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，同時軟弱夾層較薄、節(jié)理裂隙較發(fā)育。該類頂板均質(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)理論對于軟弱夾層的研究涉及很少，如果針對多軟弱夾層巷道的圍巖控制完全引用前人的理論必然會帶來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，針對典型的地質(zhì)情況，采用數(shù)值模擬計算與力學(xué)理論推導(dǎo)計算相結(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，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)計方法。主要結(jié)論如下：
　　(1)從力學(xué)角度分析了軟弱夾層對巷道頂板強(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動變形條件；
　　(3)對巷道圍巖整體結(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中厚多軟弱夾層復(fù)合頂板進(jìn)行分類，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。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、軟弱夾層與堅硬巖層厚度比等圍巖自身內(nèi)部因素對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響；同時，分析了側(cè)壓系數(shù)和圍巖所受荷載等外部因素對巷道圍巖變形破壞特征的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：
　　①垂直應(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)度計算公式；
　　(6)結(jié)合軟弱夾層分布