張雙樓礦1.2Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,張雙樓礦,mta,設(shè)計(jì),cad,圖紙,文檔 專 題 部 分 專題部分 深部礦井巷道支護(hù)技術(shù) 摘要 據(jù)了解，我國(guó)煤礦開采深度以每年8-12m的速度增加，部分煤礦開采深度已經(jīng)超過1000m。隨著我國(guó)煤礦巷道服務(wù) 年 限 加 長(zhǎng)，采 深 度 增 加，安徽、山東、河南地區(qū)煤采掘接替日趨緊張，錨網(wǎng)支護(hù)巷道受動(dòng)壓影響也出現(xiàn)變形局部跨落冒頂?shù)葐栴}，特別是靠近采空區(qū)一側(cè)的巷道礦壓顯現(xiàn)特征與淺部的緩傾斜煤層呈現(xiàn)明顯不同，傳統(tǒng)的支護(hù)及常規(guī)的施工方法已不能滿足安全生產(chǎn)的 需 要。隨著開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，垂直和水平應(yīng)力的不斷提高，使得巷道變形底臌失修等問題便得 更 加 突 出，嚴(yán)重影響了礦井的安全高效生產(chǎn)。區(qū)段巷道壓力較大維護(hù)困難，巷道維護(hù)問題已成為制約生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)。 另外，在深部高應(yīng)力環(huán)境中，在淺 部 表 現(xiàn)為硬巖特性的巖層也表現(xiàn)為軟巖特性，巷道圍巖長(zhǎng)期變形不止 目前，深部巷道變形大已經(jīng)成為深部工程安全的瓶頸之一，成 為 國(guó) 內(nèi) 外 研 究 的 熱 點(diǎn)。 本文討論了埋深大于800m的深部礦井巷道及其支護(hù)技術(shù)存在的主要問題，并對(duì)影響巷道穩(wěn)定的主要因素進(jìn)行了分析，提出了深部礦井巷道的支護(hù)技術(shù)，并結(jié)合一些礦井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果，對(duì)巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)于類似地質(zhì)條件下巷道支護(hù)具有一定的借鑒價(jià)值。 關(guān)鍵詞：深井巷道支護(hù)；穩(wěn)定因素；錨桿支護(hù)技術(shù)；監(jiān)測(cè)；高應(yīng)力 1深井巷道及其存在的主要問題 1.1深井巷道的概念 目前國(guó)內(nèi)井工開采的煤炭70﹪的產(chǎn)量來自埋深400m以下的地層中，而巷道的穩(wěn)定性由礦井埋深和巖性兩個(gè)主要因素決定。一般認(rèn)為開采深度大于800m的礦井為深井。隨著開采深度的增加，巷道礦山壓力也在增加，基本趨勢(shì)如圖1所示 1.2深井巷道存在的主要問題 ⑴ 原巖應(yīng)力大 原巖應(yīng)力與開采深度呈線性關(guān)系，深度越深，原巖應(yīng)力越大。同時(shí)，圍巖移近率隨采深的加大也和應(yīng)增大。 ⑵ 構(gòu)造應(yīng)力顯現(xiàn)加劇 構(gòu)造應(yīng)力是由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在巖體中引起的應(yīng)力.對(duì)于深部巷道，構(gòu)造水平應(yīng)力一般均大于自重應(yīng)力。在構(gòu)造應(yīng)力集中帶，由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，薄層頁巖頂板一般沿層面滑移，厚層砂巖頂板則以小角度或小斷層產(chǎn)生剪切，從而失穩(wěn)冒落；在高水平應(yīng)力作用下，巷道首先從支護(hù)弱面即直接底板破壞，導(dǎo)致底鼓；而兩幫產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致兩幫破裂、鼓出和塌落，兩幫比頂板破壞深度更大，從而引起頂板巖層破壞進(jìn)一步發(fā)展。 水平應(yīng)力大小及方向變化很大，較難預(yù)側(cè)和理論計(jì)算，所以實(shí)測(cè)地應(yīng)力對(duì)深部巷道支護(hù)設(shè)計(jì)有著重要價(jià)值。 ⑶ 巖體強(qiáng)度降低 隨著礦井開采深度的加大，巖體強(qiáng)度明顯降低。由于采深增加，巷道周邊的集中應(yīng)力超過了圍巖的自身強(qiáng)度，致使圍巖移近率相對(duì)增加，巷道周邊塑性區(qū)范圍擴(kuò)大。在塑性區(qū)范圍內(nèi)，巖石內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角迅速下降，致使巖體狀態(tài)惡化。 ⑷ 變形呈軟巖特性 由于深部巷道圍巖應(yīng)力大，圍巖強(qiáng)度降低，圍巖孔隙率增大，加上地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的影響，導(dǎo)致巷道變形呈軟巖特性。 ⑸ 頂板離層嚴(yán)重 層理、節(jié)理或裂隙發(fā)育的頂板，在強(qiáng)自重應(yīng)力作用下，特別是下軟上硬頂板，深部比淺部離層更為嚴(yán)重，且遇水呈片狀破碎。 ⑹ 沖擊地壓發(fā)生頻率及強(qiáng)度增大 礦井采深越大，自重應(yīng)力越大。在堅(jiān)硬頂板條件下。巷道圍巖或煤體積聚的彈性能也增大，特別在構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)支架-圍巖作用平衡體受到諸如放炮等因素誘發(fā)而失穩(wěn)時(shí)，更易發(fā)生沖擊地壓。例如徐州礦區(qū)自1991年7月10日在權(quán)臺(tái)煤礦發(fā)生首例沖擊地壓以來，已先后在三河尖、張集、旗山、張小樓等礦(井)發(fā)生20多次沖擊地壓。 1.3巷道變形破壞形式 (1)頂板下沉，出現(xiàn)離層破壞現(xiàn)象。變形破壞主要是由 于頂板下沉量超過支護(hù)允許范圍，引起頂板中間下墜，兩側(cè) 切斷等。 (2)底臌。巷道底板一般不支護(hù)，受壓引起底臌，底臌一 般在300～600inln，部分巷道可達(dá)600ram以上，影響巷道斷 面、軌道運(yùn)輸?shù)取? (3)巷道兩幫擠壓。兩幫擠壓使巷道兩幫片幫、臌出、引 起支護(hù)破壞、斷面縮小等，影響使用。 (4)錨噴巷道噴層開裂和剝落，形成網(wǎng)兜 2. 深井礦壓規(guī)律 2.1地應(yīng)力 豎向垂直壓力主要來自于上覆巖層自重壓力P。即： P=kγH 式中： P——上覆巖層壓力，t/m2； ——巖層容重，t/m3； H——深度，m； k——與巖層性質(zhì)有關(guān)系數(shù)。 從上式可以看出，在同類圍巖條件下，巷道埋深越大，地應(yīng)力相對(duì)越大。 2.2 主應(yīng)力方向?qū)ο锏婪€(wěn)定的影響 原巖地層中的任一點(diǎn)的盈利處于平衡狀態(tài)，巷道開挖后，由于褶曲、斷層、火成巖侵入等地質(zhì)作用，圍巖盈利重新分布，巷道周圍應(yīng)力不均等，造成巷道不同形式的破壞。應(yīng)力方向分為垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力，因此主應(yīng)力方向與巷道方向的關(guān)系影響其穩(wěn)定性。見圖2。 (1)當(dāng)巷道軸向與最大水平主應(yīng)力方向平行時(shí)，受水平應(yīng)力影響最小，對(duì)巷道的穩(wěn)定最為有利。 (2)當(dāng)巷道軸向與最大水平主應(yīng)力方向垂直時(shí)，受水平應(yīng)力影響最犬，對(duì)巷道的穩(wěn)定最為不利。 (3)最大水平主應(yīng)力方向與斜交的巷道，巷道一側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力集中而另一側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力釋放，因而巷道的變形破壞會(huì)偏向某一側(cè)。 ⑷水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，容易產(chǎn)生底臌，巷道不穩(wěn)定。 2.3開采深度與巷道圍巖的變形關(guān)系 開采深度對(duì)巷道圍巖的影響十分復(fù)雜，除與巷道的圍巖性質(zhì)密切相關(guān)外，如受采動(dòng)影響的巷道，則與護(hù)巷方式和周圍采動(dòng)狀況等也有密切關(guān)系。根據(jù)我國(guó)的研究成果，可得開采深度與巷道維護(hù)之間的一般關(guān)系如下: (1)巖體的原巖應(yīng)力即上覆巖層重量，是在巖體內(nèi)掘巷時(shí)巷道圍巖出現(xiàn)應(yīng)力集中和周邊位移的基本原因。因此，隨開采深度增加，必然會(huì)引起巷道圍巖變形和維護(hù)費(fèi)的顯著增長(zhǎng)。 (2)巷道的圍巖變形量或維護(hù)費(fèi)用隨采深的增加近似的呈線性關(guān)系增長(zhǎng)。 (3)巷道圍巖變形和維護(hù)費(fèi)用隨開采深度的增長(zhǎng)的幅度，與巷道圍巖性質(zhì)有密切關(guān)系，圍巖愈松軟，巷道變形隨采深增長(zhǎng)愈快，反之，圍巖愈穩(wěn)定，巷道變形隨采深增長(zhǎng)愈慢。 (4)巷道圍巖變形和維護(hù)費(fèi)用的增長(zhǎng)率還與巷道所處位置及護(hù)巷方式有關(guān)，開采深度對(duì)卸壓內(nèi)的巷道影響最小，對(duì)位于煤體內(nèi)巷道及位于煤體-煤柱內(nèi)巷道的影響次之，對(duì)兩側(cè)均已采空的巷道影響最大。 前蘇聯(lián)對(duì)礦井開采深度與巷道穩(wěn)定性的關(guān)系進(jìn)行過大量研究，認(rèn)為深部巷道礦壓顯現(xiàn)的一個(gè)主要特點(diǎn)是在巷道掘進(jìn)時(shí)就呈現(xiàn)圍巖強(qiáng)烈變形，且在掘進(jìn)后圍巖長(zhǎng)期流變，使巷道支架承受很大壓力。淺部開采時(shí)表現(xiàn)不明顯的掘巷引起的圍巖變形，在深部開采時(shí)顯現(xiàn)十分強(qiáng)烈。根據(jù)在頓巴斯礦區(qū)進(jìn)行的大量巷道礦壓觀測(cè)，提出了深部巷道掘進(jìn)初期圍巖移近量的計(jì)算公式為: 式中: 、——頂板、兩幫在掘進(jìn)后t時(shí)間內(nèi)的位移量，cm； t——時(shí)間，d; 、—頂板,兩幫作用在支架上的壓力，kN/㎡ ； γ——巖石容重，kN/m'； H——巷道所處的深度，m； R—巖石單軸抗壓強(qiáng)度，kPa； Ro—尋求常數(shù)時(shí)引人的單軸抗壓強(qiáng)度，3000kPa； b—巷道所處的深度，cm； h—巷道高度，cm； 由此可以看出隨著開采深度的增加，維護(hù)時(shí)間的增長(zhǎng)，巷道變形將逐漸增加，維護(hù)也越困難。 3影響巷道穩(wěn)定的因素 3.1 穩(wěn)定性系數(shù) 影響巷道穩(wěn)定的因素有很多，研究認(rèn)為，埋深600～1200m的巷道圍巖穩(wěn)定性指數(shù)表示，圍巖自穩(wěn)指數(shù)小于1，指數(shù)越小巷道越穩(wěn)定。 S=γh/R S——圍巖穩(wěn)定性系數(shù)； R——巖石單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度； 3.2 影響因素分析 1 巖石力學(xué)性質(zhì) 包括強(qiáng)度、孔隙度、吸水率、膨脹性、崩解性等，但主要的是堅(jiān)固性系數(shù)f，即R值。 2圍巖性質(zhì)及構(gòu)造特征影響 圍巖的性質(zhì)包括巖體的強(qiáng)度、節(jié)理發(fā)育和分布情況、分 層厚度等，圍巖強(qiáng)度越低、節(jié)理越發(fā)育、分層厚度越小，則巷 道越不穩(wěn)定，越易變形破壞。以良莊礦為例一580中央泵房布置 在強(qiáng)度高、完整性好的十一層底板砂巖中，采用直墻半圓拱 支護(hù)，受上覆西51104面跨采影響兩幫變形量?jī)H為20mm，頂 板移近量?jī)H為26mm，支護(hù)狀況完好。而相同條件下處于圍 巖強(qiáng)度較低、完整性較差的一580總回風(fēng)巷粉砂巖段，跨采影 響兩幫移近量平均94mm，最大為119mm，頂?shù)滓平科骄?233mm。 3開采深度的影響 隨著開采深度的增加，巷道上覆巖層重量加大，形成的 支承應(yīng)力增高，巷道的變形及破壞的程度加大。此外，原始 巖溫也隨著開采深度的增加而增高，溫度升高會(huì)使圍巖由脆 性變形向塑性變形轉(zhuǎn)化，容易使巷道產(chǎn)生塑性變形。 4原巖應(yīng)力的影響 在巷道掘進(jìn)初期和采動(dòng)影響期問，原巖應(yīng)力是引起采場(chǎng) 礦壓顯現(xiàn)、使巷道圍巖應(yīng)力重新分布并導(dǎo)致變形失穩(wěn)的力 源。巷道圍巖變形隨著最大主應(yīng)力方向與巷道軸向夾角a 的改變而變化，0=0。時(shí)對(duì)巷道穩(wěn)定最有利，0=90~時(shí)最為不 利。 5地質(zhì)構(gòu)造影響 地質(zhì)構(gòu)造通常是由松散的巖塊所組成，在地質(zhì)破碎帶內(nèi) 開掘巷道很容易產(chǎn)生巷道冒頂事故。另外，巷道靠近大的斷 層構(gòu)造，也對(duì)巷道產(chǎn)生較大的影響，影響程度與斷層的產(chǎn)狀、 落差、圍巖性質(zhì)，巷道與斷層距離等因素有關(guān)。如南冶礦3 采區(qū)，西翼上下部被H=30m的斷層切割，東翼下部被H： 112m大斷層切割，中部H=20～30m傾斜斷層穿過。西翼壓 力小，東翼及中翼壓力大。布置在西翼的3207西巷，從開掘 至回采影響階段，兩幫移近量為74mm，頂?shù)滓平繛?7mm， 而位于東翼的320r7東巷，從開掘至回采影響階段，兩幫移近 量為259mm，頂?shù)滓平繛?95mm。 6巷道與開采關(guān)系影響 對(duì)同一條巷道，回采引起的圍巖變形量要比掘進(jìn)階段大 得多，如東51101回風(fēng)巷，掘進(jìn)開挖及穩(wěn)定階段兩幫變形量為 11lmm，頂?shù)滓平繛?1mm，而回采影響階段兩幫移近量為 473mm，頂?shù)滓平繛?73mm。巷道是受一側(cè)還是兩側(cè)采動(dòng) 影響及受采動(dòng)影響次數(shù)，都對(duì)巷道的變形破壞影響較大。另 外，巷道布置在采空區(qū)上下部，還是布置在煤柱支承壓力帶， 是跨采還是留設(shè)煤柱，是留單側(cè)煤柱還是留雙側(cè)煤柱，跨采 期問巷道是無煤柱送巷還是留煤柱掘巷，以及掘巷時(shí)上區(qū)段 采空區(qū)穩(wěn)定程度等，也將對(duì)巷道礦壓顯現(xiàn)產(chǎn)生不同影響。 7巷道麓工方式、質(zhì)量、支護(hù)方式影響 采用不同的巷道支護(hù)方式，對(duì)于巷道圍巖的完整性有重 要影響。巷道采用爆破施工時(shí)易使圍巖破壞，如爆破參數(shù)選 擇合理，成型好、對(duì)圍巖破壞程度低，有利于巷道穩(wěn)定。采用錨桿支護(hù)還是采用剛性金屬 支架支護(hù)，對(duì)巷道的控制效果影響較大。剛性金屬支架本身 沒有可縮性能，通過棚腿插入底板，架棚后破碎矸石壓縮，以 及支架撓曲變形等適應(yīng)巷道圍巖變形。剛性支架使用最多 的是工字鋼梯形支架，一般用于巷道頂?shù)装逡平坎淮笥?200ram，巷道斷面不大于10平方米的I、Ⅱ類固巖回采巷道中。 如：4208運(yùn)煤巷開始使用工字鋼梯形棚支護(hù)，掘后巷道阿巖 變形量大，70％被壓壞，前掘后修，改用錨網(wǎng)帶支護(hù)后，效果 較好，巷道圍巖變形量?jī)蓭蛢H為55nml、頂?shù)變H為97nun。錨 桿支護(hù)具有加固拱、組合梁、懸吊等作用，在深部巷道符合錨 固平衡拱原理，是一種主動(dòng)支護(hù)形式，能夠解決深井巷道支 護(hù)難題從而被廣泛使廂，但錨桿的材質(zhì)、類型、施工質(zhì)量等對(duì) 支護(hù)效果影響較大。 另外，還有巷道斷面形狀等因素的影響。 8支護(hù)材料與結(jié)構(gòu)形式 主要是支護(hù)材料的強(qiáng)度、剛度和彈塑性。結(jié)構(gòu)形式主要指改變圍巖應(yīng)力狀態(tài)的方式，如錨桿、錨索起懸吊、擠壓、加固作用，網(wǎng)噴起表面封閉和調(diào)節(jié)應(yīng)力集中作用;注漿則將松散破碎巖體粘結(jié)成整體，起固結(jié)強(qiáng)化并改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)等主動(dòng)支護(hù)作用。 9支護(hù)參數(shù) 支護(hù)參數(shù)主要指材料的強(qiáng)度、規(guī)格、型號(hào)，結(jié)構(gòu)原理、方式，支護(hù)結(jié)構(gòu)在圍巖中的布置密度、形式等。如錨桿材料、錨固形式，直徑、長(zhǎng)度、錨固力、預(yù)緊力。錨桿布置方式、間排距等。重點(diǎn)是支護(hù)強(qiáng)度大于外力臨界值。 10施工工藝與質(zhì)量 開挖方式對(duì)圍巖擾動(dòng)程度和范圍不同，所以光面爆破，降低裝藥量是保護(hù)圍巖的有效方法;支護(hù)順序和時(shí)間;支護(hù)設(shè)備及工藝過程;施工操作執(zhí)行力;檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法;質(zhì)量管理及控制體系等。前五條是客觀因素，后五條是主觀因素。 4深部巷道圍巖變形規(guī)律 認(rèn)識(shí)深部巷道圍巖變形特征是分析圍巖變形破壞機(jī)理和確定支護(hù)對(duì)策的前提條件。 4.1深部巷道圍巖具有軟巖的力學(xué)特征 隨著我國(guó)淺部煤炭資源的枯竭，地下開采深度越來越大，在深部高應(yīng)力環(huán)境中，淺部表現(xiàn)為硬巖特性的巖層呈現(xiàn)出軟巖特性，巷道圍巖長(zhǎng)期變形 目前，深部巷道大變形已經(jīng)成為深部工程安全的瓶頸之一，深部軟巖巷道穩(wěn)定問題已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn) 為了系統(tǒng)解決平煤股份四礦深部高應(yīng)力巷道支護(hù)難題，實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，從支護(hù)設(shè)計(jì)方法入手，探尋深部高應(yīng)力巷道安全 高效的基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的支護(hù)設(shè)計(jì)方法; 并在原位測(cè)試和物理模擬的基礎(chǔ)上研究不同支護(hù)方式 支護(hù)阻力對(duì)不同結(jié)構(gòu)巖體巷道圍巖破壞及其承載結(jié)構(gòu)形成演化的影響，包括承載結(jié)構(gòu)演化與支護(hù)共同作用機(jī)理，以及不同支護(hù)阻力的影響，提出合理控制深埋巷道圍巖穩(wěn)定性的原理和技術(shù)方法。 深部巷道圍巖常受到原巖應(yīng)力和巷道工程力的影響，在深部高應(yīng)力環(huán)境中，當(dāng)圍壓較高時(shí)，巖體尚具有較高的強(qiáng)度和模量(彈性模量或變形模量)，當(dāng)圍壓較低時(shí)，工程巖體則表現(xiàn)出“軟巖”特征;因此巷道圍巖具有軟巖相對(duì)性的實(shí)質(zhì)。當(dāng)巷道工程力一定時(shí)，不同的巖體，強(qiáng)度高于工程力水平的大多表現(xiàn)為硬巖的力學(xué)特性，強(qiáng)度低于工程力水平的則可能表現(xiàn)為軟巖的力學(xué)特性;而對(duì)同種巖石，在較低工程力的作用下，則表現(xiàn)為硬巖的小變形特性，在較高工程力的作用下則可能表現(xiàn)為軟巖的大變形特性。 4.2 巷道圍巖穩(wěn)定性分類 4.2.1按圍巖松動(dòng)圈的分類方法 圍巖松動(dòng)圈是指巷道掘進(jìn)后，用國(guó)產(chǎn)聲波儀測(cè)定圍巖聲波降低范圍的平均值。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建工學(xué)院測(cè)定的圍巖松動(dòng)圈的范圍，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分類，見表5-2-1. 表5-2-1 巷道圍巖穩(wěn)定性（松動(dòng)圈）分類 圍巖類別 分類名稱 圍巖松動(dòng)圈/mm 小松動(dòng)圈 Ⅰ 穩(wěn)定圍巖 0~40 中松動(dòng)圈 Ⅱ 較穩(wěn)定圍巖 40~100 Ⅲ 一般圍巖 100~150 大松動(dòng)圈 Ⅳ 一般不穩(wěn)定圍巖（軟巖） 150~200 Ⅴ 不穩(wěn)定圍巖（較軟圍巖） 200~300 Ⅵ 極不穩(wěn)定圍巖（極軟圍巖） >300 4.2.2按圍巖變形量的分類方法 圍巖表形量是巷道開挖后受多種因素影響的綜合結(jié)果，是圍巖穩(wěn)定性分類的多因素單一定量指標(biāo)，煤炭科學(xué)研究總院北京建井所據(jù)此指定的巷道圍巖分類見表5-2-2。 表5-2-2 按圍巖變形量制定的圍巖分類 圍巖類別 開挖后圍巖變形量/mm Ⅰ <5 Ⅱ 6~10 Ⅲ 11~50 Ⅳ 50~200 Ⅴ >200 深部巷道原巖應(yīng)力大，圍巖具有軟巖的大變形特征，決定了巷道收斂具有變形量大的特點(diǎn)。據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，研究區(qū)各巷道收斂變形量均很大，一般為數(shù)十毫米到數(shù)百毫米，最大可達(dá)1.0m以上，嚴(yán)重的可封堵整個(gè)巷道。如唐山礦業(yè)分公司T2154(5煤層)運(yùn)輸巷道其巷道累計(jì)水平變形量184.3 mm，垂直變形量62.6mm，底鼓變形量85.9 mm(圖4)。巷道變形以水平收斂為主，其表現(xiàn)形式有側(cè)幫內(nèi)移，頂板垮落和底鼓。在未封底和未設(shè)置抑拱的某些巷道，因兩幫和拱頂進(jìn)行了支護(hù)，阻礙了相應(yīng)部位圍巖的繼續(xù)變形和圍巖的進(jìn)一步調(diào)整，底板就成為最薄弱環(huán)節(jié)，于是應(yīng)力釋放和巖體擴(kuò)容變形就在底板發(fā)生，從而普遍產(chǎn)生底鼓。 深部巷道圍巖變形的另一個(gè)特征是明顯的時(shí)效性。在地下巷道和采場(chǎng)工程中表現(xiàn)出來的力學(xué)現(xiàn)象，包括地壓、變形、破壞等幾乎都與時(shí)間有關(guān)。嚴(yán)格地講，以往應(yīng)用彈性力學(xué)和彈塑性力學(xué)求得的巷道變形和應(yīng)力都是瞬時(shí)發(fā)生的，既量測(cè)不到也無法阻止。圍巖變形可分為劇烈變形、緩慢變形和穩(wěn)定變形3個(gè)階段。圍巖收斂變形是否穩(wěn)定還取決于支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。據(jù)破碎銅室的監(jiān)測(cè)資料，開挖6個(gè)月變形速度無明顯降低，一般維持在0.45～2.15 mm/d，且大部分地段變形有所加快。而且由于這種流變產(chǎn)生圍巖的變形壓力一旦使支護(hù)失效，圍巖再次惡化并強(qiáng)烈變形,如此反復(fù)，這就是某些硐室出現(xiàn)返修而未能有效阻止圍巖變形和破壞的根本原因。 4.3深部圍巖巷道載荷特征 現(xiàn)代支護(hù)理論認(rèn)為，巷道圍巖支護(hù)應(yīng)充分發(fā)揮圍巖的自承作用。圍巖本身既是載荷的來源又是支護(hù)結(jié)構(gòu)的主體。圍巖的自承力是由巷道的斷面形態(tài)和圍巖本身的物理力學(xué)性質(zhì)決定的。根據(jù)松動(dòng)圈支護(hù)理論(圖5)，圍巖的狀態(tài)特征決定著支護(hù)能夠起的作用，彈塑性狀態(tài)特征的圍巖能夠自穩(wěn)，多數(shù)不需要支護(hù);只有當(dāng)圍巖進(jìn)人到破碎狀態(tài)之后才產(chǎn)生了支護(hù)問題。凡裸體巷道，圍巖松動(dòng)圈都接近于零，此時(shí)的彈塑性變形依然存在，但它不需要支護(hù)；松動(dòng)圈越大收斂變形越大，支護(hù)越困難；巷道收斂與松動(dòng)圈形成在時(shí)間上是一致的。 因此，圍巖松動(dòng)圈所產(chǎn)生的碎脹變形是支護(hù)控制的主要對(duì)象(未考慮水等的因素)，同時(shí)應(yīng)該在松動(dòng)圈形成時(shí)，及時(shí)采取支護(hù)措施，獲得最佳支護(hù)效果，這就是深部巷道圍巖對(duì)控制時(shí)間的要求。 5巷道圍巖控制的主要途徑 5.1采準(zhǔn)巷道圍巖控制基本途徑 (1)掘前對(duì)巷道的圍巖變形量和變形特征進(jìn)行預(yù)測(cè)，據(jù)此選擇支護(hù)形式、結(jié)構(gòu)和有關(guān)的參數(shù)。堅(jiān)持按初始設(shè)計(jì)、實(shí)施設(shè)計(jì)、礦壓觀測(cè)、修改初始設(shè)計(jì)四個(gè)步驟進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，不斷提高錨桿支護(hù)質(zhì)量，確保支護(hù)效果 (2)巷道位置盡可能避免回采引起的支承壓力的強(qiáng)烈作用，尤其是應(yīng)盡量避免相鄰樂空 引起的支承壓力的疊加影響，或盡量縮短支承壓力的影響時(shí)間，使巷道處于低壓區(qū)，有效地減輕巷道的變形，改善巷道維護(hù)狀況。如目前采用的留3—5m小煤柱沿空掘巷等，就是將巷道布置在采空區(qū)邊緣的低壓區(qū)。沿空掘巷應(yīng)在回采空間上覆巖層運(yùn)動(dòng)和采動(dòng)引起 的應(yīng)力分布趨于穩(wěn)定后，沿采空區(qū)邊緣掘巷。實(shí)踐表明，通 常滯后回采工作面4個(gè)月左右采空區(qū)趨于穩(wěn)定。 (3)采空區(qū)內(nèi)布置巷道，由于采空區(qū)是已經(jīng)卸壓或逐步向愿巖應(yīng)力過度的區(qū)域，直接在采空區(qū)內(nèi)形成巷道，可使巷 道不受采煤工作面影響。如在二層采空區(qū)中布置四層煤巷 道，在前組煤采空區(qū)中布置后組煤巷道。實(shí)踐證明，其維護(hù) 狀況將大大改善。 另外，還可采用寬巷掘進(jìn)等技術(shù) 5.2開拓巷道圍巖控制主要途徑 (1)跨巷開采。是根據(jù)采空區(qū)通常是低壓區(qū)的原理而采 取的改善巷道受力狀況的措施。如一580總回風(fēng)巷采用了跨 采錨注加固及頂部卸壓方式使其處于采空區(qū)中，大大改善了 其受力狀況。 (2)卸壓法。如果無法將巷道布置在低應(yīng)力區(qū)時(shí)，必要 時(shí)可對(duì)巷道進(jìn)行局部卸壓，使巷道處于低應(yīng)力區(qū)，主要方法 有鉆孔卸壓法、切槽卸壓法、爆破卸壓法等。 (3)圍巖性質(zhì)是影響巷道穩(wěn)定性和圍巖變形的重要因 索，開采深度的增大和采動(dòng)對(duì)固巖的性質(zhì)影響更大。實(shí)踐證 明，巷道圍巖性質(zhì)越好，變形量越小，圍巖就越穩(wěn)定，軟巖巷 道的圍巖變形就比普通圍巖的變形量大的多。 (4)優(yōu)化巷道斷面形狀，采用弧形聯(lián)結(jié)，減少應(yīng)力集中。 6深井巷道支護(hù)技術(shù) 6.1深井巷道支護(hù)原理 圖3為魯西南地區(qū)埋深800～1100m巷道圍巖一般變形規(guī)律。巷道支護(hù)后變形量一般在30～70mm時(shí)出現(xiàn)開裂、爆皮現(xiàn)象，但還未冒落時(shí)要進(jìn)行二次加固;要及時(shí)進(jìn)行位移觀測(cè)。 根據(jù)上述規(guī)律，深井巷道支護(hù)應(yīng)是卸固原理:“支、卸、固”方式，即擴(kuò)大斷面待卸壓后及時(shí)二次加固。 支:第一次用錨、網(wǎng)、噴、支護(hù)后； 卸:巷道雖有變形、開裂、剝皮卸壓現(xiàn)象，但尚未造成圍巖脫離原巖體、片幫、冒頂； 固:隨后進(jìn)行錨注加固。適應(yīng)深井高應(yīng)力巷道的支護(hù)形式有:“支、卸、固法”、“支修法”、“強(qiáng)抗法”、“超前加固法”、“應(yīng)力轉(zhuǎn)移法”等，但較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有效的方法是“支、卸、固法”。其它方法工序復(fù)雜，成本較高。合理支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的核心是對(duì)適應(yīng)地壓規(guī)律和圍巖的性質(zhì)。 6.2 支護(hù)方式及對(duì)策 1. 正確選擇巷道層位、位置 巷道的布置應(yīng)避開煤柱集中應(yīng)力、構(gòu)造集中應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力的影響，選擇在巖性較為穩(wěn)定的巖石中。深部采區(qū)主要準(zhǔn)備巷道應(yīng)以巖巷為主或至少布置一條巖巷。隨著深度的增加，回采工作面推進(jìn)后煤體塑性區(qū)增加，致使區(qū)段煤柱留設(shè)寬度隨之增加，為保證采區(qū)回收率，減少巷道維護(hù)，工作面回風(fēng)(運(yùn)輸)平巷宜采用無煤柱護(hù)巷的形式。 2. 合理選擇巷道施工方位 在遇到以壓應(yīng)力為主的褶曲、逆斷層時(shí)，巷道方向盡量與摺曲軸或斷層走向垂直或斜交，在遇到以拉應(yīng)力為主的正斷層時(shí)，巷道方向則與斷層走向一致或斜交，從而達(dá)到減小礦壓顯現(xiàn)的目的。 回采巷道布置的方位應(yīng)使工作面離開斷層推進(jìn)，使采區(qū)一翼內(nèi)工作面同向推進(jìn)。避免巷道相向掘進(jìn)和巷道近距離平行布置，減少相交巷道(或避開銳角)，從而減小應(yīng)力集中，減少發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性。動(dòng)影響 深部巷道受采動(dòng)影響支承應(yīng)力增大，應(yīng)力集中系 數(shù) 為 ，圍 巖 強(qiáng) 度 降 低，維 護(hù) 十 分 困 難對(duì)于此類巷道來說，合理布置巷道并相對(duì)降低圍巖應(yīng)力，是控制巷道圍巖變形的根本巷道布置應(yīng)合理并符合以下原則: (1) 空間上盡量避免支承壓力的強(qiáng)烈影響疊加影響和多次影響; 時(shí)間上盡量縮短支承壓力影響時(shí)間 (2) 將巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)或原巖應(yīng)力區(qū)，避免在煤柱上下方布置巷道 合理選擇底板巖巷與煤柱邊緣的水平距離與煤層垂直距離 (3) 采用無煤柱開采，必須留煤柱時(shí)，在保證煤柱穩(wěn)定的條件下盡可能留小煤柱 (4) 如果需要留煤柱保護(hù)巷道，所留護(hù)巷煤柱尺寸應(yīng)使巷道不受支承壓力影響或影響較小 (5) 在圍巖受采動(dòng)影響穩(wěn)定后再掘巷道 (6) 巷道軸線方向盡量與最大水平主應(yīng)力方向平行，避免與之垂直 3. 改革巷道支護(hù)形式，達(dá)到最佳支護(hù)效果 針對(duì)深部巷道礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)。要求巷道支護(hù)必項(xiàng)滿足既能加固圍巖又能提供較大的支護(hù)力、具有較大的可縮性和一定的初撐力等要求，根據(jù)圍巖狀況和巷道條件，采用不同的支護(hù)形式。 ① 樹脂錨桿+梁+網(wǎng)組合支護(hù) 樹脂錨桿采用樹脂藥卷作為錨固劑，分端錨、全錨和加長(zhǎng)錨固3種形式，圓鋼或螺紋鋼為桿體，再配以金屬網(wǎng)、梁。使用此種錨桿能有效地提高圍巖的自承能力。此種支護(hù)在綜放大斷面煤巷或切眼中經(jīng)常使用。 ② 錨梁網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)深部 巷道以錨桿支護(hù)配以錨索支護(hù)，可使層狀頂板形成一個(gè)整體的組合梁，同時(shí)也起到懸吊作用，可防止圍巖受拉破壞，并能提高圍巖的整體抗彎強(qiáng)度。此種錨桿常在圍巖不穩(wěn)定、層理發(fā)育、跨度較大的巷道中使用。 ③ 全封閉錨梁網(wǎng)+底梁聯(lián)合支護(hù) 由于深部巷道的變形呈軟巖特性、巷道圍巖破碎圈增大等特點(diǎn)，例如徐州礦務(wù)局龐莊煤礦張小樓并-1025m大巷原采用常規(guī)錨梁網(wǎng)支護(hù)形式，致使巷道尚未投人使用就產(chǎn)生如前所述的較大變形，后采用樹脂錨桿(端錨)+梁、網(wǎng)+U型鋼底梁的全封閉支護(hù)形式二次施工，其中錨桿長(zhǎng)度由原來1.8m加長(zhǎng)至2.2m，錨桿直徑由,18mm加大到20 mm，使錨桿錨固力達(dá)6t以上，7d內(nèi)巷道變形速度僅3mm/d，取得了較好的支護(hù)效果。 ④ 圍巖注漿加固+U 型支架聯(lián)合支護(hù) 在深部極破碎頂板條件下，除采用加長(zhǎng)樹脂錨桿再配以錨索支護(hù)外，張集煤礦-700 m水平西大巷延長(zhǎng)段施工中還采用了圍巖注漿加固技術(shù)。通過向巷道圍巖中注漿，漿液中摻入ZKD高水速凝材料，將松散的圍巖膠結(jié)成整體，降低圍巖的孔隙率，提高了巷道圍巖的整體性和自身承載能力。進(jìn)而保證了巷道輪廓線按設(shè)計(jì)成形，使圍巖與支架充分接觸，支架均勻承載，發(fā)揮U型支架高承載能力的性能，有效地控制了圍巖變形.實(shí)測(cè)兩幫移近量由注漿前800～1×1000mm減少到注漿后100～200mm，提高了支護(hù)效果。 結(jié)合實(shí)際礦井應(yīng)用，針對(duì)有代表性深部高應(yīng)力巷道支護(hù)技術(shù)做詳細(xì)的介紹。 6.3 平煤股份四礦深部高應(yīng)力巷道支護(hù)實(shí)例 針對(duì)平煤股份四礦深部高應(yīng)力巷道支護(hù)難的問題，通過在原位測(cè)試 和物理模擬的基礎(chǔ)上研究不同支護(hù)方式支護(hù)阻力對(duì)不同結(jié)構(gòu)巖體巷道圍巖破壞及其承載結(jié)構(gòu)形成 演化的影響，提出高強(qiáng)錨桿 錨索 可縮 型鋼( 帶底拱 ) 的初次支護(hù)，錨注二次支護(hù)的技術(shù)方 案，并輔以鉆孔卸壓，達(dá)到一次成巷不再返修的目的，且成功應(yīng)用于三水平軌道下山 ，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 6.3.1圍巖應(yīng)力分布及變形規(guī)律 1) 在主斜井標(biāo)高以下及三水平風(fēng)井井底車場(chǎng)各設(shè)測(cè)站，從三水平風(fēng)井井底車場(chǎng)應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果表明:實(shí)測(cè)得到四礦最大水平主應(yīng)力值為 ，最大水平主應(yīng)力方位角為 ，接近 向巷道開挖以后，隨著表面圍 巖 的 破 壞，應(yīng) 力峰值向圍巖深部轉(zhuǎn)移 巷道開挖 后，在圍巖內(nèi)部 的地方出現(xiàn)應(yīng)力峰值，在隨后的 周內(nèi)，經(jīng)調(diào)整后 又 恢 復(fù) 了 原 來 的 應(yīng) 力 水 平，其 變 化 量 達(dá) 到，但在 的圍巖深部一個(gè)月內(nèi)基本無變化，說明應(yīng)力峰值還在圍巖 的區(qū)域，往內(nèi)部發(fā)展速度隨圍巖表面的穩(wěn)定而減緩或停止巷道開挖過程中，淺部圍巖應(yīng)力經(jīng)歷先降低后升高的過程，深部圍巖應(yīng)力無明顯的降低和升高在圍巖內(nèi) 部 處巷道開挖后降低了內(nèi)部應(yīng)力，在 穩(wěn) 定 幾 天 后，迅 速 升 高 近 倍，達(dá) 到，且持續(xù) 后，又有所降低，說明應(yīng)力峰值還在向深部轉(zhuǎn)移巷道開挖引起的豎向壓力變化不太明顯在變電所掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)，隨著巷道的開挖，開挖過的巷道圍巖內(nèi)部應(yīng)力變化明顯，但對(duì)未掘進(jìn)的巷道內(nèi)部應(yīng)力，尤其是對(duì)深部應(yīng)力影響不大 2) 內(nèi)部變形實(shí)測(cè)結(jié)果表明:巷道的圍巖變形主要集中在 范圍內(nèi)，占總變形量的 以上 未受開挖硐室影響的巷道一側(cè)圍巖， 內(nèi)圍巖的碎脹變形量都在左右，兩者之和約占總變形量的 ; 靠近配電硐室一側(cè)， 范圍內(nèi)的圍巖變形量達(dá) ，接近總變形量的 ， 范圍內(nèi)的變形量之和超過總變形量的 ， 內(nèi)圍巖基本沒有移動(dòng)圍巖內(nèi)部變形過程中，呈現(xiàn)出幾個(gè)主要變形階段 第一階段是在巷道開挖后約 周時(shí)間內(nèi)，巷道的變形以 范圍內(nèi)圍巖的碎脹為主; 第二階段是周以后， 內(nèi)的圍巖部分也開始破碎，引起總變形量的增加，但與第一階段相比，變化量明顯減小; 而在已開挖硐室影響下， 內(nèi)的圍巖都出現(xiàn)了較大的變形在巷道初次支護(hù)( 錨桿錨索) 下，深部巷道圍巖內(nèi)部未發(fā)生大的變形，圍巖得到基本控 制，一幫的總位移量控制在 以內(nèi) 從發(fā)展趨勢(shì)看，變形在持續(xù)增加，必須采取二次支護(hù)，且支護(hù)必須要有一定的柔性和剛度，同時(shí)提高破碎圍巖的強(qiáng)度。 6.3.2圍巖變形破壞機(jī)理的物理模擬分析 根據(jù)相似材料模擬試驗(yàn)，分析研究了巷道開挖過程中的應(yīng)力演化規(guī)律及圍巖變形規(guī)律，結(jié)合巷道破壞失穩(wěn)特征，得到以下結(jié)論和規(guī)律: 1) 開挖過程中應(yīng)力大小和方 向變化是一個(gè)非線性的變化過程 開挖后引起的圍巖內(nèi)部變形主要集中在 范 圍 內(nèi)，而 應(yīng) 力 的 影 響 范 圍 則 約 為，應(yīng)力在影響范圍內(nèi)有一個(gè)升高和降低的過程，應(yīng)力升高幅度約為;在 范圍內(nèi)的巷道內(nèi)部應(yīng)力降低幅度超過 ，最大內(nèi)部應(yīng)力超過 ，方向變化也在 以上，且在淺部易發(fā)生主應(yīng)力軸輪換的現(xiàn)象。 2) 研究了深部高應(yīng)力巷道與 淺部巷道在破壞機(jī)理上不同的特點(diǎn)，基于不同的洛德參數(shù) 值，定量研究了破裂的不同形態(tài) 試驗(yàn)結(jié)果表明，高應(yīng)力巷道圍巖開挖卸載過程中，圍巖應(yīng)力急劇調(diào)整且出現(xiàn)主應(yīng)力軸輪換現(xiàn)象，并獲得了圍巖出現(xiàn)局部剪切帶及明顯的分區(qū)破裂化的規(guī)律。 3) 對(duì)比有 無支護(hù)兩種情況發(fā)現(xiàn)，支護(hù)能夠有效阻止圍巖內(nèi)部拉應(yīng)力的出現(xiàn)，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，遏制碎脹變形的發(fā)展，降低圍巖破碎程度和提高承載結(jié)構(gòu)性能，既能有效減小變形量，又有利于圍巖的二次穩(wěn)定。 4) 單一的 型鋼支護(hù)，在高應(yīng)力作用下( 尤其是動(dòng)壓) 易產(chǎn)生較大的變形和局部失穩(wěn)，支護(hù)后期對(duì)圍巖關(guān)鍵承載圈的貢獻(xiàn)較小，如果圍巖破壞后的殘余強(qiáng)度較低，則會(huì)導(dǎo)致巷道圍巖自承能力大大下降，巷道變形劇烈，使巷道處于不穩(wěn)定 ( 失穩(wěn)) 狀態(tài)。 5) 支護(hù)在圍巖變形 演化過程中的平衡作用 對(duì)比有 無支護(hù)兩種情況發(fā)現(xiàn)，及時(shí) 有效的初始支護(hù)能有效調(diào)動(dòng)圍巖成拱，即使在后期較大的擾動(dòng)應(yīng)力下，仍然能使圍巖保持良好的穩(wěn)定性; 而當(dāng)已經(jīng)承受荷載的支護(hù)結(jié)構(gòu)失效時(shí)，會(huì)迅速導(dǎo)致巷道的整體失穩(wěn)。 6) 支護(hù)需要有合適的柔性和剛度 一定的柔性能與圍巖的變形相適應(yīng)，釋放部分高應(yīng) 力，有利于圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定; 但如果剛度過小，則會(huì)使圍巖過度變形破碎，使主承載結(jié)構(gòu)性能大大降低，產(chǎn)生的巨大碎脹變形力也無疑增加了支護(hù)難度，既不利于支護(hù)結(jié)構(gòu)也不利于承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定高應(yīng)力碎裂圍巖巷道支護(hù)必須選擇合理的支護(hù)形式時(shí)機(jī)，并選擇與之相適應(yīng)的支護(hù)剛度進(jìn)行耦合支護(hù)。 6.3.3支護(hù)作用的數(shù)值模擬 1) 通過應(yīng)變軟化模型，分析研究了深部巷道圍巖破裂過程中的應(yīng)力演化規(guī)律 巷道圍巖內(nèi)受開挖的影響范圍約為 倍的開挖直徑，巷道掘進(jìn)前后，應(yīng)力有一個(gè)緩慢升高( 開挖前) 和急劇降低( 開挖后) 的過程，伴隨著應(yīng)力大小的變化，應(yīng)力方向也發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)主應(yīng)力軸輪換的情況，開挖過程中圍巖內(nèi)部應(yīng)力的變化是圍巖產(chǎn)生破壞的根本原因。 2) 通過不同殘余強(qiáng)度的軟化模型，分析比較了不同破壞程度圍巖的承載結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 計(jì)算發(fā)現(xiàn)，及時(shí)有效地將圍巖變形控制在軟化變形階段，使圍巖殘余強(qiáng)度不低于原來強(qiáng)度的 時(shí)，不僅可以有效地減小圍巖變形量，而且支護(hù)體將承受較小的變形應(yīng)力 因此，圍巖 軟化變形階段就是合理支護(hù)時(shí)段，在該段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行支護(hù)，可以最小的支護(hù)成本取得最大的支護(hù)效果。 3) 通過軟化后的強(qiáng)化模型，分析比較了不同支護(hù)對(duì)圍巖變形破壞的影響及作用 計(jì)算結(jié)果表明，通過對(duì)破壞后的巖體進(jìn)行錨噴注漿等措施，使破壞后的巖體殘余強(qiáng)度提高到原來的 時(shí)，能有效遏制碎脹變形的發(fā)展，減小圍巖內(nèi)部的變形量，并改善圍巖內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。 6.3.4巷道穩(wěn)定控制機(jī)理 據(jù)深部巷道圍巖應(yīng)力和位移演化規(guī)律可知:巷道支護(hù)的主要對(duì)象是松動(dòng)圈形成發(fā)展過程中的碎脹變形壓力 松動(dòng)圈較小，圍巖碎脹變形也較小，支護(hù)較容易; 松動(dòng)圈較大時(shí)，由此而產(chǎn)生的碎脹變形量也較大，支護(hù)較困難對(duì)于大松動(dòng)圈巷道，圍巖表現(xiàn)出軟巖的工程特征，圍巖松動(dòng)圈碎脹變形量大，初期圍巖收斂變形速度快，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，礦壓顯現(xiàn)較大，支護(hù)難度大其變形破壞過程是一個(gè)多階段多水平的發(fā)展過程巷道開挖后引起的圍巖內(nèi)部應(yīng)力的影響范圍則約為，應(yīng)力升高幅度達(dá) 以上; 而變形則主要集中在 范圍內(nèi)，其變形量主要由圍巖的破碎程度決定，少則幾十毫米多則幾米。 1) 針對(duì)深部巷道 初期來壓大變形速度快的特點(diǎn)，采用高阻讓壓的支護(hù)措施 在巷道變形的急劇調(diào)整階段，圍巖破壞形式為環(huán)向斷裂和橫向劈裂縫，沿巷道周邊形成厚度較小的間隔性破裂帶或大的楔形塊體 為了阻止圍巖的持續(xù)劇烈變形，應(yīng)采用大剛度高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)體系，在保證有效支護(hù)阻力的條件下高阻讓壓，一方面釋放部分能 量，另一方面阻止破裂帶的擴(kuò)展與張開，將破裂帶隔開的環(huán)形承載圈重新連接成整體，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力，使支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體產(chǎn)生少量位移，同時(shí)在變形過程中保持整體穩(wěn)定性。 2) 針對(duì) 后期圍巖破碎后再破碎變形量大的特點(diǎn)，采用注漿加固 修復(fù)圍巖 經(jīng)過巷道圍巖的急劇變形破壞后，隨著時(shí)間的推移或應(yīng)力擾動(dòng)，圍巖環(huán)形承載圈內(nèi)出現(xiàn)一定程度的破碎，與初始的環(huán)向破裂帶一起組成了圍巖破裂區(qū)( 松動(dòng)圈) ，同時(shí)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力降低 此時(shí)，通過注漿將破壞區(qū)的圍巖膠結(jié)成整體，提高巖體黏聚力和內(nèi)摩擦角，強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能，加固原錨噴支護(hù)，可阻止圍巖的進(jìn)一步破碎，從而使其進(jìn)入二次穩(wěn)定狀態(tài)。 3) 關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)技術(shù) 在支護(hù)過程中既強(qiáng)調(diào)全斷面支護(hù)的整體性，又對(duì)薄弱關(guān)鍵部位采取重點(diǎn)加強(qiáng)支護(hù)措施，從而防止巷道從某個(gè)薄弱部位首先破壞而導(dǎo)致全斷面失穩(wěn)，如對(duì)于底鼓嚴(yán)重的巷道，要對(duì)底角進(jìn)行加強(qiáng)錨固和注漿加固，提高底板巖體的承載力，有效控制巷道的底鼓綜合以上原理，圍巖控制可歸納為 應(yīng)力狀態(tài)恢復(fù)改善圍巖強(qiáng)度固結(jié)修復(fù)聯(lián)合整體抵抗的過程控制機(jī)理 在通過數(shù)值模擬室內(nèi)物理模擬基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了軌道下山設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)錨桿錨索 可縮 型鋼( 帶底拱 ) 的初次支護(hù)，錨注二次支護(hù)的技術(shù)方案，并輔以鉆孔卸壓，以達(dá)到一次成巷不再返修的目的。 6.3.5工程應(yīng)用 平煤股份四礦三水平巷道埋深為900-1150m，其中軌道下山位于膠帶下山右側(cè)中對(duì)中50m位置，下山開口方位為17.5°，施工全長(zhǎng)約900m，按10°下山施工，下部接三水平井底車場(chǎng) 設(shè)計(jì)三水平軌道下山主要穿來L2 灰?guī)r( 厚3m ) ，L2灰?guī)r頂部為厚1.5m 的砂質(zhì)泥巖及厚 88mm的灰?guī)r，底板是厚300mm煤線及厚1.4m 砂巖，頂板堅(jiān)硬，底板相對(duì)軟弱，巷道位置根據(jù)灰?guī)r層位的變化而調(diào)整。 主要支護(hù)參數(shù): 高強(qiáng)錨桿支護(hù)巷道掘出后在臨時(shí)支護(hù)的保護(hù)下及時(shí)進(jìn)行混凝土初噴40mm ，然后進(jìn)行高強(qiáng)錨桿支護(hù)，拱頂和幫部采用直徑22mm*2400mm的錨桿，間 排 距 為700mm*700mm; 樹脂藥卷錨固，錨固長(zhǎng)度不小于1000mm，錨固力大于150KN ; 采用厚12mm 大小為200mm*200mm 的托盤; 網(wǎng)采用 冷拔鐵絲，網(wǎng)格為 40mm*40mm，規(guī)格為 ; 鋼筋梯采用 直徑14螺紋鋼制作，長(zhǎng)2500mm錨噴支護(hù)情況見圖1。 關(guān)鍵部位錨索加強(qiáng)支護(hù)： 在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，對(duì)巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù) 頂部布置4根直徑17.8mm*6500mm的錨 索 ( 見 圖) ，間 排 距 為1500mm*1400mm，布置于2 排高強(qiáng)樹脂錨桿之間，采用樹脂端錨，錨固長(zhǎng)度不小于1500mm。 U型鋼支護(hù)： 為防止初次錨桿支護(hù)失效，設(shè)計(jì)帶底拱 36U型鋼支架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，排距為700mm ，架設(shè)在2排錨桿之間 支架后背鋼筋網(wǎng)采用直徑6mm 的圓鋼焊接，網(wǎng) 格 為80mm*80mm ，規(guī) 格 為500mm*500mm，最后復(fù)噴60mm厚混凝土，形成具有一定可縮性的高強(qiáng)初次支護(hù)結(jié)構(gòu)。U型支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖2 注漿加固： 初次支護(hù)完成以后，在巷道內(nèi)設(shè)測(cè)站進(jìn)行收斂變形觀測(cè)，以便確定注漿時(shí)機(jī)，當(dāng)巷道兩幫位移大于50mm時(shí)，對(duì)巷道進(jìn)行二次錨注加固。采用直徑22mm注漿 錨 桿，長(zhǎng)2000mm ，間 排 距為1400mm*1400mm。巷道注漿支護(hù)情況見圖 注漿材料采用單液水泥 水玻璃漿液或水泥粉煤灰漿液 水灰比控制在0.8-1.0 ，水玻璃的摻量為水泥用量的3%-5% ; 水泥-- -粉煤灰漿液的配合比約為：水：水泥粉：煤灰為 0.8：( 0.55-0.60 )：(0.45-0.40 ) ， NF減水劑用量為水泥量的千分之七 ; 注漿壓力1.5-2.0MPa。 支護(hù)效果： 通過對(duì)四礦三水平深部高應(yīng)力巷道采取錨桿錨索和 U型鋼( 或格柵拱架) 初次支護(hù)和后期的錨注 二次支護(hù)措施，大大提高了圍巖的整體性和圍巖強(qiáng)度，使初次支護(hù)和錨注加固形成一個(gè)整體，并使關(guān)鍵部位的圍巖體得到加強(qiáng)支護(hù)，有效地控制了巷道頂板下沉和兩幫內(nèi)擠 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巷道一幫的總位移量控制在 以內(nèi)，且目前巷道變形處于穩(wěn)定狀態(tài)。 6.3.6結(jié)論 1) 研究得出巷道的穩(wěn)定性 控制機(jī)理在于采取各種有效措施及時(shí)阻止巷道初次失穩(wěn)的發(fā)展，關(guān)鍵是要及時(shí)加固失穩(wěn)區(qū)的圍巖以提高其殘余強(qiáng)度 根據(jù)深部巷道的特點(diǎn)，抓住適當(dāng)時(shí)機(jī)，采用合理支護(hù)強(qiáng)度和剛度對(duì)巷道全斷面實(shí)行整體支護(hù)，并就其關(guān)鍵部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，使一次失穩(wěn)后的巷道圍巖及時(shí)進(jìn)入二次穩(wěn)定狀態(tài)，從而保持巷道在服務(wù)期內(nèi)的長(zhǎng)期穩(wěn)定 支護(hù)的作用就在于優(yōu)化初次失穩(wěn)區(qū)圍巖的力學(xué)參數(shù)，使其強(qiáng)度衰減得到遏制，阻止其失穩(wěn)區(qū)的擴(kuò)展，從而維持巷道的穩(wěn)定。 2) 根據(jù)深部巷道破裂演化過程中的應(yīng)力變形規(guī)律及分區(qū)破裂特征，提出深部巷道 應(yīng)力狀態(tài)恢復(fù)改善圍巖強(qiáng)度固結(jié)修復(fù)分步聯(lián)合整體抵抗的過程控制機(jī)理，以及適應(yīng)深部巷道變形特征的三錨耦合 型鋼動(dòng)態(tài)疊加支護(hù)技術(shù)。 3) 對(duì)四礦三水平軌道上山應(yīng)用以上研究成果，采用高強(qiáng)錨桿 錨索 可縮 型鋼( 帶底拱 )初次支護(hù)，錨注二次支護(hù)的技術(shù)方案，并輔以鉆孔卸壓技術(shù)的支護(hù)方案與參數(shù)，對(duì)其實(shí)施支護(hù)后，巷道變形控制在 以內(nèi)并處在穩(wěn)定狀態(tài)，獲得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 6.4深井軟巖巷道支護(hù) 在實(shí)際的地質(zhì)條件中，有些礦井在深部的巖石為軟巖，這樣的情況下用錨桿支護(hù)就會(huì)缺少錨桿的著力基礎(chǔ)，可錨性差，支護(hù)效果不理想。一般在深井為軟巖的條件下采用錨桿注漿支護(hù)方式。 通過注漿將破碎圍巖膠結(jié)成整體，改善圍巖的結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)，既提高圍巖自身的承載能力，又為錨桿提供了可靠的著力基礎(chǔ)，使錨桿對(duì)松散圍巖的錨固作用得以發(fā)揮。采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風(fēng)化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度，提高圍巖的穩(wěn)定性。利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙，配合錨網(wǎng)噴支護(hù)，可以形成一個(gè)多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱，錨桿壓縮組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱，從而擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，從而有效地控制深部軟巖巷道的大變形。 與錨桿支護(hù)相比，錨注支護(hù)既加固了圍巖，又給錨桿提供了可靠的著力基礎(chǔ)，使圍巖強(qiáng)度和承載能力得到顯著提高，巷道變形量明顯降低，錨注支護(hù)可以較好地解決深部軟巖巷道的支護(hù)問題。采用錨注支護(hù)技術(shù)，將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體的強(qiáng)度，使巷道保持穩(wěn)定而不易破壞。利用注漿充填圍巖裂隙，配合錨網(wǎng)噴支護(hù)，可以形成一個(gè)多層有效組合拱，極大地提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和圍巖的自身承載能力。錨注支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用解決了高應(yīng)力軟巖巷道的支護(hù)問題。 7結(jié)論 深井巷道所處的圍巖環(huán)境復(fù)雜多變，影響巷道穩(wěn)定的主觀因素與客觀因素之間又相互影響，它們之間與巷道穩(wěn)定的關(guān)系很難用統(tǒng)一的理論公式進(jìn)行歸納總結(jié)，因此對(duì)于深井巷道支護(hù)要取得良好的支護(hù)效果，就必須加強(qiáng)地應(yīng)力測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)，靈活采用支護(hù)加固方式，并及時(shí)調(diào)整支護(hù)加固參數(shù)，必要時(shí)對(duì)高應(yīng)力區(qū)先卸壓后支護(hù)加固，這樣更有利于巷道穩(wěn)定。 參考文獻(xiàn): [1] 陸士良，等.錨桿錨固力與錨固技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1998； [2] 李國(guó)富，等.極軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002,(4)； [3] 李明遠(yuǎn),等.軟巖巷道錨注理論與實(shí)踐[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2001； [4] 何滿潮，等.中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京:科學(xué)出版社.2004； [5] 陳炎光，陸士良，中國(guó)煤礦巷道圍巖控制[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994； [6] 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