巖巷底鼓機理及控制技術的力學分析.pdf

1、巖巷底鼓是煤礦中司空見慣的巷道破壞現(xiàn)象，目前80％以上巷道的破壞是由于底鼓引起的。為了解決巷道底鼓問題，近幾十年來科技工作者們投入了大量的心血，開發(fā)了不少底鼓防治技術。然而，科技工作者們對底鼓機理的認識也不完全一致，底鼓防治技術的工程應用也并未都取得良好的效果。目前工程實踐表明，深部巷道底鼓頻現(xiàn)。為了更好地認識底鼓和底鼓防治技術，提高底鼓防治技術工程應用的成功率，有必要對其開展力學研究。
　　煤礦巖巷圍巖是由層狀巖層構成，層理面、

2、層面是其一大特點。本文采用巖石力學、材料力學、復合材料力學、對具有層狀結(jié)構面發(fā)育的底板進行力學分析，探索底板的力學行為特點。在此基礎上，利用RFPA2D數(shù)值軟件對具有這種特點的巷道分析其在地應力下的底鼓特征，探索底鼓的規(guī)律性。進而依此，對目前廣泛應用于工程的底鼓防治技術進行力學分析，探討其防治底鼓的作用和局限性。通過研究，取得了如下成果：
　　1．不論是自重應力場還是構造應力場作用下，底板巖層受力復雜，是多種力的復合作用，其中水平

3、應力（平行于層理面)居主要地位。由不同層理構成的底板尤如層合板，在單一應力（拉壓剪）作用下會產(chǎn)生剝離、脫層、劈裂，而在復合應力作用下，底板沿層理方向的脫開將更容易。
　　2．層狀巖層巷道的底板在巷道開挖后原巖應力進行重分布，在底板巖層形成以強大水平應力為主體的復合應力狀態(tài)，層狀底板在強大水平應力為主體的復合應力作用下，出現(xiàn)沿層理面或?qū)永矸较虻呐选冸x、脫開，形成薄板，并壓曲或褶曲破壞。層理發(fā)育的底板，沿層理脫開容易，因而底鼓強烈

4、；層理不發(fā)育的底板，沿層理脫開不易，如果其沿層理方向的完整性好，則不易發(fā)生底鼓；只有當作用于底板的應力水平高時才能形成底鼓。
　　3．RFPA2D數(shù)值模擬實驗表明，自重應力場和構造應力場均能引起巖巷底鼓。在自重應力場下，隨著原巖應力水平的增大，巷道底板的破壞形狀由倒梯形向梨形發(fā)展，底板撓曲的深度范圍大；在構造應力場作用下，隨著原巖應力水平的增大，底板破壞形狀由倒梯形向倒三角形發(fā)展，底板撓曲的深度范圍較自重應力場小。雖然都有表現(xiàn)為倒

5、梯形的情形，但自重應力的倒梯形底邊遠寬于構造應力場的。對于復合的原巖應力場，則這種特征也呈現(xiàn)過渡特性。
　　4．不同應力場下底鼓的這種特性，可以輔助判定原巖應力是屬于自重應力場為主還是構造應力場為主。
　　5．底鼓的防治，應從削減作用于底板上的水平應力、提高底板巖層的完整性（抗劈裂能力）角度考慮。目前的單一防治技術多只顧及其一，如底板錨桿、底板注漿等只顧及后者，而底腳錨桿（索）、切縫、樁則只起到前者作用，所以作用發(fā)揮受限?？?/p>

6、重復注漿技術兼顧兩者較好，性價比較高。
　　6．應力水平也是底鼓防治中的一個關鍵因素。RFPA2D數(shù)值模擬實驗表明，應力水平對底鼓破壞區(qū)的形狀也產(chǎn)生影響，同時加重底鼓程度。應力水平增高，底鼓破壞區(qū)范圍加深，目前的單一技術在削減作用于底板上的水平應力、提高底板巖層的抗劈裂能力就顯現(xiàn)其缺陷（力不從心）?？芍貜妥{技術，由于可實現(xiàn)定期或不定期不斷給底鼓破壞的底板注入固化材料進行底板加固，注漿管和其周圍的圍巖聯(lián)合構成粗而起到削減作用于底板