【正文】 中文翻譯 : 煤巷中相似模擬錨桿支護的構(gòu)造應(yīng)力場 陸嚴(yán) 礦業(yè)學(xué)院，中國礦業(yè)大學(xué)，徐州 劉長友 煤炭資源和煤炭安全的國家重點實驗室，徐州 文摘： 為了研究 錨桿支護 作用機理 和地層 特性在 煤礦軟巖巷道 頂板、底板和邊幫的 構(gòu)造應(yīng)力、變形和破壞 ，而進行的一個仿真的實驗。 我們還研究了機械原理和類型的錨桿支護煤巷函數(shù) 。 結(jié)果表明 ， 隨著水平構(gòu)造應(yīng)力 的 增加 ， 地層在頂板 和 底 板的道路逐漸分開 ,并成為區(qū)域剪切破壞。煤炭 的邊幫 是波動 ， 但其完整性仍然完好無損 。邊幫錨桿 是主要受張力 ， 頂 板錨桿受 剪切應(yīng)力的作用。 關(guān)鍵詞 ： 構(gòu)造應(yīng)力 ； 煤巷 ； 錨桿支護 ； 相似模擬 介紹 目前主要應(yīng)用于錨桿支護煤巷 。地層特性的不同受到構(gòu)造應(yīng)力影響不同。研究表明構(gòu)造應(yīng)力可以近似看作是水平應(yīng)力。在國內(nèi)外，已經(jīng)進行了相當(dāng)多的巷道構(gòu)造應(yīng)力研究。然而，很少有研究錨桿支護機理中存在的構(gòu)造應(yīng)力。在我們的調(diào)查中，我們用相似模擬研究變形和破壞的頂板、底板和邊幫，以及機制和類型的煤巷錨桿支護時的水平構(gòu)造應(yīng)力。在我們的相似模擬實驗，我們提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)，有利于接近生產(chǎn)、確保安全開采實踐。 主要內(nèi)容及研究方案 相似模擬實驗，我們在構(gòu)造應(yīng)力場中研究了三種地層特性的煤層巷道 。 1）、巖石巷道圍巖破壞的發(fā)展條件； 2）、頂板、底板和邊幫的地表位移； 3）、在頂板和邊幫的錨桿支護機理和錨桿應(yīng)力。 相似實驗包括 4 個方案：在每個方案中施加 的垂直壓力在巷道上。我們允許水平構(gòu)造應(yīng)力增加 ， ， 至 ，側(cè)壓力系數(shù)從 ， ， 到 。 實驗 、系統(tǒng) 為了接近在煤巷中錨桿支護的地質(zhì)特性，我們用一個由中國礦業(yè)大學(xué)開發(fā)真正的三軸巷道模擬實驗平臺。該平臺由三大系統(tǒng)組成，如圖 1 所示，一個裝載部分，一個框架和測試設(shè)備。 加載系統(tǒng)由液壓泵，液壓控 制面板，液壓管道和液壓枕； 火焰 由隔板和位移傳感器，壓力傳感器，電路，一個 T$3890A 可編程靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和一臺電腦組成的測試系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)可以在三個方向上的模型施加不平等的力量，并精確地模擬平面應(yīng)變問題。平面應(yīng)變模型模擬巷道的問題，是比平面應(yīng)力模型更接近實際情況。本系統(tǒng)的主要參數(shù)和特點如下： 1）、 模擬火焰 的長度，寬度和厚度分別為 ， 和 米。 2）、液壓枕是用來加載的六個面的模型，其中每一個液壓枕覆蓋一方 。模型表面上施加最大壓力可達 10 兆帕。 3）、在穩(wěn)定的條件下，受高壓控制的液壓系統(tǒng)，可 以裝載很長一段時間的模型。 4）、通過各種不同的傳感器連接到電腦，可以實時監(jiān)測各種觀測數(shù)據(jù)。 液壓控制面板 液 壓 枕 計算機 液 壓 管 路 框 架 圖 1 真三軸巷道仿真實驗平臺 、參數(shù) 為了反映直接和適當(dāng)?shù)南锏赖钠茐暮凸δ苣Ｊ降臉?gòu)造應(yīng)力影響的錨桿，我們用幾何相似常數(shù) lα 為 20 的模型，設(shè)計巷道的大小 pι 為 4 米 3 米。用于模擬巖石的材料包括沙、 CaC0水泥和含水量為 1/10 和容重約為 的石膏。原巖的容重 pγ 是 2． 50 3/cmg ，容重相似性常數(shù) γα 是 ，強度相似常數(shù) tσα =lα γα =33． 4。模型參數(shù)和物質(zhì)成分比例列于表 l和實驗?zāi)Ｐ蛨D 2 中。 七 層 主要頂板 六 層 五 層 臨 時 頂 板 四 層 三 層 巷道 煤礦 :二層 底板 :一層 圖 2 實驗仿真模型 表 1 模型參數(shù)和物質(zhì)成分比例 階層 層 真實地層厚度 強度 減弱強度 模型厚度 模型強度 構(gòu)成比 臨時底板 1 16 337 煤礦 2 3 9 15 346 臨時頂板 3 1 15 5 237 4 1 18 5 964 5 1 24 5 237 主要頂板 6 3 25 15 15 964 7 25 15 964 鑒于實驗的目的，我們需要監(jiān)測巷道的地表位移和作用于錨桿上的力。監(jiān)控設(shè)備的布局如圖 3 所示。位移計被放置在巷道表面，巖內(nèi)提前埋錨桿。使用一個 毫米的導(dǎo)線，用以模擬一根錨桿，銅導(dǎo)線連接導(dǎo)線兩端，導(dǎo)到模型外，并連接到TS3890A 可編程靜態(tài)電阻應(yīng)變計。導(dǎo)線測量的電信號反映引導(dǎo)力的狀態(tài)：較大的拉力施加的導(dǎo)線上，它變 得更薄和更大的阻力，電流變得較小。 位移計 圖 3 測量設(shè)備的配置 結(jié)果與討論 不同構(gòu)造應(yīng)力作用下，煤巷圍巖的破壞狀態(tài)如圖 4 所示。實驗結(jié)果表明，當(dāng)側(cè)壓系數(shù)λ = ，進入巷道巖石拉伸，在頂板和底板的地層之間有一個斷層，但巖石保持完整。當(dāng)λ = 時，頂板和底板之間的斷層有所增加。巷道上方的軟弱巖層和硬質(zhì)巖層有所分離，巷道圍巖在巷道內(nèi)表現(xiàn)的更加明顯。當(dāng)λ = 巷道的頂板逐漸 變?yōu)榧羟衅茐膮^(qū)；當(dāng)λ = ，軟巖巷道頂板開始下降，底板也成為一個剪切破壞區(qū)，不同巖層之間的錯位變得更加明顯。當(dāng)λ = ，頂板脫落到巷道內(nèi)，成為曲線向上的拱形。底板的剪切破壞繼續(xù)擴大，巖層之間的錯位繼續(xù)增加。特別是煤層和第三層，煤之間的煤層的巷道形成了相當(dāng)大的距離。 (a) λ = (b) λ = (c) λ = (d) λ = 圖 4 圍巖破壞的狀態(tài) 這一分析表明，水平構(gòu)造應(yīng)力的增加，巷道周圍巖石的破壞變得更糟；頂板和底板之間的錯位，巖層 之間的分裂逐漸增加地層的剪切和彎曲能力減弱，最終在頂板和底板直間的巖層形成了剪切破壞區(qū)，導(dǎo)致頂板的錨桿失去了它的支撐能力。頂板逐漸陷入一個拱形；煤巷邊幫顯示整體向巷道空間的趨勢。雖然在側(cè)墻煤炭的完整性保持不變，垂直頂板的圍巖和煤礦石之間的錯位逐漸增加。 鑒于我們的實驗結(jié)果，不同層次的構(gòu)造應(yīng)力巷道表面位移如表 2 所示。 表 2 巷道表面位移 側(cè)壓力系數(shù) 頂板位移 (mm) 底板位移 (mm) 左邊幫位移 (mm) 右邊幫位移 (mm)