1、中文翻译 : 煤巷中相似模拟锚杆支护的构造应力场 陆严 矿业学院，中国矿业大学，徐州 刘长友 煤炭资源和煤炭安全的国家重点实验室，徐州 文摘： 为了研究 锚杆支护 作用机理 和地层 特性在 煤矿软岩巷道 顶板、底板和边帮的 构造应力、变形和破坏 ，而进行的一个仿真的实验。 我们还研究了机械原理和类型的锚杆支护煤巷函数 。 结果表明 ， 随着水平构造应力 的 增加 ， 地层在顶板 和 底 板的道路逐渐分开 ,并成为区域剪切破坏。煤炭 的边帮 是波动 ， 但其完整性仍然完好无损 。边帮锚杆 是主要受张力 ， 顶 板锚杆受 剪切应力的作用。 关键词 ： 构造应力 ； 煤巷 ； 锚杆支护 ； 相似模拟
2、 1、介绍 目前主要应用于锚杆支护煤巷 。地层特性的不同受到构造应力影响不同。研究表明构造应力可以近似看作是水平应力。在国内外，已经进行了相当多的巷道构造应力研究。然而，很少有研究锚杆支护机理中存在的构造应力。在我们的调查中，我们用相似模拟研究变形和破坏的顶板、底板和边帮，以及机制和类型的煤巷锚杆支护时的水平构造应力。在我们的相似模拟实验，我们提供了理论依据和指导，有利于接近生产、确保安全开采实践。 2、主要内容及研究方案 相似模拟实验，我们在构造应力场中研究了三种地层特性的煤层巷道 。 1）、岩石巷道围岩破坏的发展条件； 2）、顶板、底板和边帮的地表位移； 3）、在顶板和边帮的锚杆支护机理和
3、锚杆应力。 相似实验包括 4 个方案：在每个方案中施加 0.5mpa 的垂直压力在巷道上。我们允许水平构造应力增加 0.25， 0.50， 1.00 至 1.50mpa，侧压力系数从 0.5， 1.0，2.0 到 3.0。 3、实验 3.1、系统 为了接近在煤巷中锚杆支护的地质特性，我们用一个由中国矿业大学开发真正的三轴巷道模拟实验平台。该平台由三大系统组成，如图 1 所示，一个装载部分，一个框架和测试设备。 加载系统由液压泵，液压控 制面板，液压管道和液压枕； 火焰 由隔板和位移传感器，压力传感器，电路，一个 T$3890A 可编程静态电阻应变仪和一台电脑组成的测试系统。该实验系统可以在三个
4、方向上的模型施加不平等的力量，并精确地模拟平面应变问题。平面应变模型模拟巷道的问题，是比平面应力模型更接近实际情况。本系统的主要参数和特点如下： 1）、 模拟火焰 的长度，宽度和厚度分别为 1.0， 1.0 和 0.2 米。 2）、液压枕是用来加载的六个面的模型，其中每一个液压枕覆盖一方 ；模型表面上施加最大压力可达 10 兆帕。 3）、在稳定的条件下，受高压控制的液压系统，可 以装载很长一段时间的模型。 4）、通过各种不同的传感器连接到电脑，可以实时监测各种观测数据。 液压控制面板 液 压 枕 计算机 液 压 管 路 框 架 图 1 真三轴巷道仿真实验平台 3.2、参数 为了反映直接和适当的
5、巷道的破坏和功能模式的构造应力影响的锚杆，我们用几何相似常数 l 为 20 的模型，设计巷道的大小p为 4 米 3 米。用于模拟岩石的材料包括沙、 CaC03、水泥和含水量为 1/10 和容重约为 1.50 的石膏。原岩的容重p是 2 50 3/cmg ，容重相似性常数 是 1.67，强度相似常数t=l =33 4。模型参数和物质成分比例列于表 l 和实验模型图 2 中。 七 层 主要顶板 六 层 五 层 临 时 顶 板 四 层 三 层 巷道 煤矿 :二层 底板 :一层 图 2 实验仿真模型 表 1 模型参数和物质成分比例 阶层 层 真实地层厚度 强度 减弱强度 模型厚度 模型强度 构成比 临时底板 1 8.5 16 9.6 42.5 0.288 337
