郭东明亢鑫超陆志颖陈麒宇张伟赵志峰曹延鹏

1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;2.江苏浩森建筑设计有限公司,江苏常州 213022

巷道掘进导致围岩应力状态发生改变,使表面围岩向巷道内移动,这种现象称为底鼓[1]。底鼓是一种典型的非线性力学现象[2-4],底板支护强度和围岩力学参数决定了底鼓的量级。一般情况下,当底鼓量级较低时,不需要专门治理措施。但在巷道掘进过程中,由于底板没有支护强度,使底鼓引起了顶底板巨大的移近量,进而极易诱发巷道失稳和底板突水等次生灾害[5-6]。

当巷道位于高应力环境时,巷道底板围岩在平行于岩层的挤压应力下向临空面发生失稳破坏。这种底鼓一般认为是挠曲褶皱型,多见于埋深较大、底板围岩软弱的掘进巷道中,也是底鼓的常见类型。学者从不同角度对其产生机理进行了研究。姜耀东等[7]通过模型试验研究了挠曲型底鼓的破坏形态和破坏范围,指出底板围岩力学参数、围岩应力及支护强度是影响底鼓的主要因素。侯朝炯[8]从能量角度提出,挠曲褶皱型底鼓大变形是深部岩体掘进卸荷后岩体弹性能释放的体现,并基于相关数据提出了底板岩体的破坏准则。何满潮[9]、康红普等[10]基于板的挠曲理论解释了底板的大变形机理,并提出了层状底鼓的计算公式。

以上理论从各个角度解释了挠曲褶皱型底板的力学行为,并为底板的变形控制提供了依据。在挠曲褶皱底鼓机理的研究基础上,学者在长期实践中提出了众多底鼓控制方法。……