結構性效應對層狀巖體力學特性與破壞特征的影響

張冬冬，智奧龍，李 震，張振國，李 鵬,秦其智

(1.山東能源集團有限公司，山東 濟南 250014；2.西安建筑科技大學 土木工程學院，陜西 西安 710055；3.河南理工大學 土木工程學院，河南焦作 454003； 4.煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000；5.濟寧市能源綜合執(zhí)法支隊，山東 濟寧 272000)

0 引 言

層狀巖體是一種沿著層面力學性質(zhì)相同、垂直層面力學性質(zhì)各異的各向異性巖體。層狀巖體廣泛存在于由沉積作用形成的地殼巖體中，多成水平層狀分布，在構造應力作用下，也可形成傾斜層狀結構[1]。通常，煤礦地層廣泛分布有層狀砂巖、煤、頁巖等，在不同地質(zhì)環(huán)境中，可成水平層面、傾斜層面結構等[2-3]。據(jù)統(tǒng)計，新疆、甘肅、寧夏、山西、貴州、重慶、淮南等地廣泛分布有急傾斜煤層，急傾斜礦井約占全國礦井總數(shù)量的1/6。在西部資源開發(fā)環(huán)境下，占西部礦井數(shù)量50%以上的急傾斜煤層的安全開采具有重要的研究意義。

當在水平層狀巖體中開挖巷道時，在集中應力作用下，巷頂和巷底易發(fā)生由于層面拉伸或整體塑性變形導致的冒頂、底鼓等工程問題；當在傾斜層狀巖體中施工時，常發(fā)生沿層面剪切滑移、巖塊崩落、巷幫失穩(wěn)等工程事故[4]。可見，不同層狀結構下圍巖穩(wěn)定性問題具有不同的易發(fā)性和破壞特征。從巖石力學角度分析，層狀巖體具有與層狀結構相關的各向異性，當巷道開挖后，最大主應力通常平行于自由面方向，最大主應力與層狀結構呈不同角度時巖體力學性質(zhì)各異，導致巷道不同位置處損傷傾向性不同。……