探讨矿巷道围岩的变形和强度特性

很久以来，为了保证煤矿煤矿巷道能正常使用，并为矿井的安全生产创造条件，人们一直希望解决的一个要点问题就是煤矿回采煤矿巷道的控制。煤矿巷道是否稳定取决于许多条件，其中包括围岩的地质学条件、力学条件、以还有采掘的技术条件和支护条件等等。然而在实际的工程中，大多的煤矿回采巷道并不能保持自然稳定，因这个，我们必须采取一定的措施让围岩保持稳定状态。然而，在变形还有应力状态条件的不一样的情况下，围岩会表现出不一样的承载特性还有稳定性特性，因这个，煤矿巷道中围岩的控制过程是极为重要的且贯穿了围岩不同变形阶段的较复杂的过程。因这个，我们应该正确认识到围岩在其各变形阶段稳定的状态本质，并掌握煤矿巷道控制的一些基本原理，以这个来实现煤矿巷道围岩的控制。

一、支护和围岩相互作用过程理论分析 1.1支护和围岩相互作用的经典理论

支护和围岩相互作用原理是开始煤矿巷道围岩的控制工作的直接根据。当前在这个领域已经公认煤矿巷道围岩的强度破坏前其位移与支护力成反比这个结论，煤矿巷道围岩的变形状态随其变形量的增加而变化。

1.2支护-围岩的相互作用的波动性平衡

而在变形及破坏的过程中围岩状态会经历弹性、塑性、破裂、松动等过程的变化，某些煤矿想到的围岩甚至从刚开始挖掘就已经处于了破碎状态。煤矿回采巷道的围岩的控制过程较复杂，所以，在强度破坏前支护-围岩相互作用原理就不满足围岩控制过程的需要，那么，要想对围岩实现有效的控制，就必须学习围岩在不一样的变形状态和支护条件下如何达到稳定状态的力学机制。

煤矿回采巷道，其稳定性可分为三个个等级，分别是，自稳，即不需要支护工作就可以达到稳定的巷道；亚自稳，巷道在有支护控制的情况下围岩发生了一定变形后只靠本身形成的这种承载结构就可以达到稳定；非自稳，就是说围岩始终都没法形成自稳，必须始终存在支护作用才可以保持稳定。

在稳定的边界应力场以及围岩一样或相同的条件下，围岩压力随位移的变化具有波动性。就是说当进入松动变形的阶段以后，围岩压力会随着承载结构的形成及破坏表现出波动性变化。根据围岩支护相互作用达到平衡时它们所处的变形

状态，围岩压力随位移的变化可以分为三个阶段：弹塑性阶段、小松动变形阶段、大松动变形阶段。

1.3支架-围岩的相互作用具有阶段性平衡的特性

受生产方面影响，煤矿回采巷道处于不断变化的应力场中，煤矿巷道从开始挖掘到报废都要经过从低应力场到高应力场的转变。围岩的稳定性等级也需要经历一个从自稳然后到非自稳的转化。可见，煤矿回采巷道的围岩和支护的相互作用的平衡规律是具有阶段性的。

二、锚杆对岩土体作用的力学本质

根据摩尔-库仑强度理论，岩体的强度主要是由两方面决定的，一是岩土体自身性质，二是它所处应力状态，而岩土体自身性质是由内聚力以及内摩擦角所决定的。

锚固体的土抗剪强度的提高是因为内聚力有所提高或者应力状态有所改善而引起，但是内摩擦角却没有增长的可能。锚杆的改善围岩的应力状态的作用可以让围岩的变形量减小，如果将锚杆还有在其作用下的围岩看成一个整体——锚固体，那么锚杆这种作用就可以等效成对锚固体的弹性模量的一种提高，还有让泊松比减小，这样就提高了这种锚固体的刚度。

三、锚杆的受力演变机理和锚杆与合理锚固长度的相关性 3.1拉拔锚杆的轴向受力分布与演变

根据锚杆的锚固力的演变特征，有两个特征值存在于锚固力的演变过程中——第一临界变形和第二临界变形，即锚杆的锚固力由小增到最大时和由最大开始衰减时分别对应的锚固体的变形量。锚杆的作用力的演变有三个阶段：第一阶段，作用力产生然后增强阶段；第二阶段，黏锚力的转移以及最大锚固力不变阶段第三阶段，作用力减小阶段。

3.2无护表构件时和有护表构件时工作锚杆的轴向的力分布和演变 护表构件改善了锚杆对岩体作用的效果，其主要表现在可以使最大锚固力的作用点外移，尤对于端锚锚杆，其最大锚固力可通过护表构件来直接作用于它的岩体表面，这样就使锚杆的作用得到最好发挥。另外，护表构件可以将锚杆的作用力传递到其围岩表面的更大区域，以使岩体的应力状态能得到改善，并使锚固

力所形成的挤压的加固结构的厚度增大，从而大大提高锚固结构的稳定程度和承载能力。

四、厚锚固板理论

4.1厚锚固板其理论的力学机理

根据破碎的岩体不可以承受拉应力，但如果在适当的支护作用下，将具有较强的抗压能力这种特性，以及不同的厚度的板受力后不同的变形特征，想到可以在破碎的岩体中形成一个大厚度锚固板并以此维护巷道的稳定性。

4.2锚固支护参数的定量确定方法

巷道中两帮锚固的支护中的锚杆长度还有锚固长度、锚杆的布置间的排距和锚固强度的等几何还有力学参数其定量确定的方法，可以为巷道锚固的支护设计提供一些明确的依据，特别是对于两帮的破碎区且范围大于其锚杆长度这种情况，可以实现锚固支护的参数定量的确定，这样就解决了锚固的结构不适应大变形的巷道难题，并使锚固的支护不受其巷道两帮的破碎区域的大小限制，还扩大了锚固的支护的应用范围。以形成的厚宽比大于1 /5也就是t/M>1/5作为支护的原则的巷道其锚固支护的“厚锚固板”的观点。

结论：首先，应该深入研究不一样的载荷条件下的巷道围岩的变形和破坏规律，并分析围岩在不一样的变形和破坏的阶段平衡的结构特性，研究巷道的围岩的强度破坏和工程破坏之间的不同。第二，应该深入研究在不同条件下不同的的支护和围岩间的相互作用的原理，进一步完善在不同条件下的围岩控制的理论。第三，应进一步研究一下现有的锚杆支护的方法中锚杆的增固机理，并揭示不一样的锚固形式的锚杆在不一样的使用条件下的作用的本质，以及研究不同的锚固方式将形成了锚固体的一些力学特性，以使现有的锚杆锚固理论进一步完善。第四，研究一些锚固体处在不同的状态时的变形机理和最大允许变形量等等，并掌握在不同形式下的锚固体变形的特性和其适用范围。第五，积极探索全新的巷道支护的监测技术，实现在不破坏围岩和它的支护结构的条件下对围岩的支护结构的应力、变形还有离层以及破坏等状态的测量，并提供一个可靠依据以及时修正支护设计。为了能够准确的解释锚杆的作用原理，把握住锚杆的作用效果的创造条件，并建立完善的可靠的锚杆支护技术和理论体系。