.54m,平均27.10m。
午城组为橙红、红褐色粘土,夹红棕色古土壤多层,钙质结核层状分布,具不明显的水平层理和垂直节理。
厚5.44—18.11m,平均10.42m。
2、中更新统匼河组(Q2k)、离石组(Q2l)
匼河组为浅红色砂、砾石层,无分选,磨圆差,未胶结。
厚0—5m。
离石组为土黄、浅黄色亚砂土,夹2—6层褐黄、棕红色古土壤层,钙质结核1—3层,垂直节理发育。
厚5.00—27.28m,平均13.50m。
3、上更新统丁村组(Q3d)、马兰组(Q3m)
丁村组为浅灰色砾石层,以石灰岩为主,磨圆较好,分选中等,未胶结。
厚0-3m。
马兰组为浅灰黄、土黄色亚砂土,具大孔隙,疏松,垂直节理发育,厚2.00—12.26m,平均5.40m。
4、全新统(Q4)
近代冲积、洪积层。
浅灰色砂、砾石层,成分多为石灰岩,未胶结,I级阶地,河漫滩沉积。
厚1.00—19.40m,平均10.50m。
2.1.3含煤地层
井田内含煤地层为石炭系中统本溪组及上统太原组,二叠系下统山西组、下石盒子组。
本溪组及下石盒子组虽含2—3层煤线,但达不到可采厚度,无经济价值。
太原组、山西组含有具经济价值之煤层,为主要含煤地层。
(一)、石炭系上统太原组(C3t)
本组厚150.60m,主要岩性为深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩、石灰岩及灰色砂岩,含煤8层,其中可采煤层4层,为井田重要含煤地层组。
属海陆交互相沉积,可划分为6个旋回。
按其岩性、岩相特征,可分上、下两段。
1、下段:
K1砂岩底至K4灰岩顶,包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个旋回,厚80m左右。
含11、12、13、13下、15、15下等6层煤,其中15、15下号煤层为稳定可采煤层,15上号为局部可采不稳定煤层,其余煤层均不可采。
本段以海相、过渡相为主,有四次比较广泛的海侵及一次局部海侵。
底砂岩k1,一般为细粒砂岩,厚12.30m,成分以石英为主,分选较好,胶结坚硬,含泥质包体,正粒序,具斜层理,属三角洲分流河道相沉积。
K1砂岩沉积之后很快出现了一次局部的海侵,沉积了L0灰岩(旋回I)。
之后海退,在广泛的海滨平原上发育了泥坪及泥炭沼泽相环境,地壳相对稳定,沉积了具有经济价值的15及15下号煤层(旋回II)。
之后,地壳振荡又趋频繁,出现了四次较大规模的海侵,沉积了K2下、K2、K3、K4四层灰岩及13下、13、12、11号等四层煤(旋回Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)。
四层石灰岩特征明显,可作良好标志层。
其中K3、K2下在本井田多为两个分层组成。
15与15下号煤层之间在井田西部及南部发育一砂体,为浅灰色含砾中粗粒岩屑石英砂岩,磨圆好,分选中等,砂体近南北向展布,15号煤层沉积厚度受该砂体控制。
2、上段:
自K4灰岩顶至K7砂岩底(旋回Ⅵ),厚43m左右。
由灰、深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩及浅灰色细粒砂岩、中粗粒砂岩组成。
所含8、9号煤层均为不稳定煤层。
本段主要沉积环境为河流——三角洲环境。
K5及K6砂体为分流河道沉积。
分流河道间的洪泛平原上,沼泽、泥炭沼泽发育,沉积了有经济价值的煤层。
(二)、二叠系下统山西组(P1s)
本组厚39.70—49.60m,平均43.88m。
由Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ三个旋回组成。
主要由深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩,灰色中细粒砂岩组成,含煤4层,其中3、6号煤稳定可采。
底砂岩K7,俗称第三砂岩,厚2.99m。
为中—细粒岩屑石英砂岩,致密坚硬,分选磨圆中等。
其上为一套河流、湖沼相沉积,生降幅度不大,Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ三个旋回反映了地壳的三次振荡,沉积了三个煤组。
Ⅸ旋回成煤环境差,煤层薄,对比亦困难。
2.1.4地质构造
2.1.4.1区域构造
本区位于沁水煤田西北隅,阳曲—盂县纬向构造带南翼。
其东、西侧受太行经向构造带和新华夏系构造的控制。
南部受寿阳西洛南北向构造带的影响。
故整个矿区是在纬向与经向和新华夏系构造的复合控制之下。
矿区整体为一近东西走向、向南倾斜构造,西北部有北北东、北东向之正断层,矿区内部发育有次一级的背斜和向斜。
本井田位于寿阳矿区的西北端,煤层露头附近。
2.1.4.2井田构造
本井田位于寿阳矿区东北部,靠近煤层露头处,整体上为一北东走向,倾向南东的单斜构造,倾角3—12°,在井田的北部,煤层露头附近,地层走向近东西,倾向南,随着地层向南的扩展,地层走向转为北东,倾向南东,在井田的中南部发育了两条宽缓的向背斜,褶幅的延伸长度都不大。
在矿井开采中,6号煤层第Ⅴ盘区发现一陷落柱,平面形态为不规则椭圆形,长轴200m,短轴100m,陷壁角75度。
顺6号煤层送巷过程中,分别在距井口1540m(平面位置)和1870m处见有两个不规则陷落柱,长轴分别为50m和80m,短轴20m和50m,陷壁角75度。
还在顺6号煤层送巷过程中,煤层中发现有小的层间断层。
总体上看,本井田构造复杂程度属简单类。
但随着开采面积的增大,发现的陷落柱及小断层将会越来越多,对煤层的采掘及水文地质条件将产生一定的影响,而对煤质及开采技术条件几乎没有影响。
2.2煤层赋存特征
本井田主要含煤地层为山西组和太原组,自上而下编号为1、3、4、6、8、9、11、12、13、13下、15、15下等12层。
含煤地层总厚194.48m,煤层总厚13.83m,含煤系数为7.1%,含可采煤层6层,编号为3、6、8、9、15、15下,可采煤层总厚11.62%,可采含煤系数6.0%,山西组地层总厚43.88m,可采的3、6号煤层总厚3.90m,可采含煤系数8.9%。
太原组地层总厚150.6m,可采的8、9、15、15下号煤层总厚7.72m,可采含煤系数5.1%。
可采煤层分述如下:
(一)3号煤层
位于山西组中部,K6砂岩下27.38m,除北部边缘剥失外,其余均可采。
煤厚0.85—2.60m,平均1.87m,一般均含一层夹石,厚0.3m,岩性为泥岩。
可采性指数1,变异系数27.22%。
顶板为砂质泥岩、炭质泥岩;底板为砂质泥岩,少量为砂岩,属稳定煤层。
(二)6号为煤层
位于山西组下部,3号煤下8.59m,北部边缘剥失,南部D416号孔不可采,其余均可采。
煤厚0.50—2.95m,平均2.03m,一般均含一层夹石。
可采性指性0.917,变异系数21.68%,北纬4207000以北已基本采空。
顶板为砂质泥岩或泥岩;底板为砂质泥岩、砂岩,属稳定煤层。
(三)8号煤层
位于太原组顶部,上距6号煤8.00m,下距9号煤7.47m,北部边缘剥失,D368号孔西南角不可采,其余均可采。
煤厚0.55—1.75m,平均1.27m,不含夹石。
可采性指数0.917,变异系数30.86%,纬线4207000以北已基本采空。
顶底板为砂质泥岩、泥岩或砂岩,属局部可采不稳定煤层。
(四)9号煤层
位于太原组顶部,上距8号煤7.47m,下距K5砂岩5.77m,北部边缘剥失,南部及D380号孔不可采,D378、P108、D366号孔为高灰煤。
煤厚0.60—2.00m,平均1.02m,不含夹石。
可采性指数0.833,变异系数38.77%。
顶板为砂质泥岩、泥岩;底板岩性为砂质泥岩、泥岩,属局部可采不稳定煤层。
(五)15号煤层
位于太原组下部,K2下灰岩为其顶板。
北部尖灭,西南角变薄不可采。
煤厚0.40—3.53m,平均1.36m,含夹石0—2层。
厚0.30m,岩性为泥岩。
可采性指数0.545,变异系数72.69%。
顶板为石灰岩或砂质泥岩;底板为砂质泥岩,粉砂岩。
属局部可采不稳定煤层。
(六)15下号煤层
位于太原组下部,上距15号煤层14.44m,全井田稳定可采,厚3.30—5.15m,平均4.07m,大部不含夹矸或含一层夹矸,个别含2—3层夹矸,厚0.10—0.55m,岩性为泥岩。
可采性指数1,变异第数15.90%。
顶板为砂质泥岩、泥岩;底板为砂质泥岩、泥岩,个别为粉砂岩。
属全井田可采的稳定煤层。
详见可采煤层统计如表2-1所示。
2.3煤及顶板岩石力学参数及稳定性评价
2.3.1煤层顶底板岩层分布特征
上组煤5号交岔点沿6号煤层全煤掘进。
半圆拱形,巷道最大宽度9.552m,最高高度6.076m。
上组煤5号交岔点埋藏深度为107m—140m之间。
6号煤层厚0.50—2.95m,平均2.03m,一般均含一层夹石。
顶板为砂质泥岩或泥岩;底板为砂质泥岩、砂岩,属稳定煤层。
在井下巷道取芯,在太原理工大学力学试验室进行力学实验,得到6号煤层及顶底板岩层的力学参数,绘制成综合柱状如图2-1所示。
表2-1煤层赋存特征表
煤号
见煤
点
(个)
不可
采点
(个)
尖灭
点(个)
煤层厚度(m)
最小—最大
平均
煤层间距(m)
最小—最大
平均
结构
夹石层数
可采范围
稳定性
3
12
0.85-2.60
1.87
4.55-13.85
8.59
简单
1
全区可采
稳定
6
12
1
0.50-2.95
2.03
7.05-8.95
8.00
简单
1
基本全区可采
稳定
8
12
1
0.55-1.75
1.27
6.61-8.60
7.47
简单
0
局部可采
不稳定
9
12
2
0.60-2.00
1.02
65.60-81.0
72.51
简单
0
局部可采
不稳定
15
11
5
(1)
0.40-3.53
1.36
4.25-21.8
14.44
简单
0-2
局部可采
不稳定
15下
12
3.30-5.15
4.07
简单
0-3
全区可采
稳定
-46-
-46-
图2-1潞阳祥升煤矿6号煤层及顶底板岩层综合柱状图
2.3.2煤及顶板岩层地质力学特性评价
(1)矿区整体为一近东西走向、向南倾斜构造,西北部有北北东、北东向之正断层,矿区内部发育有次一级的背斜和向斜。
(2)本井田构造复杂程度属简单类。
但随着开采面积的增大,陷落柱及小断层将会越来越多,对煤层的采掘及水文地质条件将产生一定的影响,而对煤质及开采技术条件几乎没有影响。
(3)该区域6号煤层埋藏深度为107m—140m之间。
(4)6号煤层以暗煤和亮煤为主,夹有镜质条带,具沥青光泽,属半暗-半亮型煤。
属中等偏低强度煤层,煤层整体性一般,具有一定的自稳性,煤层节理裂隙发育。
(5)6号煤层顶板主要由砂质泥岩、砂岩、泥岩和3号煤层组成。
6号煤层之上为砂质泥岩,局部相变为泥质砂岩,厚度3.15-4.05m,平均3.6m岩块肉眼观测呈深灰色,砂状泥质结构,水层层理构造。
主要物质组成为砂级矸屑,含量约30~35%,粘土矿物含量约65~70%;砂级矸屑除石英外,可能含有一定量的云母碎片,沿岩层水平层理分布,呈现闪闪发亮光泽。
砂质泥岩层理裂隙发育,局部垂直裂隙明显。
之上为砂岩,厚度为1.51-2.13m,平均1.82m,灰白色,坚硬,主要成分为石英,含云母。
之上为泥岩,厚度为2.83-3.52m,平均3.17m,灰黑色,质软,节理裂隙发育。
之上为3号煤层,黑色,节理裂隙发育,厚度0.88-2.6m,平均1.87m,一般均含一层夹石,厚0.3m,岩性为泥岩。
(6)6号煤层距3号煤层平均8.59m,6号煤层全井田稳定可采,煤层厚度0.5—2.95m,平均2.03m,一般均含一层夹石。
顶板为砂质泥岩或泥岩;底板为砂质泥岩、砂岩,属稳定煤层。
(7)6号煤层底板主要粉砂质泥岩、砂岩。
粉砂质泥岩,岩块肉眼观测呈灰黑色,含粉砂泥质结构,块状构造。
断口呈贝壳状。
主要物质组成为粘土矿物含量约80~85%,粉砂级矸屑约20~25%,可见极少量星点状黄铁矿。
岩层节理裂隙发育,底部粉砂质泥岩较为破碎。
3.围岩控制与锚杆支护原理
3.1巷道围岩控制原理
3.1.1支护与围岩共同承载机理分析
不同于普通结构工程,巷道是一种典型而复杂的地下工程,其载荷大小、承载系统的组成状况、结构特征及其力学性能等均存在着很大程度的不确定性。
随着支护方式的不同以及围岩中应力分布及变形状态的改变,承载体与载荷体可能发生相互转化,即在特定条件下,承载体可以转化为载荷体,载荷体也可以转化为承载体,而且,这种转化将带来巷道围岩承载体系的结构特征、承载体系所承受的载荷大小以及承载体系和围岩的变形及稳定性状况等方面的差异。
因此,进行巷道支护时,不仅要考虑支架的支撑能力这一因素,更要认识到围岩是一种天然承载结构,在特定条件下可表现出很强的自承载能力。
前两章的研究表明,在整个服务期间内巷道围岩的力学性态及其结构特征是变化的。
因此,相同围岩及载荷条件下的不同支护系统或不同围岩及载荷条件下的相同支护系统将分别或先后经历以下变形及受力过程。
3.1.1.1巷道围岩压力随变形的波动性变化规律
巷道的开挖以及工作面的回采使围岩中原有的应力平衡状态被打破,因此,其中的应力将要进行重新分布,以使围岩中的应力状态达到新的平衡,而且,这种应力状态的变化将要随着采动影响的不断加剧而反复进行。
在应力重新分布过程中,围岩要产生相应的变形和位移。
支护结构的存在,将使围岩中新平衡状态的形成过程及结果发生改变,且支护条件以及受采动影响程度不同时,围岩形成新平衡状态的过程中所产生的位移以及给支护所造成的压力也会有所差异。
依据巷道围岩与支护的相互作用达到平衡时所处的变形状态,可将给定围岩结构及边界条件下的围岩压力、围岩位移以及两者之间的关系曲线分为以下几个特性阶段:
1)围岩完全处于弹塑性状态时
围岩发生强度破坏之前,即围岩中只存在弹性区和塑性区时,围岩中的应力与变形是成正变关系的(类似于岩石应力-应变曲线中的峰前阶段),即变形量越大,围岩中的应力越大,围岩所承受的载荷也就越大,因而支架所承受的载荷就越小。
反之,要控制围岩的变形量,则须适当减小围岩所承受的载荷,即对围岩提供一定的支护力,使围岩中的应力集中程度降低,从而使围岩的变形量减小。
从围岩压力特性曲线中可以看出,为了充分利用围岩的承载能力,应该允许围岩在保持连续性的前提下产生尽可能大的变形。
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