巷道开挖过程中,周围煤岩体的原始应力平衡状态遭到破坏,和围岩的变化从原始状态的三维应力平衡二维应力状态,导致增加了切向应力和径向应力的降低( 1]。围岩的压力将会在短时间内重新分配,并将集中在巷道的压力。如果集中应力值不超过岩石的强度、围岩将的弹性能。相比之下,如果集中应力超过岩石的强度下降后,围岩将打破,这将逐步扩展从外围到深层,直到达到一个新的三维应力平衡状态( 2]。在这个过程中,一系列的损伤和围岩松动发起在这叫做roadway-surrounding岩石松动区。

因为细则的要求对防治煤炭和天然气爆发,regional-outburst在突出矿井必须采取预防措施。Predrainage煤层天然气是最常用的地区在中国爆发的预防方法。的密封长度瓦斯抽放钻孔瓦斯抽放效果的确定是一个重要的参数。合理的密封的深度和距离的确定瓦斯抽放钻孔的大小密切相关区域的岩石松动。同时,巷道支架的类型和锚索的长度/螺栓的大小直接关系到区域的岩石松动。因此,重要的是要确定岩石的区域放松的分布规律对提高瓦斯抽放效率,保持围岩的稳定,防止意外煤炭和天然气爆发和围岩的变形,并确保煤矿的安全生产( 3]。

相当多的研究进行了围岩的松动区分布的。谢等人模拟骨折采矿岩体的分布,利用相似材料模型试验,从而派生断裂网络的演化规律和见解深巷道的设计提供支持( 4- - - - - - 6]。温家宝等人研究了软弱夹层对进步的失效模式的影响周围的岩石隧道采用相似材料模拟实验,发现软弱夹层增加故障区域的范围,这使得应力分布不均匀,影响周围的岩石隧道的稳定性( 7, 8]。此外,位置、倾角、厚度软弱夹层,夹层之间的距离和隧道影响隧道稳定性的重要因素。通过应用弹性力学,陈等人得到位移和应力场的分布在隧道开挖和派生的半径的计算公式区岩石松动。此外,他们分析了影响地球的压力,支持压力和围岩的坚定系数的分布区域的岩石松动( 9- - - - - - 12]。李修正平衡拱理论,提出了一种分析方法来预测围岩的松动压力深埋双隧道,将结果与现场监测数据,取得了良好的一致性 13]。他等人研究了岩石隧道稳定在一个网站通过使用地质雷达方法,钻孔图像方法,红外成像技术。他们获得开挖引起的应力波的传播方向和范围的区域的岩石松动,所以该网站支持计划的数据来支持设计一个可靠的地面结构( 14- - - - - - 18]。沈进行了详细的数值模拟巷道的稳定性和变形通过模拟不同顶板支护方案下,深矿井的实验背景,提出了一种新的巷道支架方案,显著提高围岩的巷道的稳定 19- - - - - - 21]。玉等人研究了软岩和砂岩的渗透率和变形行为通过实验方法和数值计算 22, 23]。基于mc标准,王等。 24]推导的解析解压力和围岩的破裂区和塑性区圆形巷道。赵et al。 25]研究了偏应力的分布场和应变能密度的围岩在三轴应力下,和结果表明, σ z 占主导地位的应力场,有必要注意的“X”形扩张围岩塑性区。这些以前的研究主要集中在一种巷道和坚定的岩石松动区范围理论分析,利用类似的实验,数值模拟,实地测量。相比之下,研究区岩石放松下的演化规律不同的横截面区域不常见。

声场测试进行中央辅助运输巷道和北底部从玉溪煤矿回采巷道的演化规律研究巷道周围岩石松动区在不同横截面区域。此外,岩石巷道的不同部分地区被用来进行数值模拟,以及不同位置之间的关系和横向区域巷道进行了分析。我们的研究结果有意义的确定巷道的横截面积,提取钻孔的密封和围岩的支持。

周围的岩石巷道在三种状态之一:岩石松动区、塑性区、弹性区和一个(图 1;在图中,b表示区域的岩石松动,p代表塑性区和e代表弹性区)。巷道截面积 r 0 巷道支架压力 P z ,原巷道的围岩应力无穷大 P 0 。周边区域的岩石松动的半径和巷道塑性区( R b − r 0 )和( R p − R b ),分别。为了便于计算,以下假设是:(1)周围的围岩巷道是均匀和各向同性;(2)巷道在静水应力场,侧压力系数是1;(3)巷道是无限长的,可视为平面应变问题来解决。

巷道周围岩石的变形弹性区符合胡克定律,岩体的应力符合下列公式( 26]。 (1) σ r e = p 0 − p 0 − σ r e R p r 2 , σ θ e = p 0 + p 0 − σ r e R p r 2 , 在哪里 p 0 是原巷道的围岩压力, R p 塑性区半径的, σ r e 结的径向应力的弹性区和塑性区。根据莫尔库仑屈服准则,它符合下列公式: (2) σ r e = 2 p 0 − σ c / ζ + 1 , 在哪里 ζ 强度线的斜率,可以根据计算 1 − 罪 φ / 1 + 罪 φ ; φ 岩体的内摩擦角;和 σ c 单轴抗压强度。

结合物理和几何方程( 27),给出了弹性区域的径向位移 (3) u e = ε r e r = 1 + μ σ r e − p 0 E r R p 2 = 一个 R p 2 E , 在哪里 e 弹性模量。

为了便于计算, 一个 被定义为 一个 = 1 + μ σ r e − p 0 / r 。弹性和塑性区交界处,几何方程可以得到如下: (4) σ θ e = − σ r e = 一个 。

在隧道周围的岩石,在塑性区是由总应变 (5) ε r = ε r e r = R p + ε r p , ε θ = ε θ e r = R p + ε θ p 。

巷道周围岩石的体积变形岩体的弹性面积小,因此可以忽略。在塑料软化和故障区域,有扩张的特征。考虑到流动法则的体积膨胀岩体( 28),在塑料领域 (6) Δ ε r p + η 1 Δ ε θ p = 0 , 在哪里 Δ ε r p 和 Δ ε θ p 径向和切向应变的增量塑性区,分别; η 1 膨胀系数相关岩体的塑性区, η 1 ≥1,满足 η 1 = ζ = 1 − 罪 φ / 1 + 罪 φ 。

根据几何方程,我们得到 (7) d u d r + η 1 u r = 一个 η 1 − 1 。

结合径向位移 u e r = R p = 一个 R p 弹性和塑性区交界处,在塑性区流动法则,莫尔库仑屈服准则,我们得到的 (8) σ θ p = ζ σ r p + σ c − 2 一个 米 c η 1 + 1 R p r 1 + η 1 − 1 。

根据静力平衡方程和边界条件 σ r e r = R p = σ r p r = R p 的塑性区,应力表达式可以得到如下: (9) σ r p = 2 ζ + 1 p 0 + σ c ζ − 1 + ζ + 1 一个 米 c ζ − 1 ζ + η 1 r R p ζ − 1 + 2 一个 米 c 1 + η 1 1 ζ + η 1 R p r 1 + η 1 − 1 1 + η 1 − σ c ζ − 1 , σ θ p = ζ σ r p + σ c − 2 一个 米 c η 1 + 1 R p r 1 + η 1 − 1 。

在巷道周围岩石的总应变区岩石松动满足以下公式: (10) ε r = ε r p r = R b + ε r b , ε θ = ε θ p r = R p + ε θ b 。

考虑岩体的流动法则的体积膨胀,欧元区的岩石松动如下: (11) Δ ε r p + η 2 Δ ε θ p = 0 , 在哪里 Δ ε r p 和 Δ ε θ p 径向和切向应变增量的区岩石松动,分别; η 2 系数相关的扩张区岩体的岩石松动, η 1 ≥1,一般为1.3 - -1.5。

根据几何方程,我们得到 (12) ε r p r = R b + ε r b + η 2 ε θ p r = R p + ε θ b = 0 。

结合径向位移 u e r = R b = 一个 R b 1 + 2 / 1 + η 1 R p / R b 1 + η 1 − 1 弹性和塑性区交界处的流动法则岩石松动区( 29日],莫尔库仑屈服准则[ 30.),和边界条件,区域的岩石的应力表达式放松方法如下: (13) σ r b = 2 ζ + 1 p 0 + σ c ζ − 1 + ζ + 1 一个 米 c ζ − 1 ζ + η 1 R b R p ζ − 1 − 2 一个 米 c + 1 + η 1 σ c − σ c e ζ − 1 ζ + η 1 r R p ζ − 1 − σ c e ζ − 1 σ θ b = ζ σ r b + σ c e 。

表达式的岩石带放松压力, r 等于隧道半径,径向应力区岩石松动压力等于支持, P Z 。岩石松动区半径的解析解得到如下: (14) R b = r 0 2 ζ + 1 p 0 + σ c ζ − 1 + ζ + 1 一个 米 c ζ − 1 ζ + η 1 2 一个 米 c 2 一个 米 c + 1 + η 1 σ c − σ c e ζ − 1 1 + η 1 − 2 一个 米 c + 1 + η 1 σ c − σ c e ζ − 1 ζ + η 1 / P z + σ c e ζ − 1 1 ζ − 1 。

通过以上分析,可以得出结论,巷道的横截面积密切相关的范围周围的岩石巷道的松动区。然而,在实践中,道路的横断面形状不固定圈,但主要是一个拱形的横截面。矩形和梯形截面也广泛使用。因此,分析和研究了不同截面区域的一个拱形的横截面。

区域的实地测试过程中岩石松动,由于当地实验条件的限制,只有12.6米²和20.1²带的岩石从一侧的道路得到了放松。根据范围的变化规律区巷道周围岩石松动的岩石与横截面积的变化,仿真软件需要验证规则从野外数据获得。因此,在本文中,现场试验结果补充和验证了数值模拟。

分析表 2,数据 10- - - - - - 12导致下面的结论: (1)

岩石松动区范围是最大的顶角的巷道,巷道底部角,并大致对称。因此,可以看出,随着横截面积的增加,松散岩区往往发展的“蝴蝶翅膀”(最大的顶角的巷道,巷道底部角)

我们进行了声场测试研究的进化规律巷道周围岩石松动区在不同横截面区域。此外,岩石巷道的不同部分地区被用来进行数值模拟。四个不同的部分地区下的仿真结果与现场测试结果,以及不同位置之间的关系和代表性的地区周围的道路进行了分析。我们的结论如下: (1)

为了测量岩石巷道松动圈的范围,声学方法用于测试围岩探伤仪CT-2。根据波速的变化规律,可以确定松动区范围。其中,1302年的岩石松动区北楼采矿巷道的范围2.3 - -2.4米的巷道,在中央辅助运输巷道,岩石松动区范围2.7 - -2.9米的巷道