巷道围岩松动圈弹塑性分布探讨

罗方亮，安里千，毛灵涛，徐建成，李 磊

(1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083;2.河北能源职业技术学院，河北唐山 063004)

巷道围岩松动圈弹塑性分布探讨

罗方亮1，2，安里千1，毛灵涛1，徐建成1，李 磊1

(1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083;2.河北能源职业技术学院，河北唐山 063004)

巷道掘进工作破坏了周围原岩应力分布产生了松动圈，对松动圈弹塑性应力分布和范围进行理论分析，得到松动圈弹塑性应力分布半径并进行了讨论。

松动圈;弹塑性应力;理论分析

引言

巷道掘进中会破坏围岩原始的应力平衡态，当这种平衡态被打破使围岩应力超过围岩的强度时，围岩会产生变形松动现象。这种由于巷道掘进破坏围岩应力平衡态所产生的松动范围叫做松动圈。围岩松动圈的大小由多种因素决定，同时它又决定着支护难易程度。松动圈的大小不同，所采用的支护方法不同，对安全生产起到非常重要的作用。因此，非常有必要对松动圈的范围进行分析探讨。

1.巷道的弹塑性基本方程

按照弹塑性力学理论，在略去高次微分项后，可得到巷道的基本方程为：

式中 r—巷道任一点位置半径;

σr、σθ— 巷道围岩径向、切向应力。

围岩应变方程为：

式中 u—巷道围岩位移量;

εr、εθ、εz— 巷道围岩径向、切向、延伸方向应变。

依据胡克定律，且当r=R时，即在弹塑性区交界处，得到

式中 μ—岩石泊松比;

σc—岩石单轴抗压强度;

Kp—侧压影响系数;

E—岩石弹性模量;

P0—原岩应力。

2 、塑性区的应力与径向位移

塑性区的岩石强度为：

假设塑性阶段岩石的内摩擦角与弹性阶段相同，且岩石强度衰减与切向应变分量呈线性关系，则有

式中 M0—岩石软化模量;—塑性区岩石切向应

变;上角标"p"表示塑性区。

开挖引起的塑性区位移及应变为

3 、巷道围岩松动区弹塑性分析

松动区的岩石进入了破碎变形阶段，其内摩擦角继续维持在弹性阶段的值，强度降低至最低的残余强度，相应的强度可表示为：

松动区的径向位移可比照塑性区径向位移的求解方法来建立微分方程，并利用松动区与塑性区交界处位移连续条件确定积分常数，从而求得松动区的径向位移和应变为：

4.讨论

(1)当t=1时，松动区半径与塑性区半径相等。由(17)式得

(2)当巷道加载支护稳定后，单轴抗压强度和残余抗压强度都维持不变，松动区半径的大小与支护阻力呈反比。

［1］董方庭，宋宏伟，郭志宏等：巷道围岩松动圈支护理论［J］.煤炭学报，1994，19(1)：21 ～32.

［2］钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2003.

Discussion on Surrounding Rock Loose Zone Elastic－plastic Distribution

LUO Fang－liang1，2，AN Li－qian1，MAO Ling－tao1，XU Jian－cheng1，LILei1
(1.School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China;2.Hebei Energy Institute of Vocation and Technology，Tangshan 063004，China)

Due to excavation，the surrounding rock of roadway is loosened and a loosen zone is produced.In this paper，elastic－plastic stress distribution of the loosen zone is analyzed in theory，and loosen zone elastic－plastic stress distribution radius are deduced and discussed.

loose zone;elastic－plastic stress;theoretical analysis

TD353 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671－3974(2011)04－0051－03

2011－09－05

罗方亮(1956－)，男，中国矿业大学在读博士，河北能源职业技术学院副院长，教授。