巷道地壓是巷道圍岩內的應力和作用在支架上的力。頂板、兩幫和底板岩石作用在支架上的力分別稱為“頂壓”、“側壓”和“底壓”。開掘巷道，形成空洞，破壞了原岩應力的平衡，應力重新分布，形成次生應力場。圍岩中次生應力場的應力小於岩石極限強度，或應變小於岩石極限應變時，巷道不需支護即能保持穩定，否則需人工支護。巷道地壓分為散體地壓和變形地壓。破裂鬆散岩石作用在支架上的力稱散體地壓；圍岩在不失整體性狀況下由位移引起的地壓稱變形地壓。
基本介紹
- 中文名：巷道地壓
- 外文名：ground pressure around openings
- 性質：應力和作用在支架上的力
- 類別：詞語
- 讀音：hàng dào dì yā
- 套用：煤礦開採
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介紹
巷道圍岩內的應力和作用在支架上的力。頂板、兩幫和底板岩石作用在支架上的力分別稱為“頂壓”、“側壓”和“底壓”。開掘巷道，形成空洞，破壞了原岩應力的平衡，應力重新分布，形成次生應力場。圍岩中次生應力場的應力小於岩石極限強度，或應變小於岩石極限應變時，巷道不需支護即能保持穩定，否則需人工支護。巷道地壓分為散體地壓和變形地壓。破裂鬆散岩石作用在支架上的力稱散體地壓；圍岩在不失整體性狀況下由位移引起的地壓稱變形地壓。
散體地壓
發生在土層或脆性節理髮育岩體中，其大小主要取決於脫落岩石的自重。在均質土層中，冒落空間呈規則拱形。
19世紀以來，不少學者研究了冒落拱的形狀和有關的地壓計算方法。
1936年泰察吉(K.Terzaghi)推導出同普氏公式類似的拱高計算公式：b=a/tg∮,∮為內摩擦角。1946年泰察吉又給出了計算各類岩土巷道頂、側及底壓的經驗公式。
在脆性節理髮育圍岩中，冒落空間的形狀與大小不定，主要由結構面與圍岩表面的空間組合特徵決定，可通過結構面的調查統計與赤平極射投影方法預測最可能冒落的危岩範圍。設計時以此空間內岩石的自重作為支架上的地壓。
在脆性節理髮育圍岩中，冒落空間的形狀與大小不定，主要由結構面與圍岩表面的空間組合特徵決定，可通過結構面的調查統計與赤平極射投影方法預測最可能冒落的危岩範圍。設計時以此空間內岩石的自重作為支架上的地壓。
中國鐵道、地質、採礦等部門，通過大量調查統計，分別提出了適用於中國實際情況的岩石分級和各種條件下散體地壓的計算公式。
變形地壓
變形地壓主要發生在塑性岩體中。支架承受的地壓值和圍岩在支架阻抗下的位移，由圍岩和支架的力學特性共同決定。圍岩位移U與支架對圍岩反力P的關係曲線見，圖 稱“圍岩特性曲線”，特點是P大，則U小；當U大到極限位移Uc時，岩體破裂。S表示支架的載荷-位移曲線，稱“支架特性曲線”。它隨支架結構特徵的不同而異，如S1的位移與壓力成正比，稱“增阻可縮性支架”；S2在M點前位移與壓力成正比，M點後的位移在等壓力下不斷增加，稱“恆阻可縮性支架”。R曲線與任一S曲線的交點1,2等,表示該支護條件下的地壓與位移。
1938年芬納（R.Fenner）提出計算變形地壓公式，1951年卡斯特納(H.Kastner)作了修正，公式為：式中Pi是圍岩與支護相互作用下的壓力值，P0是各向相等的原岩應力，r0是圓形巷道的掘進半徑，R是塑性區半徑，C是岩體粘聚力，∮是岩體內摩擦角，由此公式可得出圖中的R曲線。
控制方法
巷道地壓控制主要技術途徑有：
（1）保持和提高圍岩強度，採用光面爆破技術，用鑽井機和掘進機掘進巷道，減少對周邊圍岩的破壞；用錨噴支護、注水泥漿或化學加固法加固圍岩；儘量避免將巷道布置在鬆軟岩層和破碎帶中（見井巷掘進與支護）。
（2）控制圍岩應力，正確選擇巷道的斷面形狀，儘量使巷道周邊不出現拉應力或集中的壓應力；將巷道開掘在不受或少受采動影響的岩體中；用噴射混凝土填補巷道表面不平部分，緩和周邊應力集中。
（3）合理選用支護手段，選用支架的原則是：對彈性為主、變形量較小的圍岩，應採用剛性較大的支架；對塑性為主、變形量較大的圍岩，應採用可縮性支架，並根據圍岩變形特徵，合理選取其可縮量。在鬆軟岩層條件下，可採用封閉式可縮性圓形金屬支架、混凝土砌支架或其他合理支護手段。地質條件不良區，應採用錨噴與可縮性金屬支架聯合支護技術。在堅固岩層條件下，則採用錨桿支架，包括樹脂錨桿，以減少巷道支護工作量，充分利用巷道有效斷面。在受采動影響的采準巷道中，圍岩在較短時間內產生很大的位移，可採用錨網或性能良好的拱形可縮性支架。在其他合適的岩層條件下，應推廣使用錨噴支護，以求獲得安全、經濟和合理的效果。
（4）制訂巷道支護規程。對各類巷道的圍岩進行分類，提出相適應的支護形式，形成規程，使支護標準化。同時，合理確定設計斷面，在地壓作用變形後，仍能滿足礦井通風和使用的要求，保持巷道在服務年限內不維修或少維修，使設計斷面標準化。
（2）控制圍岩應力，正確選擇巷道的斷面形狀，儘量使巷道周邊不出現拉應力或集中的壓應力；將巷道開掘在不受或少受采動影響的岩體中；用噴射混凝土填補巷道表面不平部分，緩和周邊應力集中。
（3）合理選用支護手段，選用支架的原則是：對彈性為主、變形量較小的圍岩，應採用剛性較大的支架；對塑性為主、變形量較大的圍岩，應採用可縮性支架，並根據圍岩變形特徵，合理選取其可縮量。在鬆軟岩層條件下，可採用封閉式可縮性圓形金屬支架、混凝土砌支架或其他合理支護手段。地質條件不良區，應採用錨噴與可縮性金屬支架聯合支護技術。在堅固岩層條件下，則採用錨桿支架，包括樹脂錨桿，以減少巷道支護工作量，充分利用巷道有效斷面。在受采動影響的采準巷道中，圍岩在較短時間內產生很大的位移，可採用錨網或性能良好的拱形可縮性支架。在其他合適的岩層條件下，應推廣使用錨噴支護，以求獲得安全、經濟和合理的效果。
（4）制訂巷道支護規程。對各類巷道的圍岩進行分類，提出相適應的支護形式，形成規程，使支護標準化。同時，合理確定設計斷面，在地壓作用變形後，仍能滿足礦井通風和使用的要求，保持巷道在服務年限內不維修或少維修，使設計斷面標準化。
參考書目
北京礦業學院、東北工學院合編：《岩石力學與井巷支護》，中國工業出版社，北京，1961。
H.卡斯特奈著，同濟大學譯：《隧道坑道靜力學》，（第二次修訂版），科學技術出版社，上海，1980。(H.Kastner,Statik des Tunnel und Stollenbaus,auf der Grundlage geomechanischer Erkenntnisse,Zweite neubearbeitete Auflage, Springer Verlag,1971.)
H.卡斯特奈著，同濟大學譯：《隧道坑道靜力學》，（第二次修訂版），科學技術出版社，上海，1980。(H.Kastner,Statik des Tunnel und Stollenbaus,auf der Grundlage geomechanischer Erkenntnisse,Zweite neubearbeitete Auflage, Springer Verlag,1971.)
