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1、井巷設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工新技術(shù)第二講 巖石巷道的錨噴支護(hù),,湖 南 工 程 學(xué) 院 曾 憲 桃 （博士、教授、博士生導(dǎo)師） 二零一零年八月,井巷維護(hù)目的在于保證井巷穩(wěn)定性 前提是經(jīng)濟(jì)合理，穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)兼顧，不可偏廢 圍巖應(yīng)力超過圍巖強(qiáng)度時(shí)，井巷處于不穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)圍巖應(yīng)力恰等于圍巖強(qiáng)度時(shí)，井巷處于極限平衡狀態(tài) 當(dāng)圍巖應(yīng)力小于圍巖強(qiáng)度時(shí)，井巷才得以穩(wěn)定 提高圍巖強(qiáng)度，降低圍巖應(yīng)力,1 井巷維護(hù)總原則,圍巖巖性、井巷位置、所處深度、巷道軸線方位、斷面形狀尺寸、掘進(jìn)破巖方法、掘進(jìn)時(shí)間、掘進(jìn)方案、巷道布置與采動(dòng)影響、以及支護(hù)類型與特征等。 在以上因素中，巷道斷面形狀尺寸、掘進(jìn)方案方法、巷道布置和支護(hù)類型與特性等

2、，有很廣泛的選擇調(diào)節(jié)余地。,2 影響井巷穩(wěn)定性的主要因素,3 井巷維護(hù)措施,將井巷置于最堅(jiān)硬的巖層中 選擇井巷位置 調(diào)整巖性以提高或降低圍巖強(qiáng)度 調(diào)整與相鄰巷道或采場的距離 調(diào)整和采空區(qū)的相對關(guān)系 巷道軸線方向 斷面形狀與軸比(跨高比) 斷面尺寸 掘進(jìn)破巖方法 掘進(jìn)時(shí)間與沿空護(hù)巷 選擇合理的支護(hù)方式,巷道圍巖支護(hù)共同作用原理,圍巖支護(hù)共同作用原理,錨噴支護(hù)錨桿與噴(射)混凝土聯(lián)合支護(hù) 錨桿和噴混凝土都可獨(dú)立使用 聯(lián)合應(yīng)用，支護(hù)效果更加完善 錨桿的最大特點(diǎn)是置入圍巖內(nèi)部，發(fā)揮其自身支護(hù)作用 錨桿的支護(hù)效果良好，且用料省 同樣支護(hù)效果條件下，錨桿的用鋼量只有U型鋼支架的112115,4 錨噴支護(hù)

3、,4 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)類型,國內(nèi)外錨桿的構(gòu)造類型不下數(shù)十種 最常用的有：倒楔式鋼錨桿、鋼絲繩或鋼筋砂漿錨 桿、木錨桿、樹脂錨桿、竹錨桿等 最近發(fā)展的有：快凝水泥砂漿錨桿 膨脹水泥砂漿錨桿 管縫式錨桿等 各種錨桿各有特點(diǎn),4 錨噴支護(hù)作用機(jī)理,懸吊作用，減跨作用，組合梁作用，組合拱作用，加固作用，改善圍巖周邊應(yīng)力狀態(tài)(改雙軸為三軸應(yīng)力狀態(tài))作用等。 有的能解釋特定情況下錨桿的作用，有的則非錨桿所特有的作用(如改善周邊應(yīng)力狀態(tài)，別的支護(hù)也有這種功能)，但都未能闡明或明確解釋為什么錨桿用料極省。,4 錨噴支護(hù)錨桿參數(shù)的確定方法,錨桿長度計(jì)算公式為 ll1+l2

4、+l3 式中：l1外露長度； l2 有效長度； l3 錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層內(nèi)的長度。 按桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定桿體直徑 按錨桿所能懸吊的巖體重量計(jì)算桿間、排距。,5 噴射混凝土支護(hù),噴混凝土最突出的支護(hù)特點(diǎn)，是在施工過程中表面一經(jīng)暴露可以立即噴射，除了起臨時(shí)支護(hù)作用以外，還及時(shí)將巖面加以封閉，隔絕水、濕氣和風(fēng)化對巖體的不利作用，防止巖體強(qiáng)度降低，起到間接提高舉巖強(qiáng)度的作用。這一點(diǎn)對于易風(fēng)化遇水崩解膨脹的軟巖，意義十分重要。 噴混凝土配和錨桿應(yīng)用，可以克服錨桿的最大弱點(diǎn)，起著防止桿間活石風(fēng)化、冒落作用。 噴混凝土有時(shí)也可以單獨(dú)作為一種支護(hù)方式，或在錨噴聯(lián)合支護(hù)中起主要作用。 性質(zhì)本質(zhì)是

5、脆性的，巖體變形較大時(shí)，噴層容易開裂、剝落 缺點(diǎn)：回彈率和粉塵濃度大,5 噴射混凝土支護(hù)噴層厚度,巖體變形小時(shí)，只需素噴混凝土，不必錨桿，噴厚可為50150mm。 巖體變形大時(shí)，應(yīng)以錨桿為主，噴層為輔。這時(shí)噴厚有2050mm即可。 圍巖變形在25cm時(shí)，用素噴混凝土，變形較大時(shí)用噴混凝土和錨桿聯(lián)合支護(hù)。,6 巷道支護(hù)效果檢測方法,該方法最簡單，但意義很重要。例如，將巖體表面位移量測資料，形成位移與時(shí)間的關(guān)系曲線，最常見的三種情況。其實(shí)質(zhì)就是蠕變曲線。對于斜率持續(xù)不變或不斷增長，可以預(yù)見趨向不穩(wěn)定的情況，通過采取適當(dāng)措施，如加強(qiáng)支護(hù)，改善排水條件等，使位移時(shí)間曲線斜率減小或趨于穩(wěn)定。,一、巷道圍

6、巖收斂測試,圍巖收斂關(guān)系曲線,收斂計(jì)及測點(diǎn)布置,圍巖位移是指圍巖的絕對位移，該項(xiàng)測試可以反映圍巖的時(shí)空變化情況。,二、圍巖位移測量,圍巖松動(dòng)圈是反映巷道圍巖破壞范圍的重要參數(shù)，一般用聲波方法測試。目前多采用單孔一發(fā)雙收的方法測試。根據(jù)聲波的速度變化來判別巷道圍巖的破壞情況。,三、圍巖松動(dòng)圈的測量,當(dāng)巖石破碎時(shí)，巖石存在大量 的縫隙，其密度變小，聲波在 破碎巖體中傳播的速度與巖體 的破碎程度有直接關(guān)系。聲波 測試圍巖松動(dòng)圈，就是根據(jù)這 一原理進(jìn)行的。,基本原理,聲速沿孔深增加基本保持不變，這說明巖體完整、節(jié)理裂隙不發(fā)育，可以認(rèn)為松動(dòng)圈厚度等于零。,在巷道表面一定范圍內(nèi)，聲速值下降，但隨著孔深增加，聲速保持不變，此時(shí)松動(dòng)圈厚度可由A確定。,在巷道圍巖一定深度內(nèi)，聲速增加，然后隨孔 深加大聲速逐漸下降趨于穩(wěn)定，這說明巷道圍 巖存在應(yīng)力集中區(qū)，但應(yīng)力值并未達(dá)到巖石的 抗壓強(qiáng)度，巖體仍然保持完整。此時(shí)圍巖松動(dòng) 圈等于零。 在巷道圍巖一定范圍內(nèi)，聲速值降低，隨孔深 增加聲速增加，一定距離后，開始下降并逐漸 趨于穩(wěn)定。此時(shí)巷道圍巖松動(dòng)圈的大小由圖中 的A點(diǎn)確定，圖中聲速增大處說明應(yīng)力集中區(qū) 的存在。,測試結(jié)果的應(yīng)用,隨時(shí)檢測巷道變形情況，以便在巷道失穩(wěn)之前采取措施； 檢驗(yàn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案的正確與否，以便即時(shí)更改； 掌握巷道端頭效應(yīng)，制定合理的永久支護(hù)時(shí)間； 服務(wù)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。,