井巷围岩压力的影响因素及围岩变形位移分析

◎崔明臣

矿压地下岩体在没受采掘影响前即为原岩体。由于岩体自重应力和构造应力的作用，在其内部形成的应力即为原岩应力，并且形成平衡状态，岩体不会出现变形和位移，也不会出现破坏。采掘生产破坏了原岩应力的平衡，造成岩体内部的应力重新形成，直到新的应力平衡状态的形成，出现了巷道围岩二次应力。如果二次应力大于岩体强度极限，就会造成岩体变形松动，出现巷道顶板的下沉、片帮冒顶、底板鼓起等地压现象。作用于围岩和支架上的力即为地压。

1、支承压力的分布规律对巷道稳定性的影响

因其岩石强度包括地质和技术条件的不同，在岩体内开掘巷道后，岩体内的应力必然重新分布，它的变形、破坏和移动的形式也各有不同。由于受岩石强度条件的影响，特别是支架的支撑作用阻碍了破碎岩块的冒落和破碎区的向外作用，使岩体深部抵抗破坏的能力增强，并且，破碎的岩块间的摩擦力出现一定的抵抗力量。

2、井巷围岩压力及其几个影响因素

井巷地压主要包括变形地压和松动地压。而变形地压又分为弹性变形压力和塑性变形压力。弹性变形压力是在I、Ⅱ类稳定的坚硬砂岩或灰岩中掘巷道时，巷道两侧形成的支承压力，不能产生巷道失稳。即使受采动影响，因其岩石强度较高，巷道围岩还处于弹性变形阶段，维护容易。对支护形式的选择、支架参数的确定、支护施工的管理的要求不严，所以，弹性变形压力不是支护的对象。

原岩应力是导致围岩压力的根本原因，而它并非直接原因，支承压力才是导致巷道变形的直接原因。因此，减小应力集中和防止采动影响是控制变形压力的直接关键性措施。

松动地压与变形地压不同，它是松动岩体的重量直接作用于支护结构上的荷载。断面形状的巷道，都显现顶压大而侧压小，底部不显现。出现松动地压的原因有地质和施工两种因素，地压在各种地层中都会发生。在围岩为不稳定的煤、泥质砂岩或断层破碎带时，就是及时支护，也不可能阻止围岩移动和破坏，难以保证巷道稳定性。若再受到采动影响，巷道围岩会急剧变形、移动和失稳，采用常规支护措施不能奏效。围岩松动压力根据成因划分为巷道的顶压、侧压和底压等类型。

巷道开掘后，暴露的顶板岩石，如同双支粱一样支承上部岩石的压力。在顶板破碎岩石冒落到一定范围而形成自然平衡拱时，就会停止冒落。此时顶板又处于新的平衡状态，巷道上部的压力，通过拱顶传到巷道两帮岩石上。顶板下沉变形和顶板冒落的岩石作用在支承物上的压力即为顶压。

按以上围岩松动压力产生的原因，侧压和底压是由顶压造成的，而顶压与巷道的掘进及支护关系密切。所以，对顶压造成的围岩变形移动现象，必须特别关注。

3、影响围岩压力因素与围岩变形位移的分析

巷道围岩压力受多种因素影响，它随着岩体的地质条件、围岩变形位移特征、原岩应力状态、巷道性质及支护结构、工程环境及施工工艺的不同而变化。这些因素可概括为地质因素和掘进技术因素，围岩压力的典型因素。

围岩变形位移特征，由围岩变形造成的围岩压力，按其变形的大小来判别压力的大小，变形最大的方向，就是来压方向。巷道围岩岩体包括三部分；顶、底、两帮。这三部分的岩性相差较大，而且稳定状况也各不相同，有所区别。任何一条巷道的变形和破坏都是先从稳定性程度较差的部分开始并扩展，影响其他部分，最终造成巷道的整体性破坏。

围岩压力是由围岩变形和破碎造成的，它的大小决定于围岩破裂带的大小。由于巷道四周破裂带大小不同，各方向的围岩压力也不同。掌握围岩位移与时间的关系，围岩的位移速度、位移量以及围岩位移趋于稳定的时间，对认识围岩压力的产生，变化具有重要意义。

1.巷道掘进后，围岩首先产生弹性变形。经过一段时间后，围岩风化，力学性质降低，致使围岩不稳定，则在巷道周边最先进入塑性变形，在形成塑性变形区的时，围岩向巷道空间位移。围岩压力从围岩出现变形时开始产生，并随围岩变形位移量的发展显著增大。

2.掘进时间延长，围岩变形速度会趋于缓和，在掘进导致的围岩应力重新分布并趋于稳定后，因其岩层的流变性质，围岩变形还会随时间而缓慢增长，但其变形速度比巷道初掘期间小得多。围岩压力也会缓慢增长并趋于稳定；而围岩压力主要是由围岩变形和位移造成的。

3.在巷道周边岩石为较软岩层时．围岩变形从位移扩大到松软破裂带直至岩石冒落，围岩压力显著增大。

4.围岩从开始冒落到完成，围岩压力从高峰值降低并趋于稳定。此阶段的围岩压力是由围岩破碎造成的。

总之，巷道围岩压力随围岩变形移动及其破碎过程，会经过掘巷期间的从产生到增大→逐渐增长→走向稳定→岩石破碎冒落时的显著增大→逐步降低→走向稳定几个时期。认识这种巷道围岩从掘进巷道到围岩破坏时的压力变化的变动过程，对科学选择支护结构类型，及时发挥支护的作用，避免围岩的不利影响，具有非常重要作用的。