井巷圍巖壓力的影響因素及圍巖變形位移分析

◎崔明臣

礦壓地下巖體在沒受采掘影響前即為原巖體。由于巖體自重應力和構造應力的作用，在其內部形成的應力即為原巖應力，并且形成平衡狀態，巖體不會出現變形和位移，也不會出現破壞。采掘生產破壞了原巖應力的平衡，造成巖體內部的應力重新形成，直到新的應力平衡狀態的形成，出現了巷道圍巖二次應力。如果二次應力大于巖體強度極限，就會造成巖體變形松動，出現巷道頂板的下沉、片幫冒頂、底板鼓起等地壓現象。作用于圍巖和支架上的力即為地壓。

1、支承壓力的分布規律對巷道穩定性的影響

因其巖石強度包括地質和技術條件的不同，在巖體內開掘巷道后，巖體內的應力必然重新分布，它的變形、破壞和移動的形式也各有不同。由于受巖石強度條件的影響，特別是支架的支撐作用阻礙了破碎巖塊的冒落和破碎區的向外作用，使巖體深部抵抗破壞的能力增強，并且，破碎的巖塊間的摩擦力出現一定的抵抗力量。

2、井巷圍巖壓力及其幾個影響因素

井巷地壓主要包括變形地壓和松動地壓。而變形地壓又分為彈性變形壓力和塑性變形壓力。彈性變形壓力是在I、Ⅱ類穩定的堅硬砂巖或灰巖中掘巷道時，巷道兩側形成的支承壓力，不能產生巷道失穩。即使受采動影響，因其巖石強度較高，巷道圍巖還處于彈性變形階段，維護容易。對支護形式的選擇、支架參數的確定、支護施工的管理的要求不嚴，所以，彈性變形壓力不是支護的對象。

原巖應力是導致圍巖壓力的根本原因，而它并非直接原因，支承壓力才是導致巷道變形的直接原因。因此，減小應力集中和防止采動影響是控制變形壓力的直接關鍵性措施。

松動地壓與變形地壓不同，它是松動巖體的重量直接作用于支護結構上的荷載。斷面形狀的巷道，都顯現頂壓大而側壓小，底部不顯現。出現松動地壓的原因有地質和施工兩種因素，地壓在各種地層中都會發生。在圍巖為不穩定的煤、泥質砂巖或斷層破碎帶時，就是及時支護，也不可能阻止圍巖移動和破壞，難以保證巷道穩定性。若再受到采動影響，巷道圍巖會急劇變形、移動和失穩，采用常規支護措施不能奏效。圍巖松動壓力根據成因劃分為巷道的頂壓、側壓和底壓等類型。

巷道開掘后，暴露的頂板巖石，如同雙支粱一樣支承上部巖石的壓力。在頂板破碎巖石冒落到一定范圍而形成自然平衡拱時，就會停止冒落。此時頂板又處于新的平衡狀態，巷道上部的壓力，通過拱頂傳到巷道兩幫巖石上。頂板下沉變形和頂板冒落的巖石作用在支承物上的壓力即為頂壓。

按以上圍巖松動壓力產生的原因，側壓和底壓是由頂壓造成的，而頂壓與巷道的掘進及支護關系密切。所以，對頂壓造成的圍巖變形移動現象，必須特別關注。

3、影響圍巖壓力因素與圍巖變形位移的分析

巷道圍巖壓力受多種因素影響，它隨著巖體的地質條件、圍巖變形位移特征、原巖應力狀態、巷道性質及支護結構、工程環境及施工工藝的不同而變化。這些因素可概括為地質因素和掘進技術因素，圍巖壓力的典型因素。

圍巖變形位移特征，由圍巖變形造成的圍巖壓力，按其變形的大小來判別壓力的大小，變形最大的方向，就是來壓方向。巷道圍巖巖體包括三部分；頂、底、兩幫。這三部分的巖性相差較大，而且穩定狀況也各不相同，有所區別。任何一條巷道的變形和破壞都是先從穩定性程度較差的部分開始并擴展，影響其他部分，最終造成巷道的整體性破壞。

圍巖壓力是由圍巖變形和破碎造成的，它的大小決定于圍巖破裂帶的大小。由于巷道四周破裂帶大小不同，各方向的圍巖壓力也不同。掌握圍巖位移與時間的關系，圍巖的位移速度、位移量以及圍巖位移趨于穩定的時間，對認識圍巖壓力的產生，變化具有重要意義。

1.巷道掘進后，圍巖首先產生彈性變形。經過一段時間后，圍巖風化，力學性質降低，致使圍巖不穩定，則在巷道周邊最先進入塑性變形，在形成塑性變形區的時，圍巖向巷道空間位移。圍巖壓力從圍巖出現變形時開始產生，并隨圍巖變形位移量的發展顯著增大。

2.掘進時間延長，圍巖變形速度會趨于緩和，在掘進導致的圍巖應力重新分布并趨于穩定后，因其巖層的流變性質，圍巖變形還會隨時間而緩慢增長，但其變形速度比巷道初掘期間小得多。圍巖壓力也會緩慢增長并趨于穩定；而圍巖壓力主要是由圍巖變形和位移造成的。

3.在巷道周邊巖石為較軟巖層時．圍巖變形從位移擴大到松軟破裂帶直至巖石冒落，圍巖壓力顯著增大。

4.圍巖從開始冒落到完成，圍巖壓力從高峰值降低并趨于穩定。此階段的圍巖壓力是由圍巖破碎造成的。

總之，巷道圍巖壓力隨圍巖變形移動及其破碎過程，會經過掘巷期間的從產生到增大→逐漸增長→走向穩定→巖石破碎冒落時的顯著增大→逐步降低→走向穩定幾個時期。認識這種巷道圍巖從掘進巷道到圍巖破壞時的壓力變化的變動過程，對科學選擇支護結構類型，及時發揮支護的作用，避免圍巖的不利影響，具有非常重要作用的。