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摘要：为获得巷道断面的宽高比对巷道围岩稳定性的影响，研究了巷道断面的宽高比对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：较大的宽高比有利于围岩整体稳定；在自重应力场作用下，两帮剪切破坏程度更高，顶板和两帮的位移量都比较大，巷道宽度小于高度时，两帮发生剪切破坏的区域较小，较小的宽高比有利于围岩整体稳定。
关键词：宽高比；巷道；稳定性
巷道稳定性受到多种因素的影响，比如巷道埋深、巷道断面的类型和尺寸、巷道所处的应力场类型等等因素。众多学者对巷道围岩的稳定性开展了大量的研究，取得了一系列的研究成果。高富强[1]采用数值模拟的方法研究了水平主应力对巷道稳定性的影响。肖同强等[2]采用相似模拟试验的方法研究了构造应力、埋深对巷道围岩应力、支护结构、巷道变形的影响。单仁亮等[3]研究了巷道稳定性分类的方法及指标选取。靖洪文等[4]理论分析了巷道围岩松动圈的计算公式，研究了围岩强度、巷道埋深、支护阻力等对巷道稳定性的影响，提出了“三锚”支护的新概念。赵维生等[5]研究了径向、轴向侧压系数、巷道轴向角度对深部软岩巷道围岩稳定性的影响。唐礼忠等[6]采用数值模拟的方法对不同位置、厚度和倾角的软弱夹层对巷道稳定性的影响。廖巍等[7]采用数值模拟的方法对不同方位组合的节理对巷道围岩稳定性的影响。田敬学等[8]对巷道围岩的稳定性动态工程分类进行了研究。
为获得巷道断面的宽高比对巷道围岩的影响，本文研究了巷道断面的宽高比对巷道围岩稳定性的影响。
一般在开掘巷道的断面设计工作中，主要的侧重点放在设备的安放和应用以及通风风量通过要求上，对于受地应力作用影响而表现为不稳定的巷道围岩，这种设计思想忽视了巷道失稳的根本驱动力地应力以及与之密切相关的巷道尺寸宽高比对围岩变形破坏的影响作用。
研究表明，巷道的轴比存在一个合理的界限值，超过这个界限值，过高的巷道宽度和高度会造成巷道围岩应力分布很不均匀，某些部位的位移量很大，巷道稳定性降低。因此，有必要研究不同应力条件下巷道开挖断面合理的宽高比，以此可以改善围岩应力状态，减轻支护工作的难度。
1 水平应力场下巷道宽高比对围岩变形的影响
水平应力大于垂直应力，巷道宽高比越小，顶板剪切应变的最高量值越大，应变量值较高的区域范围越大。宽高比0.75时，巷道的宽度小于高度，在顶板上方形成了一个明显的剪切带。宽高比为2时，巷道的宽度最大而高度最小，此时顶板剪切应变最大值主要集中在顶板顶角处，没有形成明显的剪切带。
通过剪切破坏程度和范围的分析说明在水平应力场下，同样断面面积前提下，巷道宽度越大，对顶板避免严重剪切破坏越有利。
水平应力场下，巷道顶板位移随宽高比的变化不明显，不同宽高比下顶板下沉量差距很小。两帮的位移随着宽高比的增加而逐渐减小，减小的幅度比较大。说明在水平应力场下，从控制位移角度来看，巷道宽度越小、高度越高对于两帮的维护是不利的，增加巷道宽度有利于两帮的稳定。
2 自重应力场下巷道宽高比对围岩变形的影响
在自重应力场作用下，由于垂直应力大于水平应力，两帮是剪切破坏的重点部位。与水平应力场下剪切应变最大值随宽高比的变化趋势相同，两帮剪切应变的最大值也是随着宽高比增加而逐渐减小。
但是，两帮发生严重剪切破坏的分布范围是随着宽高比增大而增大的，宽高比为0.75时，剪切破坏严重区域只是在两帮直角处很小的范围，而宽高比增大到1时，向帮部深处扩展，宽高比增大到1.5和2时，两帮形成明显的剪切带，容易发生剪切滑移现象。
以上分析说明在自重应力场下，在同样断面面积下，巷道宽高比越小，即高度大于宽度时，帮部的剪切破坏程度较小，对于维持帮部的稳定比较有利。
自重应力场下，两帮位移随宽高比的变化不大，而顶板下沉量随宽高比的增大而显著增加，说明在自重应力场下，宽高比增大起到了增跨的作用，对于顶板的控制是不利的，较小的宽高比同样有利于维护顶板的稳定。
综合以上水平应力场和自重应力场下巷道宽高比不同时巷道围岩稳定性情况可以得出结论：
（1）水平应力场下，巷道宽高比越大，顶板发生剪切破坏的区域越小，两帮位移量越小，较大的宽高比有利于围岩整体稳定。
（2）自重应力场下，巷道宽高比越小，两帮发生剪切破坏的区域越小，顶板位移量越小，较小的宽高比有利于围岩整体稳定。
3 结论
水平应力场下，巷道宽度大于高度，顶板发生剪切破坏的区域较小，两帮位移量较小，较大的宽高比有利于围岩整体稳定。自重应力场下，巷道宽度小于高度时，两帮发生剪切破坏的区域较小，顶板位移量较小，较小的宽高比有利于围岩整体稳定。
参考文献：
[1]高富强. 最大水平主应力对巷道围岩稳定性影响的数值分析[J]. 矿业研究与开发，2008，01：62-64.
[2]肖同强，李怀珍，支光辉. 深部厚顶煤巷道围岩稳定性相似模型试验研究[J]. 煤炭学报，2014，39（6）：1016-1023.
[3]单仁亮，孔祥松，单鹏. 基于神经网络的巷道围岩稳定性分类研究进展[J]. 矿业安全与环保，2014，03：109-112+115.
[4]靖洪文，李元海，许国安. 深埋巷道围岩稳定性分析与控制技术研究[J]. 岩土力学，2005，06：877-880+888.
[5]趙维生，韩立军，张益东，等. 主应力对深部软岩巷道围岩稳定性影响规律研究[J]. 采矿与安全工程学报，2015，03：504-510.
[6]唐礼忠，高龙华，王春，等. 动力扰动下含软弱夹层巷道围岩稳定性数值分析[J]. 采矿与安全工程学报，2016，01：63-69.
[7]廖巍，徐海清，刘贵应. 岩体结构面组合对巷道围岩稳定性的影响[J]. 安全与环境工程，2004，02：65-67.
[8]田敬学，张庆贺，姜福兴. 煤矿巷道围岩稳定性动态工程分类技术研究与应用[J]. 岩土力学，2001，01：29-32.
作者简介：
曹九祝，男，工程师，主要从事煤矿安全监察管理与技术方面的工作。
关键词：宽高比；巷道；稳定性
巷道稳定性受到多种因素的影响，比如巷道埋深、巷道断面的类型和尺寸、巷道所处的应力场类型等等因素。众多学者对巷道围岩的稳定性开展了大量的研究，取得了一系列的研究成果。高富强[1]采用数值模拟的方法研究了水平主应力对巷道稳定性的影响。肖同强等[2]采用相似模拟试验的方法研究了构造应力、埋深对巷道围岩应力、支护结构、巷道变形的影响。单仁亮等[3]研究了巷道稳定性分类的方法及指标选取。靖洪文等[4]理论分析了巷道围岩松动圈的计算公式，研究了围岩强度、巷道埋深、支护阻力等对巷道稳定性的影响，提出了“三锚”支护的新概念。赵维生等[5]研究了径向、轴向侧压系数、巷道轴向角度对深部软岩巷道围岩稳定性的影响。唐礼忠等[6]采用数值模拟的方法对不同位置、厚度和倾角的软弱夹层对巷道稳定性的影响。廖巍等[7]采用数值模拟的方法对不同方位组合的节理对巷道围岩稳定性的影响。田敬学等[8]对巷道围岩的稳定性动态工程分类进行了研究。
为获得巷道断面的宽高比对巷道围岩的影响，本文研究了巷道断面的宽高比对巷道围岩稳定性的影响。
一般在开掘巷道的断面设计工作中，主要的侧重点放在设备的安放和应用以及通风风量通过要求上，对于受地应力作用影响而表现为不稳定的巷道围岩，这种设计思想忽视了巷道失稳的根本驱动力地应力以及与之密切相关的巷道尺寸宽高比对围岩变形破坏的影响作用。
研究表明，巷道的轴比存在一个合理的界限值，超过这个界限值，过高的巷道宽度和高度会造成巷道围岩应力分布很不均匀，某些部位的位移量很大，巷道稳定性降低。因此，有必要研究不同应力条件下巷道开挖断面合理的宽高比，以此可以改善围岩应力状态，减轻支护工作的难度。
1 水平应力场下巷道宽高比对围岩变形的影响
水平应力大于垂直应力，巷道宽高比越小，顶板剪切应变的最高量值越大，应变量值较高的区域范围越大。宽高比0.75时，巷道的宽度小于高度，在顶板上方形成了一个明显的剪切带。宽高比为2时，巷道的宽度最大而高度最小，此时顶板剪切应变最大值主要集中在顶板顶角处，没有形成明显的剪切带。
通过剪切破坏程度和范围的分析说明在水平应力场下，同样断面面积前提下，巷道宽度越大，对顶板避免严重剪切破坏越有利。
水平应力场下，巷道顶板位移随宽高比的变化不明显，不同宽高比下顶板下沉量差距很小。两帮的位移随着宽高比的增加而逐渐减小，减小的幅度比较大。说明在水平应力场下，从控制位移角度来看，巷道宽度越小、高度越高对于两帮的维护是不利的，增加巷道宽度有利于两帮的稳定。
2 自重应力场下巷道宽高比对围岩变形的影响
在自重应力场作用下，由于垂直应力大于水平应力，两帮是剪切破坏的重点部位。与水平应力场下剪切应变最大值随宽高比的变化趋势相同，两帮剪切应变的最大值也是随着宽高比增加而逐渐减小。
但是，两帮发生严重剪切破坏的分布范围是随着宽高比增大而增大的，宽高比为0.75时，剪切破坏严重区域只是在两帮直角处很小的范围，而宽高比增大到1时，向帮部深处扩展，宽高比增大到1.5和2时，两帮形成明显的剪切带，容易发生剪切滑移现象。
以上分析说明在自重应力场下，在同样断面面积下，巷道宽高比越小，即高度大于宽度时，帮部的剪切破坏程度较小，对于维持帮部的稳定比较有利。
自重应力场下，两帮位移随宽高比的变化不大，而顶板下沉量随宽高比的增大而显著增加，说明在自重应力场下，宽高比增大起到了增跨的作用，对于顶板的控制是不利的，较小的宽高比同样有利于维护顶板的稳定。
综合以上水平应力场和自重应力场下巷道宽高比不同时巷道围岩稳定性情况可以得出结论：
（1）水平应力场下，巷道宽高比越大，顶板发生剪切破坏的区域越小，两帮位移量越小，较大的宽高比有利于围岩整体稳定。
（2）自重应力场下，巷道宽高比越小，两帮发生剪切破坏的区域越小，顶板位移量越小，较小的宽高比有利于围岩整体稳定。
3 结论
水平应力场下，巷道宽度大于高度，顶板发生剪切破坏的区域较小，两帮位移量较小，较大的宽高比有利于围岩整体稳定。自重应力场下，巷道宽度小于高度时，两帮发生剪切破坏的区域较小，顶板位移量较小，较小的宽高比有利于围岩整体稳定。
参考文献：
[1]高富强. 最大水平主应力对巷道围岩稳定性影响的数值分析[J]. 矿业研究与开发，2008，01：62-64.
[2]肖同强，李怀珍，支光辉. 深部厚顶煤巷道围岩稳定性相似模型试验研究[J]. 煤炭学报，2014，39（6）：1016-1023.
[3]单仁亮，孔祥松，单鹏. 基于神经网络的巷道围岩稳定性分类研究进展[J]. 矿业安全与环保，2014，03：109-112+115.
[4]靖洪文，李元海，许国安. 深埋巷道围岩稳定性分析与控制技术研究[J]. 岩土力学，2005，06：877-880+888.
[5]趙维生，韩立军，张益东，等. 主应力对深部软岩巷道围岩稳定性影响规律研究[J]. 采矿与安全工程学报，2015，03：504-510.
[6]唐礼忠，高龙华，王春，等. 动力扰动下含软弱夹层巷道围岩稳定性数值分析[J]. 采矿与安全工程学报，2016，01：63-69.
[7]廖巍，徐海清，刘贵应. 岩体结构面组合对巷道围岩稳定性的影响[J]. 安全与环境工程，2004，02：65-67.
[8]田敬学，张庆贺，姜福兴. 煤矿巷道围岩稳定性动态工程分类技术研究与应用[J]. 岩土力学，2001，01：29-32.
作者简介：
曹九祝，男，工程师，主要从事煤矿安全监察管理与技术方面的工作。