【正文】 ...........................................................41 ......................................................................41 ...............................................................................................43 致 謝 ...............................................................................................45 參考文獻 ............................................................................................46 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） IV 摘 要 我國有著非常豐富的煤炭資源，但在煤礦地質條件復雜多變的情況下，煤巖層受地質應力的作用會產(chǎn)生很多斷裂、褶曲等構造，而處于這些構造帶中的巷道，由于巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，尤其是層間錯動帶、以及受巖漿入侵而形成的擠壓破碎帶等，這些地帶圍巖通常比較離散破碎，圍巖的松動范圍較大，巷道維護困難，此問題一直困擾著礦山巷道的安全及使用。分析 破壞原巖應力場后，離散圍巖 向開挖空間移動的可能性和穩(wěn)定性，在此基礎上建立了離散性 破碎 巖體力學結構模型并對其穩(wěn)定性進行分析，提出了適合這類圍巖的控制方法。最初節(jié) 理面也是貫通全巖層的。滑落巖體的基本 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 4 形狀就像斜方形的金字塔 [見圖 3一 1(b)]。如前所述，節(jié)理面的最初走向與構造力的最大主應力方向成 24 ??? 交角。39。39。cos tt NBR?? 2 2 2c o s c o s c o s s i n s i n ( )t tc o tc t cN A B a?? ? ? ? ? ? ? 39。即此時層理面傾角 0c?? 。 一般巷道的頂板都有鉛垂下落塊體，可用支架或錨桿維護，其承載力原則上應大于下落塊體的重量，錨桿的長度可視巖體性質而異。如果巖塊 鉸結構不能自身平衡，則必須輔以人工結構物，對于基本巖塊較大 (如 a≥ )巖體，可采用錨桿維護 。在小斷面巷道中，可在臨空面跨度的兩端，將錨桿穿過滑動棱柱體，使其與母巖相連，因為此處滑動棱柱體的高度較低，要求錨桿長度不大，只要兩端基本塊體穩(wěn)定不動，就相當于減少臨空面跨度，或者說減小可動塊體的體積。 (7)錨桿的間 排距應等于或小于塊體長度和寬度，但當組合巖塊能形成自穩(wěn)多鉸拱結構時，錨桿間排距可以放寬，但必須掛金屬網(wǎng)輔助支護。這種破壞形式主要是由于錨桿支護參數(shù)設計不合理造成。錨桿支護結構體是由錨桿和圍巖共同作用形成的支護結構體，這個結構體是一個復合結構體，由錨桿和圍 巖共同承擔外部荷載。若不對圍巖進行支護，隨著圍巖變形量的增大，其殘余強度必將不斷減小，最后失穩(wěn)冒落。 第三階段為破壞階段或者穩(wěn)定階段。最大拉應力理論在于能夠形成足以抵抗外部荷載并引起圍巖結構體產(chǎn)生拉應力的強 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 20 度結構體，只有懸吊理論、圍巖松動圈理論是從圍巖失穩(wěn)和變形方面來考慮的。 (4)錨桿支護監(jiān)測技術完全能夠準確地測出或描繪出支護結構體的變形特征。L L— 錨桿長度。我們可以就以許用變形值作為變形警戒值。 小結 (1)錨桿支護結構體的 破壞形式主要表現(xiàn)為錨固區(qū)內圍巖冒落、錨固結構體整體塌落和頂板表面局部危石冒落。相似模擬實驗由 于測點布置的有限性及其費工需時的缺點，試驗結果具有一定的局限性，為進一步摸清 離散圍巖 的應力分布和巖層移動規(guī)律，并與相似模擬實驗相對比、映證，作為重要的研究手段之一，本文采用數(shù)值模擬方法予以研究。 (3)該法采用矩陣形式表達，便于編制計算機程序，可以充分利用高速電子計算計提供的方便。數(shù)值模擬時，將巖體看作是連續(xù)介質 。） 1 細砂巖 58 2 粉砂質泥巖 27 3 巷道 4 煤 0 5 泥巖 12 6 2 粉砂巖 44 錨桿支護重在設計，而設計的優(yōu)劣及合理性重在可靠真實全面的設計原始資料數(shù)據(jù)。 (3)模型范圍相對于研究區(qū)域盡可能保 持對稱，以避免由于模型不對稱而對計算結果產(chǎn)生的影響 : (4)對于有限元計算的邊界效應要給以足夠重視，研究區(qū)域應遠離模 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 30 型邊界，整個模型范圍的選擇要符合圣維南原理。模型的選取應注意以下幾點 : (1)整個模型應該反映研究對象的實際力學行為，符合基本的力學規(guī)律 。 老底 :粉砂巖，厚 2 米，深灰色，夾細砂巖薄層，水平層狀，波狀層理。巖石的力學屬性是確定巖體性質的基礎，但巖體具有特定的結構，加之巖體性質各向異性及結構各向異性的影響而使其復雜化。 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 26 有限單元法具有許多優(yōu)點，其中主要有 : ()l概念淺顯，容易 掌握，可以在不同水平上建立對該法的理解 。 (7)錨桿的變形狀態(tài)受支護結構體變形的影響和約束，兩者相互作用，最后達到協(xié)調一致，保持良好的錨桿受力狀態(tài)也就保持了支護結構體的穩(wěn)定性。 L— 錨桿桿體有效長度。在錨桿受力變形過程中一定存在著一個使錨桿受力狀態(tài)良好的變形值，且這個變形值即為所找的許用變形值，這個變形值一定在 10%伸長率之內。 支護結構體的變形失穩(wěn)是以錨桿破壞為前提，當錨桿在支護結構體中與圍巖一起承受外部載荷，并處于良好的受力狀態(tài)時，支護結構體是穩(wěn)定的，只有當錨桿處于危險警戒狀態(tài)時，支護結構才可能處于危險警戒狀態(tài)，那么如何來判定錨桿處于良好狀態(tài) 或危險警戒狀態(tài)呢 ?我們還是從錨桿應力一應變曲線來分析。 (2)支護結構體的穩(wěn)定性受地層壓力大小和結構體本身強度影響，而地層壓力和支護結構體強 度在現(xiàn)場監(jiān)測中很難或無法測定其準確值。例如，擠壓加固理論在于定性描述支護結構體形成具有足夠強度的能夠抵抗外部載荷的支護體 。 第二階段為限制變形階段。 (2)圍巖變形特征 對于離散性破碎圍巖來講，巷道開挖后圍巖在地層應力作用下由原來的彈性變形狀態(tài)轉化為塑性變形狀態(tài)，而塑性變形在地層應力繼續(xù)作用下轉化為離散破碎變形狀態(tài)，圍巖形成塊體嚙合結構，其本身的殘余強度僅靠塊體 之間的嚙合摩擦形成。避免此類破壞產(chǎn) 生的方法主要是在支護后對頂板加網(wǎng)進行防護，對與極其破碎的頂板，有條件的礦可以采用內注漿法加強巖塊之 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 17 間的粘結力和自身強度或者采用表面噴漿法來防止事故發(fā)生。錨桿支護結構體是由錨 桿及圍巖共同作用形成的一個結構整體。 (5)錨桿支護的作用在于改善塊體之間的鉸接特征，提高巖梁中巖塊之間鉸接面和接觸塊體的等級長度以及提高巖梁塊體的整體穩(wěn)定性和巖梁的彎曲變形能力。如組合巖塊形成多鉸拱結構能滿足平衡條件，則錨桿長度可以小于滑動棱柱體高度。設巖層位于水平狀態(tài)，每個基本巖塊的重量為 G，厚度為 b，跨度中央最大下沉量為 S，巖塊三鉸拱結構平衡的必要條件為 : 222L a b?? Sb? 巖塊三鉸拱結 構平衡的充分條件 — 鉸鏈處的作用力 F小于該處的點荷載強度 []FP? 圖 13巖塊三鉸拱結構 設人工結構物作用的反力為 q，頂、底鉸水平作用力為 T，按靜力平衡條件 : (3 )8( )L G qT bS?? ? 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 10 底鉸垂直反力為 322Gq?，底鉸合力 F為 : 22( 3 ) 16 ( )8 ( )L G qF b S LbS?? ? ?? 因此巖塊三鉸拱結構平衡的充分條件為 : 22( 3 )[ ] 16( )8 ( )L G qP b S LbS?? ? ?? (1)L=3a 假如巷道跨度或臨空面跨度 L接近基本塊體長度 a的三倍時，臨空面上將有 6個基本塊體脫離母巖向孔洞移動，如圖 1一 4，塊體轉動將形成一個四鉸拱結構，巖塊四鉸拱結構平衡的必要條件為 : 222L a b?? Sb? 巖塊三鉸拱結構平衡的充分條件鉸鏈處的作用力 F小于該處的點荷載強度 [P] []FP? 按靜力平衡條件 : (21 4 )36 ( )L G qT bS?? ? 東北大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）