矩形巷道稳定性研究：断面尺寸效应与控制策略

"该研究通过理论建模、数值模拟和现场观测，探讨了矩形巷道断面宽高比对其围岩稳定性的影响。在最大主应力为水平应力时，宽高比较大的巷道稳定性更好，而当自重应力为主时，小宽高比更能保证稳定性。针对实际案例，宽高比为1.76的巷道在顶板下沉和两帮位移上的表现证明了这一理论的有效性。" 基于断面尺寸效应的矩形巷道围岩稳定性研究是一项深入探讨采矿工程中巷道设计与维护的重要课题。该研究主要关注矩形巷道的断面宽高比如何影响其表面位移、剪切方位以及破坏模式。研究人员采用了理论建模、数值模拟计算以及现场工程应用的方法，系统地分析了在不同最大主应力条件下的宽高比对矩形巷道围岩稳定性的影响。 研究发现，当最大主应力为水平应力时，较大的宽高比有助于提高矩形巷道的稳定性，可以减少巷道顶板的剪切破坏范围和两帮的变形量。这意味着，在这种情况下，更宽的巷道设计能有效抑制顶板的下沉和两帮的移动，从而改善巷道的稳定性。 然而，当自重应力成为主导因素时，情况则有所不同。此时，矩形巷道的两帮剪切破坏程度显著增加，顶底板和两帮表面位移增大，较小的宽高比反而更有助于保持巷道的稳定性。这是因为窄巷道设计可以分散应力，减少局部应力集中，从而降低两帮的剪切破坏。 在实际工程应用中，研究人员针对沙曲矿（一个最大主应力为水平应力的煤矿）进行现场矿压观测，对宽高比为1.76的矩形巷道进行了测试。结果显示，巷道顶板的最大下沉量为134毫米，两帮的最大相对移近量为195毫米，这些数据表明，尽管有明显的变形，但巷道的围岩控制效果仍然良好，验证了理论研究的准确性。 该研究的成果对于优化矩形巷道设计，特别是在考虑地质条件和应力状态变化的情况下选择合适的宽高比具有重要的指导意义。矿产资源开采企业可以根据这些研究成果调整巷道的设计参数，以提高巷道的稳定性和安全性，减少维护成本，同时也有利于保障工作人员的生命安全和矿井的长期运营。此外，该研究还为其他类似地质条件下的矿井提供了有价值的参考依据。