【正文】 是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題，這里主要從理論上討論文護(hù)阻力（支護(hù)反力） 對巷道破裂范圍的影響。ip從理論上講和 與 的理論曲線可以看出，提高支護(hù)阻力可以減小巷道圍巖破裂范圍。bLip支護(hù)阻力 對破裂區(qū)厚度的影響很大，這種影響在支護(hù)阻力較小（同時巖石殘余強(qiáng)度i也較?。r尤為突出。 根據(jù) I．W ．Farmer 的研究，巖石的單向抗壓殘余強(qiáng)度通常很低，有的接近于零甚至等于零，而巖體的單向抗壓殘余強(qiáng)度將更低。從理論上講，若文護(hù)對巷道圍巖破裂（的發(fā)展）不起作用，即通常認(rèn)為 ，則根據(jù)破裂區(qū)厚度公式，在 趨于零或等0?ip ?c?于零時，圍巖破裂區(qū)厚度將趨于無窮大。顯然，這不符合實際情況。毫無疑問，支架不可能改變圍巖的狀態(tài)，即支架不可能控制圍巖破裂的發(fā)生。因薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告23為：(1) 現(xiàn)有的支護(hù) (架)還沒有控制巷道圍巖使之不破裂的能力；(2) 支護(hù)不及時，不可能在圍巖破裂前實施文護(hù)措施；(3) 支架架設(shè)時與圍巖不能密切接觸，只有在圍巖產(chǎn)生較大變形并作用于支架時支護(hù)才能反作用于巷道圍巖，而此時圍巖已經(jīng)破裂。然而，由于深部開采的巷道圍巖破裂范圍較大，而破裂區(qū)的形成要經(jīng)歷較長的時間過程，在此過程中支架將由于圍巖變形而產(chǎn)生較大的支護(hù)阻力(支護(hù)反力)，從而必然對深并巷道圍巖破裂區(qū)的最終形成產(chǎn)生影響。因此，支護(hù)在深井巷道圍巖破裂中的作用是，它不能阻止圍巖破裂的發(fā)生，但能對圍巖破裂區(qū)的形成產(chǎn)生影響，從而在一定程度上減小圍巖破裂范圍。圍巖破裂范圍的減小必然使得巷道收斂變形減小。6) 開采的影響設(shè)原巖應(yīng)力為 ，開采引起的應(yīng)力集中系數(shù)為 ，將 取代破裂區(qū)半徑公式H? KH?中的 ，即可繪出破裂區(qū)厚度與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系曲線。如圖 所示。0p圖 應(yīng)力集中系數(shù)對破裂區(qū)厚度的影響從圖可見，開采對巷道圍巖破裂范圍的影響是顯著的。當(dāng)其它條件一定時，開采相當(dāng)于使巷道的埋深(開采深度)成倍增加，因而使圍巖破裂范圍明顯增大。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告24除了上述因素以外，巷道掘進(jìn)斷面大小對巷道圍巖破裂范圍也有直接影響。從破裂區(qū)半徑公式和破裂區(qū)厚度公式可見，圍巖破裂區(qū)厚度與巷道掘進(jìn)半徑 成正比。0r 巷道圍巖的主要破裂范圍根據(jù)各向等壓力學(xué)模型，運用彈塑性理論，對一無限長的圓形巷道圍巖的破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)進(jìn)行軸對稱平面應(yīng)變計算。有：平衡微分方程 （）0)(1?????rrd幾何方程， （）dru???變形協(xié)調(diào)方程 （）0)(1??rdr???式中： 圍巖徑向位移，指向巷道中心為正；u分別為圍巖徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力；??，r分別為圍巖徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變；?，距圓形巷道中心的距離。r從而計算出巷道彈性區(qū)的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力，塑性區(qū)和破裂區(qū)的圍巖應(yīng)力及應(yīng)變?？紤]到圍巖殘余強(qiáng)度和應(yīng)變軟化強(qiáng)度對圍巖應(yīng)力分布的影響，在計算塑性區(qū)時，區(qū)別圍巖處于破裂狀態(tài)和塑性狀態(tài)的兩種情況加以討論，經(jīng)過變換計算得出：塑性區(qū)半徑公式，即 Kstner 公式 （）??sin210cot)i)((?????????CprRip薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告25破裂區(qū)半徑公式，即 Airey 公式 （） 10)(12??????????????pkpci cpbkrR?由以上分析計算可知，巷道圍巖隨著開采深度增大或受動壓影響，切向應(yīng)力峰值位置向巷道圍巖深部轉(zhuǎn)移，而巷道周邊巖體的承載能力逐漸降低。同時，開采深度增加或受動壓影響，巷道圍巖應(yīng)力增大，導(dǎo)致巷道圍巖破裂范圍增大，從而使得巷道圍巖穩(wěn)定性大大降低。 巷道圍巖變形與破裂范圍的關(guān)系將破裂狀態(tài)下巷道圍巖塑性區(qū)和破裂區(qū)半徑公式代入巷道周邊位移公式得， （） ????????????????????????120221021mrLnmCErpunb式中 計算參數(shù)， 。1C)(11kc????可見，巷道變形量（ ）與圍巖破裂區(qū)厚度 的 次方成正比，而與圍巖塑性區(qū)u2bL1n大小無關(guān)。因塑性區(qū)半徑與破裂區(qū)半徑之比為與巖體強(qiáng)度和巷道所處應(yīng)力有關(guān)的常數(shù)。因此，圍巖破裂區(qū)厚度越大，巷道變形量越大，其變化規(guī)律如圖 所示。1mC薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告26?????3?1kmr20u/ mLb/圖 巷道變形與圍巖破裂范圍的關(guān)系 圍巖破裂范圍對巷道變形的影響程度與巖體彈性模量值有關(guān)，即在彈性模量較小時比較顯著。巷道變形量與彈性模量成反比。因此，即使在圍巖破裂范圍相同，除了彈性模量以外的其它條件也都相同的情況下，軟巖巷道將產(chǎn)生較大變形。如前所述，巷道圍巖破裂區(qū)的產(chǎn)生及破裂范圍大小是圍巖應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度共同作用的結(jié)果，因此破裂區(qū)厚度綜合了開采深度、巖體極限強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、應(yīng)變軟化程度和支護(hù)等因素對巷道變形量的影響。由支護(hù)阻力與巷道變形量的理論曲線可知，在巷道圍巖處于破裂狀態(tài)的條件下，圍巖彈塑性變形引起的巷道收斂很小，大量收斂是由處于殘余強(qiáng)度狀態(tài)的破裂區(qū)圍巖的膨脹變形引起的。破裂區(qū)范圍越大，彈塑性變形引起的巷道收斂相對越小，破裂膨脹變形引起的巷道收斂越大。巷道礦壓控制的關(guān)鍵是控制圍巖的破裂范圍，通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測手段，結(jié)合理論計算結(jié)果，分析2307 輔助進(jìn)風(fēng)巷破裂范圍以及工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并由此確定巷道礦壓控制原則和控制措施。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告27 巷內(nèi)支護(hù)設(shè)計方法（1）巷內(nèi)支護(hù)的作用沿空留巷頂板巖層活動劇烈，因此必須通過巷內(nèi)支護(hù)手段控制圍巖大變形。巷內(nèi)支護(hù)的作用一方面是主動控制頂板垮落帶范圍內(nèi)巖層的橫向剪切錯動，另一方面是主動控制頂板垮落帶范圍內(nèi)巖層的的縱向碎脹變形，即將頂板垮落帶范圍內(nèi)的巖層錨固成一個“組合剛性頂板” ，提高頂板剛度，確保留巷頂板與柔?；炷料锱灾ёo(hù)的剛度匹配，更好地控制圍巖變形。被動支護(hù)不具有這種能力，只能通過高強(qiáng)度、高剛度和高預(yù)應(yīng)力的錨桿（索）主動支護(hù)來實現(xiàn)。（2）基于“組合剛性頂板”理論的三步驟巷內(nèi)錨桿（索）支護(hù)設(shè)計方法在沿空留巷的工程實踐基礎(chǔ)上，結(jié)合理論研究，提出了沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)的“組合剛性頂板”理論。該理論的主要思想就是當(dāng)錨桿（索）長度、預(yù)應(yīng)力和支護(hù)強(qiáng)度大到一定程度時，沿空留巷垮落帶范圍內(nèi)的頂板離層和橫向剪切錯動得以消除，使巷道頂板形成“組合剛性頂板” ，不考慮巷旁支護(hù)的影響，該頂板本身也是一個“自承結(jié)構(gòu)”?；诨凇敖M合剛性頂板”理論的三步驟巷內(nèi)錨桿（索）支護(hù)設(shè)計流程為：圍巖地質(zhì)力學(xué)評估→錨桿（索）設(shè)計→支護(hù)參數(shù)優(yōu)化①圍巖地質(zhì)力學(xué)評估圍巖地質(zhì)力學(xué)評估的內(nèi)容包括現(xiàn)場工程地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件調(diào)查、圍巖物理力學(xué)性質(zhì)測定、圍巖結(jié)構(gòu)觀測、地應(yīng)力測量和錨桿拉拔力試驗，它是錨桿（索）設(shè)計的主要依據(jù)之一。②錨桿（索）設(shè)計在圍巖地質(zhì)力學(xué)評估的基礎(chǔ)上，依據(jù)“組合剛性頂板”理論，進(jìn)行巷內(nèi)支護(hù)設(shè)計。由于錨桿（索）預(yù)應(yīng)力是形成“組合剛性頂板”至關(guān)重要的因素，加之提高錨桿（索）薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告28預(yù)應(yīng)力又是提高頂板剛度最經(jīng)濟(jì)的手段，因此預(yù)應(yīng)力設(shè)計是沿空留巷錨桿（索）設(shè)計的重要內(nèi)容，具體設(shè)計方法及流程見圖 。選 擇 錨 桿 (索 ） 預(yù) 應(yīng) 力技 術(shù) 上 可 行選 擇 錨 桿 (索 ） 長 度技 術(shù) 上 可 行 否否否 是是是 是是否開 始選 擇 錨 桿 (索 ） 間 、 排 距選 擇 錨 桿 索 ） 長 度選 擇 錨 桿 (索 ） 預(yù) 應(yīng) 力錨 桿 (索 ） 長 度 以 內(nèi)是 否 離 層 ?錨 桿 (索 ） 長 度 以 外是 否 離 層 ?得 出 錨 桿 (索 ） 支 護(hù) 參 數(shù)結(jié) 束 選 擇 錨 桿 (索 ） 長 度技 術(shù) 上 可 行圖 基于組合剛性頂板的巷內(nèi)錨桿（索）設(shè)計流程③支護(hù)參數(shù)優(yōu)化按照圖 進(jìn)行錨桿（索）支護(hù)參數(shù)設(shè)計，然后進(jìn)行實施，通過對巷道表面位移、頂板離層和錨桿（索）工作阻力等進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)反饋信息，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行驗證與修改，最終達(dá)到穩(wěn)定圍巖的目的。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告293 柔?；炷料锱灾ёo(hù)受力分析 柔?；炷翂w破壞機(jī)理 （1）柔?；炷翂w的破壞形式當(dāng)柔?；炷翂w所受的應(yīng)力達(dá)到柔模混凝土墻體極限承載能力或柔?；炷翂w變形達(dá)到極限時，柔?；炷翂w將出現(xiàn)破壞。柔?；炷翂w破壞機(jī)理與巖石單軸壓縮試驗類似。最常見的破壞形式如圖 所示。(a) (b) (c) (d)a切破壞，b縱向劈裂，c沿弱面或斷層破壞，d柔模混凝土墻體壓入底板出現(xiàn)底鼓圖 柔?；炷翂w破壞形式 （2）柔模混凝土墻體的三種工作狀態(tài)值得注意的是，柔模混凝土墻體載荷達(dá)到其極限值時雖出現(xiàn)一定的破裂，但并不表明柔?；炷翂w己喪失承載能力。柔?；炷翂w能否穩(wěn)定，關(guān)鍵是看柔模混凝土墻體在經(jīng)受采動壓力的劇烈作用之后能否仍保持較高的承載能力。這是因為在實際開采中，隨著回采工作面的臨近和遠(yuǎn)離，柔?；炷翂w上的支承壓力迅速增大而又迅速減弱，然后穩(wěn)定在較小的壓力水平上。柔?；炷翂w強(qiáng)度變形曲線與柔模混凝土墻體上載荷壓力變形曲線之間的相互關(guān)系，如圖 所示。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告30圖 柔?；炷翂w工作狀態(tài)圖中④為柔?；炷翂w強(qiáng)度曲線，①、②、③為柔?；炷翂w上載荷壓力變化曲線。由圖可見，柔模混凝土墻體可以有以下 3 種工作狀態(tài)：①柔?；炷翂w在低于其極限載荷下工作(圖中曲線①)，柔?；炷翂w穩(wěn)定。②柔?；炷翂w雖已出現(xiàn)破壞部分，但柔?；炷翂w壓力迅速降低(圖中線②)，則柔?；炷翂w屈服后仍可依靠殘余強(qiáng)度承受殘余支承壓力，柔?；炷翂w可繼續(xù)保持自身的穩(wěn)定。③柔?；炷翂w破壞后，如果頂板載荷隨頂板的下沉變化很小(圖中曲線③)，或柔?；炷翂w強(qiáng)度嚴(yán)重降低，致使柔?；炷翂w屈服后的殘余強(qiáng)度不足以承受柔?；炷翂w上的殘余壓力，破壞將繼續(xù)發(fā)展，直至最后完全破壞。顯然，第 1 種狀態(tài)巷道變形量最小，柔模混凝土墻體可以不支護(hù)，但要使柔?；炷翂w處于第一種狀態(tài)下，勢必要求采用較大的柔?；炷翂w寬度，增大柔?；炷翂w損失，在厚煤層綜放條件下很難達(dá)到其要求：第 3 種狀態(tài)巷道變形量最大，柔?；炷翂w將遭到嚴(yán)重破壞，因而應(yīng)避免此種情況的發(fā)生，在此條件下，必須提前對柔模混凝土墻體實行強(qiáng)力支護(hù)與加固，增強(qiáng)柔模混凝土墻體承受采動壓力作用的薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告31能力，并使柔?；炷翂w具有較高的殘余強(qiáng)度，以承受較高的殘余壓力；柔?；炷翂w處于第 2 種工作狀態(tài)較為理想，它能在承受高峰壓力時，允許柔?；炷翂w出現(xiàn)一定的塑性變形，但在采動壓力過后，仍具有較高的承載能力，并足以承擔(dān)殘余壓力的作用。 （3）影響柔?；炷翂w工作狀態(tài)的因素分析①載荷大小 柔?；炷翂w所受動載大小，主要與直接頂在采空區(qū)的充填程度有關(guān)，當(dāng)直接頂板容易冒落，冒落厚度大于煤層采厚的 3～5 倍時，動載顯現(xiàn)不明顯；相反，如果直接頂在采空區(qū)的充填程度較差，動載顯現(xiàn)將十分顯著。柔?；炷翂w所受殘余壓力的大小，可按直接頂巖層的重量考慮。為安全起見，假定直接頂沿軌道巷實體側(cè)煤幫處斷裂，巖層之間力的聯(lián)系完全喪失，直接頂?shù)娜恐亓慷甲饔迷谌崮；炷翂w上。此時柔?；炷翂w的荷載為： （）39。phB????式中 —直接頂從軌道巷道實體煤幫到切頂線的懸臂長度，m 。39。B將 表達(dá)式代入上式，得h? （） 39。1pMBK????柔?；炷翂w單位面積荷載為： （）39。1p?式中 B—柔模混凝土墻體寬度，m；—直接頂垮落時的初始碎脹系數(shù)，取為 ；pK—巖層容重，取 ；?M—實際采出厚度，m。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告32②寬高比的影響 柔?；炷翂w自身形狀及寬高比對其應(yīng)力分布及其強(qiáng)度也有不可忽視的影響。寬度大、高度小的柔模混凝土墻體，其中央部位處于三向壓縮狀態(tài)，具有較高的抗壓強(qiáng)度。柔?；炷翂w強(qiáng)度與寬高比的關(guān)系大致可用下式表示: （） 12()pcBSh?式中： 是柔?；炷翂w寬高比為 Bp/h 時的強(qiáng)度；S c 為 Bp/h1 時的強(qiáng)度或立pS方體試塊的強(qiáng)度。③承載時間 由于流變效應(yīng)的影響，隨承載時間增加，柔?；炷翂w強(qiáng)度降低，所以當(dāng)巷道服務(wù)時間較長時，一般需用長時強(qiáng)度系數(shù)對試件抗壓強(qiáng)度進(jìn)行修正，長時強(qiáng)度系數(shù)取為 ～。 柔?；炷翂w的變形破壞特點試驗及現(xiàn)場觀測都證明柔?；炷翂w的變形破壞是一個復(fù)雜而漸進(jìn)的過程，C30柔?；炷翂w全應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖 所示。ε 1 0 1122 0σ /Mpac2 4 681 02 03 04 05 00ε 1 / %(σ1σ3)/