什么是巷道地压?

[拼音]：hangdao diya

[外文]：ground pressure around openings

巷道围岩内的应力和作用在支架上的力。顶板、两帮和底板岩石作用在支架上的力分别称为“顶压”、“侧压”和“底压”。开掘巷道，形成空洞，破坏了原岩应力的平衡，应力重新分布，形成次生应力场。围岩中次生应力场的应力小于岩石极限强度，或应变小于岩石极限应变时，巷道不需支护即能保持稳定，否则需人工支护。巷道地压分为散体地压和变形地压。破裂松散岩石作用在支架上的力称散体地压；围岩在不失整体性状况下由位移引起的地压称变形地压。

发生在土层或脆性节理发育岩体中，其大小主要取决于脱落岩石的自重。在均质土层中，冒落空间呈规则拱形。19世纪以来，不少学者研究了冒落拱的形状和有关的地压计算方法。1907年普罗托季亚科诺夫认为在巷道顶板上方，存在一个免压拱。拱的形状为抛物线，拱高可用公式b=a/f表述，式中a为巷道半跨，f为普氏坚固性系数，f=R压/100，R压为岩石单轴抗压强度。1936年泰察吉(K.Terzaghi)推导出同普氏公式类似的拱高计算公式：b=a/tg∮，∮为内摩擦角。1946年泰察吉又给出了计算各类岩土巷道顶、侧及底压的经验公式。

在脆性节理发育围岩中，冒落空间的形状与大小不定，主要由结构面与围岩表面的空间组合特征决定，可通过结构面的调查统计与赤平极射投影方法预测最可能冒落的危岩范围。设计时以此空间内岩石的自重作为支架上的地压。中国铁道、地质、采矿等部门，通过大量调查统计，分别提出了适用于中国实际情况的岩石分级和各种条件下散体地压的计算公式。

主要发生在塑性岩体中。支架承受的地压值和围岩在支架阻抗下的位移，由围岩和支架的力学特性共同决定。围岩位移U与支架对围岩反力P的关系曲线见，图 称“围岩特性曲线”，特点是P大则U小;当U大到极限位移Uc时，岩体破裂。S表示支架的载荷-位移曲线，称“支架特性曲线”。它随支架结构特征的不同而异，如S1的位移与压力成正比，称“增阻可缩性支架”；S2在M点前位移与压力成正比，M点后的位移在等压力下不断增加，称“恒阻可缩性支架”。R曲线与任一S曲线的交点1，2等，表示该支护条件下的地压与位移。

1938年芬纳（R.Fenner）提出计算变形地压公式，1951年卡斯特纳(H.Kastner)作了修正，公式为：

式中Pi是围岩与支护相互作用下的压力值，P0是各向相等的原岩应力，r0是圆形巷道的掘进半径，R是塑性区半径，C是岩体粘聚力，∮是岩体内摩擦角，由此公式可得出图中的R曲线。稍后，鲁佩涅特(К.В.Руппенейт)、卡斯特纳都提出过非均匀原岩应力场圆形巷道的计算公式。中国学者还考虑了时间因素，即解粘d塑性问题。

变形地压是岩体工程中复杂问题之一。中国抚顺、淮南、长兴、金川、东乡等矿山都存在大或特大变形地压。解决变形地压的有效方法之一是新奥地利施工法，即先用喷层封闭并允许围岩产生适量的位移，以减少地压，同时监测围岩位移，待位移速度降到一定值后，再进行高强度二次支护。

在采矿工程中，约有2/3以上的巷道属于采矿准备巷道（见采区巷道布置，采准），因受采场影响，它们的地压问题更加复杂。此外，深部巷道地压以及松软岩层巷道地压，也是当前矿山生产建设中迫切需要解决的问题。

主要技术途径有：

（1）保持和提高围岩强度，采用光面爆破技术，用钻井机和掘进机掘进巷道，减少对周边围岩的破坏；用锚喷支护、注水泥浆或化学加固法加固围岩；尽量避免将巷道布置在松软岩层和破碎带中（见井巷掘进与支护）。

（2）控制围岩应力，正确选择巷道的断面形状，尽量使巷道周边不出现拉应力或集中的压应力；将巷道开掘在不受或少受采动影响的岩体中；用喷射混凝土填补巷道表面不平部分，缓和周边应力集中。

（3）合理选用支护手段，选用支架的原则是：对d性为主、变形量较小的围岩，应采用刚性较大的支架；对塑性为主、变形量较大的围岩，应采用可缩性支架，并根据围岩变形特征，合理选取其可缩量。在松软岩层条件下，可采用封闭式可缩性圆形金属支架、混凝土砌支架或其他合理支护手段。地质条件不良区，应采用锚喷与可缩性金属支架联合支护技术。在坚固岩层条件下，则采用锚杆支架，包括树脂锚杆，以减少巷道支护工作量，充分利用巷道有效断面。在受采动影响的采准巷道中，围岩在较短时间内产生很大的位移，可采用锚网或性能良好的拱形可缩性支架。在其他合适的岩层条件下，应推广使用锚喷支护，以求获得安全、经济和合理的效果。

（4）制订巷道支护规程。对各类巷道的围岩进行分类，提出相适应的支护形式，形成规程，使支护标准化。同时，合理确定设计断面，在地压作用变形后，仍能满足矿井通风和使用的要求，保持巷道在服务年限内不维修或少维修，使设计断面标准化。

参考书目

北京矿业学院、东北工学院合编：《岩石力学与井巷支护》，中国工业出版社，北京，1961。H.卡斯特奈著，同济大学译：《隧道坑道静力学》，（第二次修订版），科学技术出版社，上海，1980。(H.Kastner，Statik des Tunnel und Stollenbaus，auf der Grundlage geomechanischer Erkenntnisse，Zweite neubearbeitete Auflage， Springer Verlag，1971.)