带目录完美版《矿山压力与压力控制》课后习题答案

应力集中应力集中平面断面最佳方向最劣方向

图 不同巷道布置方向的应力效应

最大水平应力理论，主要表述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。在最大水平应力作用下，巷道顶底板岩层发生剪切破坏，因而会出现错动与松动引起层间膨胀，造成围岩变形。锚杆所起的作用是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动，因此要求具备有强度大、刚度大、抗剪阻力大的高强锚杆支护系统。

⑤全长锚固中性点理论

全长锚固中性点理论由东北大学王明恕教授等提出的。该理论认为在靠近岩石壁面部分（锚杆尾部），锚杆阻止围岩向壁面变形，剪力指向壁面。在围岩深处（锚杆头部），围岩阻止锚杆向壁面方向移动。锚杆上的剪力指向相背的分界点，称为中性点，该点处剪应力为零，轴向拉应力为最大。由中性点向锚杆两端剪应力逐渐增大，轴向拉应力逐渐减少（如图）。该理论近年在国内理论分析中其“中性点”观点被普遍接受，但其理论形式还存在着一定的争议，因为它难以解释锚杆尾部的断裂机理，有人认为该理论假设未设托盘之故。

图 锚杆受力曲线

⑥松动圈理论

围岩松动圈巷道支护理论是由中国矿业大学董方庭教授提出，该理论是在对巷道围岩状态进行深入研究后提出的。研究发现围岩松动圈的存在是巷道固有的特性，它的范围大小（厚度值L）目前可以用声波仪或者多点位移计等手段进行测定。巷道支护的主要对象是围岩松动圈产生、发展过程中产生的碎

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胀变形力，锚杆承受拉力的来源在于松动圈的发生、发展；并根据围岩松动圈厚度值的大小，将其分为小、中、大三类。

松动圈的类别不同，则锚杆支护机理不同。I类小松动圈L=0~400mm，围岩的碎胀变形量很小，此类围岩巷道一般无需锚杆，可以裸体或者喷射混凝土单独支护；Ⅱ、Ⅲ类围岩L=400~1500mm，用悬吊理论设计锚喷支护参数；Ⅳ、Ⅴ类围岩L=1.5~2.0m、L=2.0~3.0m，采用组合拱理论确定锚喷支护参数；Ⅵ类围岩L＞3.0m，在没有进一步研究资料之前，应采用以锚喷网为基础的复合支护。该理论的优点是简单直观，对中小松动圈有很重要的价值，但对大松动圈尤其是高应力软岩的采准巷道，尚有一定的局限性。

⑦围岩强度强化理论

由中国矿业大学侯朝炯教授等提出，该理论的要点是：

（a）岩体经锚杆锚固后，其峰值强度和残余强度均得到提高，随着锚杆布置密度的增加，强度强化系数逐渐增大，锚杆布置密度一定时，锚杆对岩体残余强度的强化程度大于对岩体的峰值强度的强化程度。

（b）锚杆可有效改善原岩体的力学参数，随着锚杆布置密度的增加锚固体峰值前的E，C，φ与峰值后的E，C，φ均有不同程度的提高。

（c）利用锚杆支护，可以提高锚固区域岩体的强度，可以有效的减小巷道围岩塑性区，破碎区半径及巷道表面位移，保持巷道围岩稳定。

该理论的分析方法是将锚杆的作用简化为对锚固围岩从锚杆的两端施加径向约束力，由实验室锚固块体试验确定围岩塑性应变软化本构关系，再利用弹塑性理论定量分析锚杆的支护效果。

⑧锚固力与围岩变形量关系理论

该理论对锚杆锚固力的内涵及作用进行了深入研究，认为锚杆对围岩的锚固作用是通过锚固力来实现的，而锚固力是依赖围岩变形而产生和发展的。锚杆支护一般在巷道开挖完成后实施，此时围岩的弹塑性变形已经完成，使锚杆产生锚固力的是围岩峰后的剪胀变形，随着剪胀变形的渐进发展，锚杆从径

b向和切向两个方向上产生限制剪胀变形的力?r、??。剪胀变形越大，锚杆的径向和切向的锚固力越

b高。锚杆的锚固作用使得围岩在较高的应力状态（能量状态）下获得稳定平衡。

⑨锚固平衡拱理论

该理论认为，锚杆加固对于提高围岩自身的最大承载能力没有明显的效果，但在围岩产生塑性破坏后，对提高围岩的残余强度及承载能力有显著作用。在巷道周围，锚杆与其锚固范围内的岩石构成一种锚固支护体，当这个锚固体中的岩石在围岩集中应力作用下发生破坏时，其承载能力降低并产生变形，

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同时围岩的集中应力向深部转移，使锚固体卸载。在此过程中，锚固体通过锚杆的约束作用和抗剪作用，使塑性破坏后易于松动的岩石构成具有一定承载能力和适应自身变形卸载的锚固平衡拱。

迄今为止，对锚杆支护机理还没有统一的认识，缺乏行之有效的、合理的计算方法，理论分析、数值计算与实际支护情况存在很大的差别。

9、如何对受采动影响巷道进行锚杆支护设计？

答：按照破坏拱的理论可以确定巷道两帮破坏范围为

C?[Kc???H?K??1]h?tan(45??) （8.29）

100?m2式中 Kc—巷道周边挤压应力系数，取Kc?2.5； r—巷道岩层的平均容重； K—采动影响系数；

?m—帮单向抗压强度，MPa；

h—巷道高度，m； H—埋深，m；

?—煤层内摩擦角，（°）。

bL=2aac

图8.37 概化定量设计模型

经回归研究分析表明，巷道两帮破坏范围与应力集中系数K、埋深H、单向抗压深度?c及服务年限t存在着如下统计关系：

上帮的破坏范围C上符合下列关系式：

C上?1.212?3.863?10?3KH?c?5.4?10?4t （8.30）

下帮破坏范围y下符合下列关系式：

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C下?1.0054?4.092?10?3KH?c?1.11?10?2t （8.31）

通过上述分析可以看出，对于受采动影响的巷道，两帮破坏范围与采深、应力集中系数K成正比，与两帮围岩强度成反比；随服务年限的增加，两帮破坏范围也在增大，因此，必须考虑巷道围岩的长时稳定性。

巷道两帮破坏范围满足如下关系：

C?do?d1KH?c?d2t （8.32）

式中：do、d1、d2—待定常数。

这样，只要知道了两帮最大破坏范围C，根据式（8.33）可以计算出顶板最大破坏区域b。

b?a?c （8.33） fm式中 fm—帮的普氏系数； a—巷道的半跨距。

通过近百条巷道的支护实践表明，煤巷描杆支护参数按照以下基本原则确定可满足安全要求： ①取描杆的有效长度为破坏范围或强烈变形区范围的1.2倍；

②顶板锚杆锚固力的总和是顶板破坏拱或强烈变形区内重量的2倍，并由此来确定锚杆的间、排距。

第8章 冲击地压及其监测

1、冲击地压一般如何分类?

答：主要有以下几种分类方法。

（1）根据冲击地压的能量特征按冲击时释放的地震能大小分类 根据冲击地压的能量特征按冲击时释放的地震能大小分类，如表所示。

①微冲击。表现为小范围的岩石抛出和矿体震动，包括射落和微震。射落是表面的局部破坏，表现为单个煤（岩）块弹出，并伴有射击的声响。微震是母体深部不产生粉碎和抛出的局部破坏，常伴有声响和岩体微震动。

②弱冲击。表现为少量煤（岩）抛出的局部破坏，伴有明显的声响和地震效应，但不造成严重的破

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