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摘 要：该文分析了巷道顶底板在构造应力与重力场作用下的破坏机制，对巷道围岩破坏过程与发展模式进行了详细研究，最后对巷道加固机理进行了论述。
关键词：构造应力；巷道变形；破坏过程；加固
随着煤炭采出，开采空间和开采规模扩大，构造应力区矿压显现加剧，在软岩巷道的条件下，巷道围岩在构造应力与重力双重作用下，其破坏的过程及破坏特点与单一重力应力场作用下具有显著不同，施工条件恶化，维护困难。所以巷道在进行加固措施时，必须考虑构造应力作用引起的巷道破坏发展过程，进而确定巷道加固的时间和加固的范围。
一、构造应力引起的巷道围岩变形分析
2、巷道顶板的变形
巷道顶板岩层不仅受到自身重量的作用，还受到轴推力N的作用。顶板岩层的稳定性问题转化成岩层在自重q及轴推力N共同作用下复合弯曲时的失稳问题。
如图1所示，顶板梁在自重作用下弯曲变形，轴向压力N在梁的各个截面上产生一个分布弯矩Wn，使梁的弯曲在原有基础上进一步加剧。梁变形后又将产生新的弯曲变形。如果N不大，弯曲变形很小，影响不大。当轴向压力N达到一定限度后，由N产生的弯曲变形将是一个恶性循环，梁将无法达到新的平衡状态而导致破坏，这就是顶板岩层的屈曲破坏。在N及自重作用下，梁的弯曲变形方程为：
使梁达到屈曲时的最小轴向压力N为：
研究表明，当巷道顶板岩层所受轴向压力时，变形（下沉）明显增大，严重时产生冒落。
图1 顶板岩层受力示意图
2、底板岩层变形条件
在支承压力作用下，巷道底板岩层也将承受轴向力的作用。当底板承受的轴向力超过其允许限度后，同样会因底板岩层失稳而引起严重底鼓、底板岩层破裂等严重后果（图2）。
图2 q及N作用下的屈曲破坏
当巷道底板岩层所受轴向力N≥8N时，将发生屈曲现象，即产生明显底鼓、破裂现象。当顶、底板岩性相同时，底板岩层产生屈曲的I臨界轴向力与巷道顶板岩层屈曲破坏的最小轴向压力 相同。所不同的是，对于巷道顶板岩层来说，自重帮助其下沉，亦即帮助顶板岩层出现屈曲（由自重产生的弯曲沉降为Ⅳ提供了力臂）。而底板岩层的自重阻止其变形（阻止底板岩层鼓起），对屈曲起到了抑制作用。
3、两帮岩体变形条件
构造应力作用的结果导致顶底板岩体发生破坏，在一定的范围内的构造应力得到释放。巷道围岩主要承受重应力场的作用，在巷道两帮形成支承压力，两帮出现压缩破坏，两帮的破坏随着支承压力向深部转移而逐渐发展，直到支承压力达到稳定后，两帮围岩才趋于稳定。
二、巷道围岩变形发展过程
在构造应力作用下，顶板与底板岩层发生挤压与屈曲破坏，构造应力逐步得到释放；促使巷道围岩发生破坏的力转化为重应力，分布于巷道两帮的支承压力导致两帮岩层的压缩破坏或维持稳定，破坏的发展与支承压力的转移程度密切相关。
1、应力变化过程
顶底板的大范围破坏，使得构造运动残余水平应力得到充分释放。重力应力场随着围岩构造应力的释放（解除）而发展成为促使围岩向已采空间运动的主动力。随着围岩周边破坏向深部发展，岩石破裂范围不断增大，应力高峰相应向深部转移，支撑压力分为由明显运动的岩层重力作用的内应力场和由巷道围岩结构整体重力作用的外应力场两个部分。
2、围岩变形与延伸
巷道顶板在构造应力作用下发生屈曲破坏，顶板破坏发展到一定程度后，构造应力在顶板内释放，巷道两帮出现较大的松动圈，随着破坏范围的加大，破坏转移到底板岩层，引起底鼓现象。
三、巷道维护机理
巷道在构造应力与高应力作用下，顶板及两帮均发生破坏。在复杂应力状态下，巷道围岩出现变化的破碎圈（松动圈）。当构造应力得到充分释放，巷道承受重力作用而形成的支承压力趋于稳定，而支承压力分布与大小基本不发生变化时，对巷道围岩的破碎区加固，加固后的围岩强度比岩层的残余强度提高1.0-3.0倍，提高了围岩的整体性，保证其阻抗力能防止围岩破坏和应力向纵深扩展，则加固后的巷道是稳定的。
刘桥一矿Ⅱ66运输下山过断层构造区域，巷道支护采取释放构造应力后进行锚注加固技术。对锚注前后巷道表面位移进行监测，监测结果见图3，锚注前一个月内两帮位移量达到160mm，锚注后巷道两帮位移仅为60mm，巷道趋于稳定；顶底板位移锚注前达到60mm，锚注后达到15mm，处于稳定状态。
图3 锚注前后巷道表面位移曲线
三、结论
（1）构造应力区域内的巷道围岩破坏过程首先呈现为顶板的屈曲破坏，发展到巷道两帮的压缩破坏，然后转移为巷道底板的破坏。（2）构造应力作用下的巷道围岩的应力转化呈现为构造应力伴随巷道围岩的破坏而发生释放，并最终在巷道围岩内形成内外应力场。（3）巷道加固的时间是支承压力分布与大小基本不发生变化的时期，其加固的范围主要是破碎区域。
参考文献：
[1]尹增德，陈彦军，潘世功等.复杂构造条件下回采巷道稳定性研究[].山东科技大学学报：自然科学版，2009，（4）.
[2]徐顺利，王建刚.大跨度巷道锚、梁、网、索耦合支护及数值模拟分析[J].煤矿支护，2009.（1）.
[3]袁溢，漆泰岳.全锚锚杆托板效应的数值模拟分析[J].矿业工程，2006，（5）.
[4]宋召谦，李志琛，等.深部破碎围岩巷道二次支护实践[J].煤矿支护，2006，（3）.
作者简介：刘长方（1971-），男，安徽萧县人，皖北煤电恒源股份恒源煤矿修护区工程师。
关键词：构造应力；巷道变形；破坏过程；加固
随着煤炭采出，开采空间和开采规模扩大，构造应力区矿压显现加剧，在软岩巷道的条件下，巷道围岩在构造应力与重力双重作用下，其破坏的过程及破坏特点与单一重力应力场作用下具有显著不同，施工条件恶化，维护困难。所以巷道在进行加固措施时，必须考虑构造应力作用引起的巷道破坏发展过程，进而确定巷道加固的时间和加固的范围。
一、构造应力引起的巷道围岩变形分析
2、巷道顶板的变形
巷道顶板岩层不仅受到自身重量的作用，还受到轴推力N的作用。顶板岩层的稳定性问题转化成岩层在自重q及轴推力N共同作用下复合弯曲时的失稳问题。
如图1所示，顶板梁在自重作用下弯曲变形，轴向压力N在梁的各个截面上产生一个分布弯矩Wn，使梁的弯曲在原有基础上进一步加剧。梁变形后又将产生新的弯曲变形。如果N不大，弯曲变形很小，影响不大。当轴向压力N达到一定限度后，由N产生的弯曲变形将是一个恶性循环，梁将无法达到新的平衡状态而导致破坏，这就是顶板岩层的屈曲破坏。在N及自重作用下，梁的弯曲变形方程为：
使梁达到屈曲时的最小轴向压力N为：
研究表明，当巷道顶板岩层所受轴向压力时，变形（下沉）明显增大，严重时产生冒落。
图1 顶板岩层受力示意图
2、底板岩层变形条件
在支承压力作用下，巷道底板岩层也将承受轴向力的作用。当底板承受的轴向力超过其允许限度后，同样会因底板岩层失稳而引起严重底鼓、底板岩层破裂等严重后果（图2）。
图2 q及N作用下的屈曲破坏
当巷道底板岩层所受轴向力N≥8N时，将发生屈曲现象，即产生明显底鼓、破裂现象。当顶、底板岩性相同时，底板岩层产生屈曲的I臨界轴向力与巷道顶板岩层屈曲破坏的最小轴向压力 相同。所不同的是，对于巷道顶板岩层来说，自重帮助其下沉，亦即帮助顶板岩层出现屈曲（由自重产生的弯曲沉降为Ⅳ提供了力臂）。而底板岩层的自重阻止其变形（阻止底板岩层鼓起），对屈曲起到了抑制作用。
3、两帮岩体变形条件
构造应力作用的结果导致顶底板岩体发生破坏，在一定的范围内的构造应力得到释放。巷道围岩主要承受重应力场的作用，在巷道两帮形成支承压力，两帮出现压缩破坏，两帮的破坏随着支承压力向深部转移而逐渐发展，直到支承压力达到稳定后，两帮围岩才趋于稳定。
二、巷道围岩变形发展过程
在构造应力作用下，顶板与底板岩层发生挤压与屈曲破坏，构造应力逐步得到释放；促使巷道围岩发生破坏的力转化为重应力，分布于巷道两帮的支承压力导致两帮岩层的压缩破坏或维持稳定，破坏的发展与支承压力的转移程度密切相关。
1、应力变化过程
顶底板的大范围破坏，使得构造运动残余水平应力得到充分释放。重力应力场随着围岩构造应力的释放（解除）而发展成为促使围岩向已采空间运动的主动力。随着围岩周边破坏向深部发展，岩石破裂范围不断增大，应力高峰相应向深部转移，支撑压力分为由明显运动的岩层重力作用的内应力场和由巷道围岩结构整体重力作用的外应力场两个部分。
2、围岩变形与延伸
巷道顶板在构造应力作用下发生屈曲破坏，顶板破坏发展到一定程度后，构造应力在顶板内释放，巷道两帮出现较大的松动圈，随着破坏范围的加大，破坏转移到底板岩层，引起底鼓现象。
三、巷道维护机理
巷道在构造应力与高应力作用下，顶板及两帮均发生破坏。在复杂应力状态下，巷道围岩出现变化的破碎圈（松动圈）。当构造应力得到充分释放，巷道承受重力作用而形成的支承压力趋于稳定，而支承压力分布与大小基本不发生变化时，对巷道围岩的破碎区加固，加固后的围岩强度比岩层的残余强度提高1.0-3.0倍，提高了围岩的整体性，保证其阻抗力能防止围岩破坏和应力向纵深扩展，则加固后的巷道是稳定的。
刘桥一矿Ⅱ66运输下山过断层构造区域，巷道支护采取释放构造应力后进行锚注加固技术。对锚注前后巷道表面位移进行监测，监测结果见图3，锚注前一个月内两帮位移量达到160mm，锚注后巷道两帮位移仅为60mm，巷道趋于稳定；顶底板位移锚注前达到60mm，锚注后达到15mm，处于稳定状态。
图3 锚注前后巷道表面位移曲线
三、结论
（1）构造应力区域内的巷道围岩破坏过程首先呈现为顶板的屈曲破坏，发展到巷道两帮的压缩破坏，然后转移为巷道底板的破坏。（2）构造应力作用下的巷道围岩的应力转化呈现为构造应力伴随巷道围岩的破坏而发生释放，并最终在巷道围岩内形成内外应力场。（3）巷道加固的时间是支承压力分布与大小基本不发生变化的时期，其加固的范围主要是破碎区域。
参考文献：
[1]尹增德，陈彦军，潘世功等.复杂构造条件下回采巷道稳定性研究[].山东科技大学学报：自然科学版，2009，（4）.
[2]徐顺利，王建刚.大跨度巷道锚、梁、网、索耦合支护及数值模拟分析[J].煤矿支护，2009.（1）.
[3]袁溢，漆泰岳.全锚锚杆托板效应的数值模拟分析[J].矿业工程，2006，（5）.
[4]宋召谦，李志琛，等.深部破碎围岩巷道二次支护实践[J].煤矿支护，2006，（3）.
作者简介：刘长方（1971-），男，安徽萧县人，皖北煤电恒源股份恒源煤矿修护区工程师。