[发明专利]基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法

说明书

本发明公开了基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法，采用平面应力加载实验装置，所述平面应力加载实验装置包括平面模型架、法兰盘、千斤顶和支板，设置的平面应力加载实验装置组装方便，很好的模拟了高水平应力加载条件下，软岩直墙、硬岩直墙内半圆拱巷道的稳定性和结构性破裂发展规律。且基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法采用无支护实验方法和有支护实验方法，且无支护实验方法和有支护实验方法验证了高水平应力下分层支护半圆拱巷道的承载特征和结构性破裂发展规律。

技术领域

本发明涉及煤矿业相关技术领域，具体涉及基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法。

背景技术

我国煤矿已经进入深部开采阶段，虽然很多深部矿井选择在岩性强度较大区域开挖巷道，但随着而来的围岩变形失稳严重、支护失效等问题不断出现。如何掌握深部巷道变形失稳机理、控制破碎围岩稳定性，成为岩石力学研究领域的重点和难点问题之一。早在20世纪初就出现了太沙基理论和普氏压力拱理论，认为覆岩塌落拱内的松动岩体重量为作用在“围岩-支护”结构上的力。1934年新奥法主要创始人L.V.拉布采维茨，认为充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，让支护结构与围岩体形成承载环，而围岩自承能力成为承载环稳定性的决定因素。随着研究深入，越来越多的学者认为围岩发挥自身承载，在巷道稳定性维护中显得越来越重要，而支护只能承担较小部分压力，主要作用是调动围岩自身承载能力。

在岩石力学与工程研究中，岩石剪切破坏是较为认可的一种巷道破坏方式，综合考虑围岩等效剪应力τrθ和剪切屈服应力τs，提出依据围岩剪应力集中区域划分围岩“关键支承层”的力学承载范围。于是，可知围岩“关键支承层”的稳定性与否，关系着整个围岩支承层平衡与否，需要“锚注”支护加强该“关键支承层”的围岩抗剪强度，以防发生剪切滑移破坏。

为此，我们提出基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法，用来掌握深部巷道耦合承载体失稳机理，，使得岩石力学与工程研究更具有工程应用价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法，包括1)无支护实验方法，2)有支护实验方法，验证了高水平应力下分层支护半圆拱巷道的承载特征和结构性破裂发展规律。

为了实现上述目的，本发明采用的基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法，采用平面应力加载实验装置，所述平面应力加载实验装置包括平面模型架、法兰盘、千斤顶和支板，所述千斤顶的数量不少于六个，且千斤顶的一端均与法兰盘的一端中部固定连接，所述法兰盘通过高强度螺栓固定在平面模型架的上端和两个支板的一侧；

所述基于深部不同岩性巷道复合承载体梯次支护的试验方法包括以下步骤：1)无支护实验方法，2)有支护实验方法；

在1)无支护实验方法中：

a.将软岩直墙1放置到所述平面应力加载实验装置内，软岩直墙的中部贯穿设有半圆拱巷道，形成软岩巷道模拟实验台，该半圆拱巷道为无支护结构；

b.均匀应力场中：待各条测线布设完成后，启动千斤顶，使得水平、垂直方向的千斤顶向软岩直墙加载压力；

c.待围岩稳定时，由底拱脚测线的应变片，收集测点的环向和径向应变量，接着根据模拟中软岩直墙的弹性模量，获得模拟的环向和径向应力，再根据相似比例获得真实的环向和径向应力，计算出该点等效剪应力；

d.侧压系数为1.5的非均匀场中：启动千斤顶，使得水平、垂直方向的千斤顶向软岩直墙加载压力，其他实验条件同上，获得真实的环向、径向应力和等效剪应力；

e.侧压系数为2的非均匀场中：启动千斤顶，使得水平、垂直方向的千斤顶向软岩直墙加载压力，其他实验条件同上，获得真实的环向、径向应力和等效剪应力；