祁東煤礦1.5Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖.zip,祁東,煤礦,1.5,Mta,設(shè)計(jì),CAD 淺談軟巖支護(hù) ［摘 要］隨著我國(guó)煤炭產(chǎn)量的逐年加大，礦山開采條件的日益復(fù)雜，當(dāng)前，軟巖巷道支護(hù)已成為困擾礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)的一大難題。主要對(duì)煤礦軟巖巷道的支護(hù)問題進(jìn)行了探討，概述了軟巖的概念及分類，并簡(jiǎn)要分析了軟巖變形破壞的原因及規(guī)律，總結(jié)了錨桿支護(hù)技術(shù)、砌碹支護(hù)及噴砼技術(shù)、兩幫煤體注漿加固技術(shù)等七種支護(hù)技術(shù)的作用原理及其優(yōu)缺點(diǎn)與使用條件。 ［關(guān)鍵詞］ 軟巖；變形規(guī)律；支護(hù)技術(shù) 0 引言 軟巖巷道的圍巖控制和巷道維護(hù)是世界礦業(yè)和巖石力學(xué)的難題之一，也是目前國(guó)外急需解決的問題之一。隨著礦山開采條件的復(fù)雜化，軟巖支護(hù)問題所涉及到的工程領(lǐng)域越來越多，問題也越來越復(fù)雜。我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，軟巖在近半數(shù)礦井都有賦存。隨著采深的增加，原巖應(yīng)力水平不斷提高，當(dāng)采深超過圍巖軟化臨界深度后，圍巖產(chǎn)生明顯的塑性大變形、難支護(hù)現(xiàn)象，圍巖原有的弱面進(jìn)一步擴(kuò)展，產(chǎn)生新的節(jié)理、裂隙，甚至松動(dòng)、破碎，圍巖進(jìn)一步惡化，給巷道維護(hù)帶來極大困難，這就給地下工程圍巖穩(wěn)定性研究提出了新的課題——軟巖工程問題。 為解決或降低這一問題對(duì)煤礦生產(chǎn)和其他巖土工程所造成的不利影響，國(guó)內(nèi)外與巖土工程相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，都投入了大量的人力和物力進(jìn)行軟巖支護(hù)等方面的研究工作。通過大量的工程實(shí)踐人們認(rèn)識(shí)到改善圍巖的結(jié)構(gòu)性能充分發(fā)揮圍巖的自承能力，是一條維護(hù)圍巖穩(wěn)定的有效途徑，特別是對(duì)松軟破碎難以支護(hù)的巷道。近30年來，隨著“新奧法”隧洞施工理念、錨噴加固技術(shù)、注漿加固技術(shù)等在世界范圍內(nèi)的廣泛推廣，人們對(duì)軟巖及軟巖巷道的圍巖變形規(guī)律和壓力特征的認(rèn)識(shí)都上升到了一個(gè)新的階段，與軟巖特性及軟巖巷道圍巖變形規(guī)律和壓力特征相適應(yīng)的許多支護(hù)和加固措施也應(yīng)運(yùn)而生，尤其是基于“新奧法”的“三錨”支護(hù)（錨噴、錨索、錨注）是較為成功和典型的技術(shù)。一般我們所運(yùn)用的支護(hù)工業(yè)過程是：開挖→初噴→錨桿→錨索→復(fù)噴→錨注。但是這個(gè)過程是否是最佳的支護(hù)工藝過程還缺乏一定的理論依據(jù)。因此如何解決支護(hù)工藝過程、支護(hù)參數(shù)的變化對(duì)軟巖巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響，便引起了人們的極大關(guān)注。 1軟巖巷道支護(hù)理論的國(guó)外發(fā)展情況 1.1早期理論 20 世紀(jì)初發(fā)展起來的以海姆、 朗肯和金尼克理論為代表的古典壓力理論認(rèn)為, 作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重量。但隨著開挖深度的增加，人們發(fā)現(xiàn)古典壓力理論許多方面都有不符合實(shí)際之處，于是，坍落拱理論(也稱為松軟壓力理論) 應(yīng)運(yùn)而生，其代表有太沙基理論和普氏理論。此類理論認(rèn)為：坍落拱的高度與地下工程跨度和圍巖性質(zhì)有關(guān)。其最大貢獻(xiàn)是提出巷道圍巖具有自承能力。20 世紀(jì)50 年代以來,人們開始用彈塑性力學(xué)來解決巷道支護(hù)問題,其中最著名的是Fenner 公式和Kastner公式。 1. 2新奧法 到了60 年代，奧地利工程師L. V. Rabcewicz(臘布希維茨) 在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的隧道設(shè)計(jì)施工方法，稱為新奧地利隧道施工方法(New Aus trian Tunneling Method ) ，簡(jiǎn)稱為新奧法(NATM) ，目前已成為地下工程的主要設(shè)計(jì)施工方法之一。1978 年，L. Mttl ler(米勒)教授比較全面地論述了新奧法的基本指導(dǎo)思想和主要原則，并將其概括為22 條[ 5- 6]。其中主要的是： 1) 圍巖是隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)和最終襯砌僅僅起封閉作用，其目的是在圍巖中建立承載環(huán)或三維承載球殼。 2)如果要求用圍巖來支護(hù)隧道，則必須盡可能維持圍巖強(qiáng)度。因此，要盡可能防止圍巖松動(dòng)和大范圍變形。松動(dòng)和變形會(huì)引起圍巖強(qiáng)度逐漸衰減，為了維持圍巖強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)時(shí)間和圍巖應(yīng)力變化，選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)手段。 3)為了選擇最佳承載環(huán)結(jié)構(gòu)，必須正確估計(jì)時(shí)間對(duì)圍巖特性的影響(或?qū)鷰r與襯、 砌共同體特性的影響)。為此，要求進(jìn)行初期實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，特別是洞內(nèi)位移量測(cè)試驗(yàn)。其中最重要的參數(shù)是巖石類別、 直立自穩(wěn)時(shí)間及變形速度。 4)襯砌和永久支護(hù)必須是薄殼型，以減小襯砌受彎?rùn)C(jī)會(huì)，從而減少撓曲斷裂。其必要強(qiáng)度靠鋼筋網(wǎng)、 鋼拱架和錨桿達(dá)到,而不是加厚襯砌或支護(hù)截面。 5)按靜力學(xué)觀點(diǎn)，隧道被看作是由巖石、 支護(hù)結(jié)構(gòu)和(或)襯砌構(gòu)成的厚壁管。作為1 根管子，只要不開槽口，它就是靜定的。因此閉合非常重要,圍巖特性變化主要取決放這根/管子0的閉合時(shí)間。 6)隧洞的主要承載部分是圍巖。圍巖的強(qiáng)度主要取決于單個(gè)巖塊之間的摩擦力，因此，必須盡一切可能防止圍巖的松動(dòng)，保持圍巖的原有抵抗力。 7)支護(hù)的目的是為了更好地發(fā)揮和促進(jìn)圍巖的承載作用，以及在巖體中建立承載環(huán)。 8)在靜力學(xué)上，隧洞可被視為由巖石承載環(huán)和支護(hù)組成的厚壁圓筒結(jié)構(gòu)。因?yàn)閳A筒只有在它沒有縫口時(shí)才能在力學(xué)上發(fā)揮作用，所以，襯砌環(huán)的閉合特別重要,而不能指望由洞底巖層本身起閉合環(huán)的作用。除了巖層特別堅(jiān)固，不需要這種閉合的情況外，都應(yīng)設(shè)置仰拱。 9)從應(yīng)力重新分布考慮，最好的開挖方式是全斷面掘進(jìn)。 1980 年,奧地利土木工程學(xué)會(huì)地下空間分會(huì)把奧法定義為在巖體或土體中設(shè)置的以使地下空間的周圍巖體形成一個(gè)中空筒狀支承環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的設(shè)計(jì)施工方法。 1. 2. 1新奧法的先進(jìn)性 1) 新奧法摒棄了隧道力學(xué)中舊的以普氏理論和太沙基理論為代表的松動(dòng)地壓理論，將巖體視為承載體,這種認(rèn)識(shí)上的重大轉(zhuǎn)變給支護(hù)帶來了一場(chǎng)革命,它提倡的主動(dòng)支護(hù)和柔性支護(hù)方法(錨噴、 注漿等)對(duì)軟巖是有效的。 2) 最大限度地發(fā)揮了圍巖本身原有的支撐能力。 3) 施工過程中, 通過量測(cè)手段來掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài), 發(fā)現(xiàn)情況可以及時(shí)采取措施,因而可保證安全施工。 4)與傳統(tǒng)的鋼拱架厚壁混凝土支護(hù)體系相比,新奧法支護(hù)結(jié)構(gòu)是以錨桿、 噴混凝土、 可縮可塑性鋼拱架等材料構(gòu)成的薄壁柔性的支護(hù)結(jié)構(gòu)。薄壁柔性結(jié)構(gòu)在受剪狀態(tài)下工作, 而舊的厚壁結(jié)構(gòu)在受彎狀態(tài)下工作。新奧法可以充分利用混凝土的抗剪強(qiáng)度, 大幅度降低材料用量。另外, 由于是薄壁襯砌,故開挖石方量也大大減少。采用新奧法具有節(jié)省人力、 資源及成本低等優(yōu)點(diǎn)。 5) 傳統(tǒng)方法構(gòu)筑隧道是在凹凸不平的巖層表面構(gòu)筑防水層, 難于得到可靠的防水效果。新奧法的襯砌是通過兩次被覆來完成, 可以先在一次被覆后的光滑表面上構(gòu)筑防水層,然后再做二次被覆, 從而大大提高防水效果。 1. 2. 2新奧法的不足 1) 新奧法要求一次支護(hù)后達(dá)到變形相對(duì)穩(wěn)定時(shí)再進(jìn)行二次支護(hù),等穩(wěn)往往是等垮。 2) 新奧法的二次支護(hù)是全斷面等強(qiáng)度支護(hù),而圍巖荷載是不均勻的,因此常常在薄弱環(huán)節(jié)失穩(wěn),進(jìn)而導(dǎo)致巷道破壞。 3) 新奧法二次支護(hù)時(shí)間的選擇, 必須基于大量細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力、 位移監(jiān)測(cè),但如何利用量測(cè)結(jié)果,也缺乏明確的圍巖穩(wěn)定性的判據(jù)。過程比較繁雜,現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員不容易接受,可操作性差。 4) 在實(shí)際設(shè)計(jì)施工中, 受工程技術(shù)人員對(duì)新奧法的理解限制, 經(jīng)常出現(xiàn)生搬硬套,或以為噴錨支護(hù)就是新奧法等, 易出現(xiàn)工程事故。1994 年10 月倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)快速線采用新奧法施工的隧道發(fā)生塌方,甚至引發(fā)了一場(chǎng)始于英國(guó), 波及國(guó)際的圍繞新奧法的激烈爭(zhēng)論。 5) 如何達(dá)到新奧法提出的既安全又經(jīng)濟(jì)的最佳支護(hù)狀態(tài), 如何合理地確定支護(hù)力的大小及剛度、 支護(hù)時(shí)間及圍巖最大允許變形量來實(shí)現(xiàn)支護(hù)的最佳狀態(tài)等一系列問題,還沒有解決。 2軟巖巷道支護(hù)理論的國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 我國(guó)松軟巖土體巷道支護(hù)技術(shù)研究工作始于1958 年。20世紀(jì)80 年代以來,與軟巖工程相關(guān)的全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議召開了20 余次, 使地下工程軟巖問題的理論研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。 2. 1軸變論 于學(xué)馥教授在20世紀(jì)50 年代提出“軸變論”理論,它是運(yùn)用連續(xù)介質(zhì)和靜力學(xué)方法提出來的理論,其基本要點(diǎn)如下: 1) 地應(yīng)力是引起圍巖變形破壞的根本作用力,所以強(qiáng)調(diào)把工程所處的實(shí)測(cè)地應(yīng)力作為力學(xué)分析的前提條件。 2)從具體的應(yīng)力和圍巖應(yīng)力研究圍巖變形破壞規(guī)律。 3)不是所有的巷道都會(huì)出現(xiàn)像太沙基和普羅托吉雅夫理論所說的垮落拱。調(diào)整圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)可以使本來會(huì)破壞的巷道不破壞。 4) 巷道垮落后的穩(wěn)定軸比“ 高、 寬之比”是有規(guī)律的,它決定于地層原始應(yīng)力(地應(yīng)力)的分布狀態(tài)。 5)根據(jù)地應(yīng)力、圍巖應(yīng)力、巖體力學(xué)性質(zhì)和變形特征,對(duì)地壓進(jìn)行分類是分析圍巖變形破壞、地壓活動(dòng)規(guī)律和選擇巷道維護(hù)方法的基礎(chǔ)。 軸變論是分析圍巖破壞規(guī)律的理論, 重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了軸比的重要性,并沒有談如何支護(hù)。 2. 2聯(lián)合支護(hù)理論 馮豫、陸家梁、鄭雨天、朱效嘉教授等提出的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 其觀點(diǎn)可以概括為:對(duì)于巷道支護(hù),一味強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的,特別是對(duì)于松軟巖土圍巖要先柔后剛, 先抗后讓, 柔讓適度,穩(wěn)定支護(hù)。由此發(fā)展起來的支護(hù)形式有錨噴網(wǎng)技術(shù)、錨噴網(wǎng)架技術(shù)、錨帶網(wǎng)架技術(shù)、錨帶噴架等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。 2. 3錨噴-弧板支護(hù)理論 孫鈞、鄭雨天和朱效嘉等提出的錨噴-弧板支護(hù)理論是對(duì)聯(lián)合支護(hù)理論的發(fā)展。該理論的要點(diǎn)是:對(duì)軟巖總是強(qiáng)調(diào)放壓是不行的,放壓到一定程度后,要堅(jiān)決頂住, 即采用高標(biāo)號(hào)、 高強(qiáng)度鋼筋混凝土弧板作為聯(lián)合支護(hù)理論先柔后剛的剛性支護(hù)形式,堅(jiān)決限制和頂住圍巖向中空位移。 2. 4松動(dòng)圈理論 松動(dòng)圈理論是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授提出的,其主要內(nèi)容是: 凡是堅(jiān)硬圍巖的裸露巷道, 其圍巖松動(dòng)圈都接近于零, 此時(shí)巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在,但并不需要支護(hù)。松動(dòng)圈越大,收斂變形越大,支護(hù)難度就越大。因此,支護(hù)的目的在于防止圍巖松動(dòng)圈發(fā)展過程中的有害變形。 錨噴支護(hù)機(jī)理: 根據(jù)圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論,錨噴支護(hù)的機(jī)理和支護(hù)參數(shù)應(yīng)以松動(dòng)圈的大小來確定。由于圍巖松動(dòng)圈產(chǎn)生過程中的碎脹力是支護(hù)的對(duì)象,因而可按分類表將其合并為3 種情況, 以理論方法確定錨噴支護(hù)的參數(shù)。 1)小松動(dòng)圈支護(hù)機(jī)理。當(dāng) L = 0~ 40 cm 時(shí), 稱為小松動(dòng)圈。當(dāng) L = 0 時(shí),意味著開巷后圍巖只有彈塑性變形,其變形量小,變形時(shí)間短, 因此不存在支護(hù)問題。對(duì)于整體性好、 耐風(fēng)化的圍巖可不支護(hù)，因此，錨、噴都無必要。通過工業(yè)試驗(yàn), 單獨(dú)使用噴混凝土支護(hù)的條件為L(zhǎng) = 0~ 40 cm。 2)中松動(dòng)圈支護(hù)機(jī)理。當(dāng) L = 40~ 150 cm 時(shí),稱為中松動(dòng)圈。圍巖的碎脹力比較明顯, 圍巖的收斂變形將使噴層產(chǎn)生裂縫或破壞,因此, 必須用錨桿控制其變形。由于 L 值一般小于常用錨桿長(zhǎng)度,因此可以用懸吊理論。但錨桿的懸吊對(duì)象是圍巖松動(dòng)圈在形成過程中的碎脹力, 其懸吊點(diǎn)為松動(dòng)圈以外的巖體。錨固力大于4 kN 可滿足支護(hù)要求。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是錨桿作為主體支護(hù), 噴層將只作為錨桿間圍巖的支護(hù)和防止圍巖風(fēng)化, 因此噴層厚度一般在50~ 100 mm。 3) 大松動(dòng)圈支護(hù)機(jī)理。當(dāng) L > 150 cm 時(shí), 稱為大松動(dòng)圈, 屬軟巖。L = 150 cm 是圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論劃分為軟巖的界線。該類巖石地壓顯現(xiàn)特征為壓力大, 2~ 3 層料石碹常被壓壞, 圍巖變形量大,變形時(shí)間長(zhǎng),支護(hù)不成功時(shí)底鼓嚴(yán)重。對(duì)于這類圍巖,必須選用較強(qiáng)的支護(hù)才能防止底鼓。合理的支護(hù)還應(yīng)有一定的可縮性。在大松動(dòng)圈圍巖中施工的巷道,采用組合拱理論可以有效地進(jìn)行支護(hù)。 3軟巖的概念 軟巖一般指巷道和隧道施工中常遇到的各種含粘土的巖石，如泥巖或粘土巖、粘土頁(yè)巖、泥質(zhì)板巖及煤層底板的粘土層等，其中泥巖為最典型的軟巖。泥巖中含有大量(50%～70%以上)顆粒小于 0.005mm 的粘土。粘土的礦物成分有高嶺土、伊利石或水云母和蒙脫石等。泥巖易于風(fēng)干，置于水中幾小時(shí)至幾天崩解, 風(fēng)干后再吸水則有或多或少膨脹性; 高嶺土和伊利石膨脹性微弱。泥巖的膨脹性主要來自蒙脫石, 蒙脫石含量越高, 膨脹性越強(qiáng)烈。泥巖容重較輕、孔隙率大、含水量較高、單軸抗壓強(qiáng)度較低、彈模低、泊松比高, 而且蠕變性強(qiáng), 在低應(yīng)力水平就發(fā)展到不穩(wěn)定蠕變, 隨著含水量的改變, 泥巖的一些物理性質(zhì)隨著改變。泥巖的強(qiáng)度低、塑性變形大、蠕變性強(qiáng), 而且有的泥巖風(fēng)干后再遇水有膨脹性。所以如果巷道底板賦存泥巖, 將表現(xiàn)為強(qiáng)烈的底鼓現(xiàn)象, 若巷道四周都是泥巖, 則各方向都將產(chǎn)生較大的塑性變形、蠕變變形，甚至膨脹變形, 給巷道維護(hù)帶來較大的困難。 3.1地質(zhì)軟巖 地質(zhì)軟巖是指單軸抗壓強(qiáng)度小于 25MPa 的松散、破碎、軟弱及風(fēng)化膨脹性一類巖體的總稱, 該類巖石為泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖和泥質(zhì)巖石等強(qiáng)度較低的巖石, 是天然形成的復(fù)雜地質(zhì)介質(zhì)。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)將軟巖定義為單軸抗壓強(qiáng)度(σc)在 0.5～25MPa 的一類巖石, 其分類依據(jù)基本上是依強(qiáng)度指標(biāo)。該軟巖定義應(yīng)用于工程實(shí)踐中會(huì)出現(xiàn)矛盾, 如巷道所處安全深度足夠小，地應(yīng)力水平足夠低，則小于 25MPa 的巖石也不會(huì)產(chǎn)生軟巖的特性;相反, 大于25MPa 的巖石,其工程部位足夠深, 地應(yīng)力水平足夠高, 也可以產(chǎn)生軟巖的大變形, 大地壓和難支護(hù)的現(xiàn)象。因此, 地質(zhì)軟巖的定義不能用于工程實(shí)踐。 3.2工程軟巖 工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。如果說目前流行的軟巖定義強(qiáng)調(diào)了軟巖的軟、弱、松、散等低強(qiáng)度的特點(diǎn), 那么本定義不僅重視軟巖的強(qiáng)度特性, 而且強(qiáng)調(diào)軟巖承受的工程力荷載的大小。強(qiáng)調(diào)從軟巖的強(qiáng)度和工程力荷載的對(duì)應(yīng)統(tǒng)一關(guān)系中分析, 把握軟巖的相對(duì)性質(zhì)實(shí)質(zhì)。當(dāng)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)為軟巖的力學(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)于同種巖石, 在較低工程力作用下, 則表現(xiàn)為硬種巖的變形特性, 在較高工程力作用下, 則可能表現(xiàn)為軟巖的變形特性。 3.3軟巖分類及特征 軟巖僅是地質(zhì)巖體中一部分, 但卻是地質(zhì)介質(zhì)中極為復(fù)雜的部分。按照軟巖自然特征、物理化學(xué)特性。以及在工程力的作用下產(chǎn)生顯著變形的機(jī)理作為分類的主要依據(jù), 軟巖分為五類: 即低強(qiáng)度軟巖、膨脹性軟巖、高應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖和復(fù)合型軟巖。按《煤礦井巷工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)試行規(guī)范》中圍巖的分類分 5 類Ⅰ穩(wěn)定、Ⅱ穩(wěn)定性較好、Ⅲ中等穩(wěn)定、Ⅳ穩(wěn)定性較差和Ⅴ不穩(wěn)定。前四類較具體，第Ⅴ類較籠統(tǒng)，不能滿足要求，應(yīng)予補(bǔ)充。軟巖的這個(gè)分類意見，可在施工實(shí)踐中進(jìn)一步修正。 軟巖有別于硬巖而獨(dú)具的特性有以下幾點(diǎn)： 可塑性, 由于軟巖膠結(jié)程度差, 結(jié)構(gòu)疏松,孔隙率高,強(qiáng)度低, 粘土礦物親水性強(qiáng)，在工程力和水的作用下礦物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，吸附水分子形成水化膜，從而使巖石具有極大的可塑性，巖石強(qiáng)度急劇降低，在無控制條件下失去自身支承能力。 膨脹性，軟巖在水作用下產(chǎn)生體積膨脹現(xiàn)象。 崩解性，軟巖在物理、化學(xué)、力學(xué)、因素都作用下發(fā)生鱗片狀解體。 流變性，有韌性的軟巖受力發(fā)生流變，其過程與時(shí)間密切相關(guān)的特性。 易擾動(dòng)性，由于軟巖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軟巖對(duì)抗外界環(huán)境擾動(dòng)的能力極差，對(duì)施工震動(dòng)、吸水膨脹、軟化泥化、暴露風(fēng)化等影響極為敏感。 4 軟巖巷道圍巖變形力學(xué)機(jī)制和變形規(guī)律 4.1軟巖巷道圍巖變形力學(xué)機(jī)制 按照軟巖的自然特征、物理化學(xué)性質(zhì)，以及在工程力的作用下產(chǎn)生顯著變形的機(jī)理，將軟巖分為膨脹性軟巖（也稱低強(qiáng)度軟巖）、高應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖和復(fù)合型軟巖四種類型。從理論上分析軟巖巷道圍巖變形力學(xué)機(jī)制，可分為三種形式，即物化膨脹類型（也稱低強(qiáng)度軟巖）、應(yīng)力擴(kuò)容類型和結(jié)構(gòu)變形類型。 4.2 軟巖巷道圍巖變形的影響因素 巖石本身的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度及膠結(jié)物的性能、膨脹性礦物的含量等巖石性質(zhì)是影響軟巖巷道圍巖變形的內(nèi)部因素。 自重應(yīng)力、殘余構(gòu)造應(yīng)力、工程環(huán)境和施工的擾動(dòng)應(yīng)力，特別是諸應(yīng)力的疊加狀況和主應(yīng)力的大小、方向是影響軟巖巷道圍巖變形的主要外部因素。 膨脹性軟巖浸水后顆粒表面水膜增厚、間距加大、連接力削弱，體積急劇增大，同時(shí)引起巖石內(nèi)部應(yīng)力不均，容易破壞。 對(duì)擾動(dòng)的敏感是軟巖的特性之一，鄰近巷道施工、采面回采的震動(dòng)對(duì)軟巖巷道圍巖變形的影響較明顯。 軟巖具有明顯的流變特性，時(shí)間也是不可忽略的影響因素。 4.3 軟巖巷道圍巖變形規(guī)律 軟巖巷道圍巖變形具有明顯的時(shí)間效應(yīng)。表現(xiàn)為初始變形速度很大，變形趨向穩(wěn)定后仍以較大速度產(chǎn)生流變，持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。如不采取有效的支護(hù)措施，由于圍巖變形急劇增大，勢(shì)必導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。 軟巖巷道多表現(xiàn)為環(huán)向受壓，且為非對(duì)稱性。軟巖巷道不僅頂板變形易冒落，底板也產(chǎn)生強(qiáng)烈底鼓，并引發(fā)兩幫破壞頂板坍塌。 軟巖巷道圍巖變形隨埋深增加而增大，存在一個(gè)軟化臨界深度，超過臨界深度變形量急劇增加。 軟巖巷道圍巖變形在不同的應(yīng)力作用下，具有明顯的方向性。巷道自穩(wěn)能力差，自穩(wěn)時(shí)間短。 4.4軟巖巷道變形破壞的原因及規(guī)律 由于巷道開挖，在巷道周邊圍巖內(nèi)將會(huì)形成一個(gè)松動(dòng)圈，松動(dòng)圈內(nèi)的巖塊既不是連續(xù)體，也不是松散體。圍巖雖然已出現(xiàn)裂縫，但是破裂巖塊之間仍處于相互銜接、相互嚙合的狀態(tài)。為了較好的了解軟巖變形破壞過程，人們通過模擬實(shí)驗(yàn)來反映圍巖變形破壞狀態(tài)，得出應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線，如圖1所示。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示: 巷道圍巖松動(dòng)圈在 σ- ε規(guī)律也經(jīng)過壓密、彈性、塑性、破壞四個(gè)階段，當(dāng)松動(dòng)圈圍巖所受應(yīng)力達(dá)到其極限強(qiáng)度時(shí)，巷道松動(dòng)圈圍巖將發(fā)生破壞。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)結(jié)果可以得出軟圍巖巷道變形規(guī)律: 巷道圍巖的壓密、膨脹、松弛(松動(dòng))區(qū)將會(huì)隨著巷道的破壞而由表及里轉(zhuǎn)化。 5 軟巖支護(hù)原則對(duì)策 5.1支護(hù)原則 1“因地制宜”原則。軟巖類別多種多樣，構(gòu)成的軟巖巷道復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制類型也多種多樣。因此，軟巖巷道支護(hù)必須“因地制宜”，支護(hù)措施要滿足其變形力學(xué)機(jī)制的要求。 2“步步為營(yíng)”原則。軟巖巷道支護(hù)是一個(gè)復(fù)雜的過程，不可能一次解決全部問題。究其本質(zhì)，軟巖巷道具有復(fù)雜的復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制，要對(duì)軟巖巷道穩(wěn)定性實(shí)行有效控制，必須有一個(gè)從“復(fù)合型”向“單一型”的轉(zhuǎn)化過程，是靠一系列具有針對(duì)性的支護(hù)措施來實(shí)現(xiàn)的。 3 塑性圈原則。和硬巖巷道支護(hù)的指導(dǎo)思想不同，軟巖巷道支護(hù)必須允許出現(xiàn)塑性圈。硬巖巷道支護(hù)是力求控制塑性區(qū)的產(chǎn)生，最大限度發(fā)揮圍巖的自承載力；軟巖巷道支護(hù)是力求有控制地產(chǎn)生一個(gè)合理厚度地塑性圈，最大限度地釋放圍巖變形能。對(duì)軟巖巷道穩(wěn)定性控制來講，塑性圈的出現(xiàn)具有三個(gè)力學(xué)效應(yīng)：a.大幅度降低變形能；b.減少切向應(yīng)力集中程度；c.改善圍巖的承載狀態(tài)。 4 綜合優(yōu)化原則。一個(gè)優(yōu)化的軟巖巷道支護(hù)，要同時(shí)滿足三個(gè)條件：a. 能充分地釋放圍巖變形能；b. 能充分地保護(hù)圍巖的力學(xué)強(qiáng)度；c.使支護(hù)造價(jià)小而巷道穩(wěn)定性好。上述四個(gè)原則在軟巖巷道支護(hù)過程中相輔相成，構(gòu)成了軟巖巷道穩(wěn)定性控制基本原則。 5.2基本支護(hù)對(duì)策 軟巖巷道的支護(hù)宜采用以下幾方面對(duì)策： 5.2.1 維護(hù)和保持圍巖殘余強(qiáng)度 一般軟巖，在經(jīng)受水或者風(fēng)化影響后，強(qiáng)度將降低，所以開巷后應(yīng)及時(shí)噴射（注入）混凝土以封閉巖面，防止圍巖風(fēng)化潮解，減少圍巖強(qiáng)度的損失。例如，施工過程中的光面爆破等技術(shù)措施，有利于保持圍巖的強(qiáng)度。 5.2.2 提高圍巖殘余強(qiáng)度 提高圍巖殘余強(qiáng)度有三個(gè)技術(shù)途徑：第一，提高支護(hù)阻力，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)。開巷后應(yīng)盡快完成支護(hù)的主體結(jié)構(gòu)，使圍巖由雙向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)，從而提高圍巖的殘余強(qiáng)度。第二，用錨桿支護(hù)加固圍巖。錨桿能利用其錨固力將破碎圍巖錨固起來，恢復(fù)和提高破裂圍巖的殘余強(qiáng)度，形成具有較高承載能力和可塑性的錨固層。第三，錨索加固。破碎嚴(yán)重的巖體，單純依靠錨桿加固不能滿足要求時(shí)，可考慮及時(shí)采用錨索加固，這是提高松動(dòng)破碎圍巖強(qiáng)度最有效的方法。 5.2.3 充分發(fā)揮圍巖承載能力 充分發(fā)揮圍巖的承載能力，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一，選取受力均勻的巷道斷面，如圓形斷面。巷道斷面形狀的確定應(yīng)盡量考慮適應(yīng)圍巖應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)。第二，多層次復(fù)合支護(hù)技術(shù)支護(hù)，并注重軟巖巷道底板的重點(diǎn)支護(hù)。第三，采用可縮性支護(hù)，當(dāng)變形壓力超過圍巖的承載能力后，支護(hù)體系可縮讓壓，這一過程是減少支護(hù)受力，讓圍巖發(fā)揮更大承載能力的過程。第四，強(qiáng)調(diào)二次支護(hù)，二次支護(hù)要在圍巖變形穩(wěn)定后適時(shí)完成，給巷道圍巖提供最終支護(hù)強(qiáng)度和剛度，以保持巷道較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性和安全儲(chǔ)備。二次支護(hù)時(shí)機(jī)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定。 6 軟巖巷道支護(hù)方式 6.1煤巷支護(hù) 煤巷支護(hù)傳統(tǒng)采用木棚支護(hù)，到二十世紀(jì)八十年代逐步演變?yōu)榈V用工字鋼支護(hù)，和U 型鋼支護(hù)。木棚支護(hù)雖然對(duì)圍巖的支護(hù)強(qiáng)度大大提高了，但由于工字鋼的梯形支護(hù)承受頂壓能力差，常常出現(xiàn)頂梁彎曲，梁腿鉆進(jìn)底板或彎曲破壞。隨著礦井逐步向深部區(qū)的開采, 地應(yīng)力的增大，引進(jìn)采用了25# U 型鋼支護(hù)改變了對(duì)圍巖的支護(hù)方式，減小了頂壓對(duì)巷道的破壞程度,進(jìn)而又更替使用了更大強(qiáng)度的29#U 型鋼，使巷道的支護(hù)強(qiáng)度得到了更進(jìn)一步的提高。在采用U型鋼網(wǎng)支護(hù)的過程中，通過卸壓使高應(yīng)力區(qū)向圍巖深部轉(zhuǎn)移，減少了圍巖高應(yīng)力對(duì)支架的破壞。 實(shí)施迎頭煤層注水，增大煤層粘結(jié)力，減小圍巖松動(dòng)圈范圍，防止煤墻片幫和冒頂，提高了支護(hù)效果。 6.2巖巷支護(hù) 巖巷支護(hù)由料石，混凝土砌碹支護(hù)演變到推廣使用錨噴支護(hù)、錨網(wǎng)噴支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度大大加強(qiáng)，巷掘速度大幅度提高。錨噴支護(hù)工藝為，巖石暴露后，先對(duì)頂板拱基線以上基本成型的巷道初噴沙漿(10~20mm厚) 護(hù)頂作臨時(shí)支護(hù)，然后打錨桿掛金屬網(wǎng)噴漿進(jìn)行二次支護(hù)達(dá)到成巷為永久巷道。在破碎巖體中還需架設(shè) U型鋼支護(hù),以支撐圍巖,增加抵抗圍巖壓力的能力。錨桿支護(hù)參數(shù)在實(shí)踐中也不斷地改變, 錨桿長(zhǎng)度由 1.5m變?yōu)?1.8m。錨桿的材料由靠摩擦力實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固的管縫式錨桿變?yōu)楦咤^固力的樹脂錨桿。錨桿的支護(hù)規(guī)格由 0.8×1.m 變?yōu)?.7×0.7m 提高了錨桿支護(hù)形成的組合拱的厚度和強(qiáng)度。隨著礦井向深部區(qū)的轉(zhuǎn)移，礦山壓力的增大，以上支護(hù)方式已不能夠滿足巖巷支護(hù)的需要。巷道所處的圍巖性質(zhì)發(fā)生變化，圍巖破碎且有構(gòu)造應(yīng)力的影響，導(dǎo)致錨噴支護(hù)巷道變形嚴(yán)重，經(jīng)多次翻修也未能阻止部分地段巷道的變形, 但采用錨噴支護(hù)U型鋼棚支護(hù)的地段支護(hù)效果較佳。錨網(wǎng)噴 +U型鋼 + 壁后注漿 + 錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式，通過在不少煤礦井底車場(chǎng)、中央變電所及水倉(cāng)的成功應(yīng)用, 為此種支護(hù)方式在軟巖巷道中支護(hù)提供了范例。此種支護(hù)方式充分利用了 " 圍巖不再是純粹的載荷體，而是能夠被利用的承載體 " 的原理，使巷道支護(hù)與圍巖相互作用共同承載,通過錨網(wǎng)支護(hù)形成并增厚組合，拱壁后注漿，錨索主動(dòng)支護(hù)，使巷道支護(hù)與圍巖成為一個(gè)整體起到共同承載的作用，提高了巷道的支護(hù)效果。 7 軟巖巷道支護(hù)技術(shù) 從軟巖的定義和軟巖巷道圍巖的破壞過程可以看出，軟巖具有壓力大、強(qiáng)度低、變形速度快和巷道四周受壓的特點(diǎn)，根據(jù)軟巖的特點(diǎn)，在支護(hù)方面不能單純提高支護(hù)剛度的方法來提高支護(hù)效果，單純提高支護(hù)剛度會(huì)使巷道支護(hù)體系迅速遭到破壞，經(jīng)常造成前掘后翻的局面，再者單一支護(hù)方式不能更好的發(fā)揮支護(hù)作用。軟巖巷道支護(hù)是支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖結(jié)構(gòu)相互調(diào)節(jié)，相互控制的過程，巖層破壞不僅是巖體材料的變形破壞，更主要是整體結(jié)構(gòu)的變形，失穩(wěn)和破壞，因此單一支護(hù)形式，如木支架，金屬支架，U型鋼支架等支護(hù)形式，都不能有效地滿足軟巖變形特性的要求。還有靠一次成巷很難達(dá)到預(yù)期目的，采用短掘短砌、立即支護(hù)或一次成巷的方法也不適宜，只有采用二次支護(hù)及聯(lián)合支護(hù)方能取得預(yù)期的支護(hù)效果。結(jié)合前面所分析的軟巖巷道的變形特點(diǎn)，巷道的支護(hù)理論、原理及軟巖巷道對(duì)支護(hù)的要求各礦主要根據(jù)巷道圍巖強(qiáng)度、壓力方向及圍巖的整體性來選擇巷道斷面形狀和支護(hù)形式。在確定巷道斷面時(shí)主要考慮圍巖的四周壓力變化情況，在選擇支護(hù)形式時(shí)要使支護(hù)體具有先柔后剛的特點(diǎn)，讓圍巖應(yīng)力在變形中得到有效釋放以減少對(duì)支護(hù)體的壓力，并且采取二次支護(hù)技術(shù)，進(jìn)一步提高巷道圍巖的穩(wěn)定性和安全性。在實(shí)際過程中，根據(jù)軟巖的條件可選擇以下支護(hù)方式。 7.1 錨桿支護(hù)技術(shù) 錨桿支護(hù)把圍巖視為主動(dòng)支護(hù)體，在軟巖巷道圍巖發(fā)生較大位移變形前施行錨固，使圍巖形成具有較大剛度的整體，充分利用圍巖本身的強(qiáng)度和自承能力，變荷載為承載體，阻止和減少離層進(jìn)一步發(fā)展。在巷道圍巖上按一定網(wǎng)度布設(shè)錨桿形成錨桿群，其作用原理可分為懸吊作用、組合作用、擠壓加固作用。 7.1.1軟巖巷道支護(hù)理論 在世界范圍內(nèi), 被廣大科技人員和工程師們接受的關(guān)于錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、 組合梁理論、 組合拱理論、 最大水平應(yīng)力理論、 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。這些傳統(tǒng)理論適用于不同的圍巖條件, 得到了廣泛的應(yīng)用。近年來, 又發(fā)展了巷道圍巖松動(dòng)圈理論 和基于水平應(yīng)力的剛性梁理論為煤巷和軟巖巷的錨桿支護(hù)提供了理論指導(dǎo)。 1懸吊理論 懸吊理論認(rèn)為: 錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層上,以增強(qiáng)較軟弱巖層的穩(wěn)定性。對(duì)于回采巷道經(jīng)常遇到的層狀巖體,當(dāng)巷道開挖后,直接頂因彎曲、 變形與老頂分離,如果錨桿及時(shí)將直接頂擠壓并懸吊在老頂上, 就能減少和限制直接頂?shù)南鲁梁头蛛x,以達(dá)到支護(hù)的目的。巷道淺部圍巖松軟破碎,或者巷道開挖后應(yīng)力重新分布,頂板出現(xiàn)松動(dòng)破裂區(qū), 這時(shí)錨桿的懸吊作用就是將這部分易冒落巖體懸吊在深部未松動(dòng)的巖土上, 這是懸吊理論的進(jìn)一步發(fā)展。 懸吊理論最直觀地揭示了錨桿的支護(hù)作用,在分析過程中不考慮圍巖的自承能力,而且將被錨固體與原巖體分開, 與實(shí)際情況有一段差距, 因此其不足之處是明顯的。懸吊理論只適用于巷道頂板,不適用于兩幫和底板。如果頂板中沒有堅(jiān)硬穩(wěn)定巖石或頂板軟弱巖層較厚,圍巖破碎區(qū)范圍較大, 受錨桿長(zhǎng)度所限, 無法將錨桿錨固到上面堅(jiān)硬巖層上,懸吊理論就不適用。 2組合梁理論 組合梁理論認(rèn)為:在層狀巖體中開挖巷道,當(dāng)頂板在一定范圍內(nèi)不存在堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層時(shí),錨桿的懸吊作用居于次要的地位。 如果頂板巖層中存在若干分層,頂板錨桿的作用, 一方面依靠錨桿的錨固力增加各巖層間的摩擦力, 防止巖石沿層面滑動(dòng),避免各巖層出現(xiàn)高層現(xiàn)象;另一方面,錨桿桿體可增加巖層間的抗剪強(qiáng)度,阻止巖層間的水平錯(cuò)動(dòng),從而將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個(gè)薄巖層鎖成一個(gè)較厚的巖層( 組合梁)。這種組合厚巖層再上覆巖層載荷的作用下, 其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減少。 組合梁理論認(rèn)為錨桿的作用是將頂板巖層鎖緊成較厚巖層。在分析中,將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開, 與實(shí)際情況有一定差距, 并且隨著圍巖條件的變化,在頂板破碎、連續(xù)受到破壞時(shí),組合梁也就不存在了。組合梁理論只適于層狀頂板錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì),對(duì)于巷道的幫和底不適用。 3組合拱理論 組合拱理論認(rèn)為:在拱形巷道圍巖的破碎區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí),在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力,如果沿巷道周邊布置錨桿群,只要錨桿間距足夠小各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò),就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓應(yīng)帶, 即承壓拱,這個(gè)壓縮拱可以承受其上部巖石形成的徑向載荷。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受力, 處于三向壓應(yīng)力狀態(tài),其圍巖強(qiáng)度得到提高,支撐能力也相應(yīng)增大,因此錨桿支護(hù)的關(guān)鍵在于獲取較大的承壓拱和較高的強(qiáng)度, 其厚度越大,越有利于圍巖的穩(wěn)定和支撐能力的提高。 組合拱理論在一定程度上揭示了錨桿支護(hù)的作用機(jī)理, 但在分析過程中沒有深入考慮圍巖! 支護(hù)的相互作用,只是將支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大支護(hù)力簡(jiǎn)單相加, 從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)總的最大支護(hù)阻力,缺乏對(duì)被加固體本身力學(xué)行為的進(jìn)一步分析探討, 計(jì)算也與實(shí)際情況存在一定差距,一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計(jì), 但可作為錨桿加固設(shè)計(jì)和施工的參考。 4最大水平應(yīng)力理論 最大水平應(yīng)力理論由澳大利亞學(xué)者W. Jg ale提出。該理論認(rèn)為, 礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力,水平應(yīng)力具有明顯的方向性,最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1. 5~ 2. 5 倍。巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響, 且有三個(gè)特點(diǎn): ( 1)與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小,頂?shù)装宸€(wěn)定性最好; ( 2)與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道,其頂?shù)装遄冃纹茐钠蚰骋粠? ( 3)與最大水平應(yīng)力垂直的巷道,頂?shù)装宸€(wěn)定性最差。 在最大水平應(yīng)力作用下, 頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞,出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)而膨脹造成圍巖變形,錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直與軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng),因此必須要求錨桿具備強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大,才能起到約束圍巖變形的作用。 5圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 隨著錨桿支護(hù)理論研究的深入,開始涉及到錨桿支護(hù)機(jī)理的實(shí)質(zhì)性問題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)經(jīng)錨桿錨固后圍巖巖體力學(xué)性能的改善進(jìn)行了研究,程度不同地探討了錨桿加固后巖石強(qiáng)度、彈性模量 E、內(nèi)聚力 C、和內(nèi)摩擦角等問題,取得了相應(yīng)的研究成果: ( 1)系統(tǒng)布置錨桿可以可以提高巖體的 E、C并認(rèn)為錨固體的提高較大, 而提高的幅度不大;( 2)錨桿錨固區(qū)域圍巖具有正交異性,在錨桿沿著試件的軸向,圍巖的彈性模量 E 隨著錨桿密度的增加而增大,圍巖強(qiáng)度的提高主要是內(nèi)摩擦角增加,而C幾乎沒有變化; ( 3)合理的錨桿支護(hù)可以有效地改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變特性, 而不同彈性模量的帶錨巖體所表現(xiàn)出來的錨固效果是不同的; ( 4)錨桿的錨固效果與錨桿密度、長(zhǎng)度、型式、錨桿材料的抗剪強(qiáng)度和剛度有關(guān),并從不同角度提出了最佳的錨桿布置方案;( 5)錨固的變形破壞符合莫爾! 庫(kù)侖準(zhǔn)則; ( 6)錨桿支護(hù)在力學(xué)上等價(jià)于對(duì)孔硐周圍巖體施加一定量的徑向約束力。 6巷道圍巖松動(dòng)圈理論 該理論在實(shí)踐中,取得了很大成功,目前越來越多的礦山使用該理論進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有: ( 1)松動(dòng)圈因圍巖不同其形狀也不相同。若圍巖是各向同性,且垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力相等,則為圓形松動(dòng)圈;若垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力不相等,則為橢圓形松動(dòng)圈,且其長(zhǎng)軸與主應(yīng)力方向垂直。若圍巖不是各向同性, 則在巖石強(qiáng)度低的部位將產(chǎn)生較大松動(dòng)圈。 ( 2)松動(dòng)圈的形成有一個(gè)時(shí)間過程,松動(dòng)圈發(fā)展時(shí)間與巷道收斂變形在實(shí)踐上一致。 ( 3)支護(hù)對(duì)象為松動(dòng)圈內(nèi)圍巖的碎脹變形和巖石的吸水膨脹變形(僅限于膨脹地層)。另外,深部圍巖的部分彈塑性變形、擴(kuò)容變形和松動(dòng)圈自重也可能對(duì)支護(hù)產(chǎn)生壓力。 ( 4)支護(hù)的作用是限制圍巖松動(dòng)圈形成過程的碎脹力造成的有害變形。 根據(jù)松動(dòng)圈的厚度, 還提出了圍巖分類表,認(rèn)為當(dāng)松動(dòng)圈厚度 L ?150 cm時(shí),為大松動(dòng)圈,屬于軟巖,其支護(hù)機(jī)理為組合拱理論。該理論有很大的先進(jìn)性, 并在重要方面未作假設(shè)。 7“剛性梁”理論 該理論是基于巖體中存在的水平應(yīng)力,由美國(guó)的郭頌博士提出的。其主要內(nèi)容有: ( 1)錨桿預(yù)應(yīng)力的大小對(duì)頂板的穩(wěn)定性具有決定作用。當(dāng)預(yù)應(yīng)力達(dá)到一定的程度時(shí), 錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)的頂板離層得以控制,建立了剛性梁頂板, 它本身形成一個(gè)壓力自撐結(jié)構(gòu)。 ( 2)剛性梁頂板可充分利用水平應(yīng)力來維護(hù)頂板的穩(wěn)定性。水平力的存在,在一定程度上保護(hù)著頂板,使其代表頂板巖層處于橫向壓縮狀態(tài)。 ( 3)在剛性梁頂板的條件下,頂板的垂直應(yīng)力被轉(zhuǎn)移到巷道兩側(cè)煤體縱深, 巷道兩側(cè)的壓力減少。與無預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的 先護(hù)幫,后護(hù)頂 的原則相反,該理論主張先護(hù)頂,后護(hù)幫的原則。在一定的極限范圍內(nèi)頂板的穩(wěn)定性與巷道寬度關(guān)系不大。 以此理論為指導(dǎo),進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì),可以極大地增大錨桿排距, 從而降低巷道支護(hù)成本,提高巷道掘進(jìn)速度。而要使巷道頂板 剛性 化的關(guān)鍵是大力提高錨桿安裝時(shí)的預(yù)應(yīng)力。 7.1.2巷道錨桿支護(hù)機(jī)理及錨桿的研制 1錨桿的研制 國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明了該支護(hù)的優(yōu)越性。現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)正大力推廣錨桿支護(hù),并且也推出了很多型號(hào)的錨桿。高強(qiáng)度、 可延伸、 全長(zhǎng)錨固是發(fā)展的趨勢(shì)。新汶礦業(yè)(集團(tuán))公司研制了一種用20 MnSi 鋼制造的新型錨桿, 其強(qiáng)度比Q235 錨桿高40%以上,且全廠等強(qiáng)、 錨固力大、 成本低。郝近海等研制了一種新型幫錨桿! 全長(zhǎng)膨脹錨桿,可切割, 價(jià)格低,并提出了“錨固墻”理論。近年來,還研制了了兩節(jié)墩頭式組合錨桿,可提供大的預(yù)應(yīng)力。其它新型錨桿還有:( 1)小直徑快硬水泥錨桿, 桿體采用異直徑特殊對(duì)接, 加大螺紋直徑, 使桿體具有等強(qiáng)性及可伸性,錨桿端采用彎曲異形結(jié)構(gòu), 搗入式裝藥。操作方便。但水灰比對(duì)錨固力影響較大,浸水時(shí)間難以掌握, 因此,巷道頂板不易推廣。( 2)新型交叉異形樹脂錨桿,錨固端采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的交叉異性結(jié)構(gòu),是目前推廣使用的一種新型錨桿。( 3)小直徑管縫式錨桿, 用A3鋼制成, 剛度大, 彈性張力大, 能達(dá)到或超過大直徑管縫式錨桿的性能;但其加工成本高,對(duì)轉(zhuǎn)孔質(zhì)量要求高,適用于控制松軟巖石。( 4)高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿,其強(qiáng)度達(dá)到澳大利亞SCI公司提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),尾部滾制螺紋, 樹脂卷全長(zhǎng)錨桿。( 5)高強(qiáng)度復(fù)合竹錨桿,桿體由竹纖維和特種粘合劑在高溫高壓下制成。易被割煤機(jī)切割,是煤巷支護(hù)的優(yōu)選產(chǎn)品。這些錨桿都具有先進(jìn)性,有較廣泛的實(shí)用性。在工程中,可結(jié)合具體的工程地質(zhì)條件合理地選擇各類錨桿, 積極推廣 三小 錨桿支護(hù)技術(shù)。 2錨桿支護(hù)的作用機(jī)理 巖體經(jīng)錨固后其峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均得到提高。但隨錨桿密度的增加, 錨桿對(duì)巖體殘余強(qiáng)度的強(qiáng)化程度大于對(duì)峰值的強(qiáng)化程度。安裝錨桿可有效地提高巖體的參數(shù)。在峰值前,錨固體內(nèi)聚力提高較小,而內(nèi)摩擦力增加較大;在峰值后,恰恰相反。而且錨桿的重要作用是改變巖石的支護(hù)結(jié)構(gòu), 在困難條件下, 頂板錨桿的主要作用是成拱作用。根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)觀點(diǎn), 從材料力學(xué)的復(fù)合行為出發(fā), 錨桿支護(hù)可增強(qiáng)頂板的韌性、 強(qiáng)度、 抗疲勞。提出了“壓縮墻”的新觀點(diǎn),解釋了膨脹錨桿支護(hù)的作用機(jī)理。在錨桿膨脹應(yīng)力作用下,整個(gè)錨桿得以擠壓加固,表面裂隙閉合,結(jié)力、 內(nèi)摩擦角提高,由摩爾應(yīng)力圓可知,圍巖抵抗破壞的能力提高,也即提高了圍巖的強(qiáng)度。由于這種錨桿是全長(zhǎng)式錨固方式,使錨固范圍內(nèi)的圍巖形成一個(gè)強(qiáng)度高于普通巖體的壓縮墻, 該范圍內(nèi)的巖體整體抵抗外部圍巖的應(yīng)力。同時(shí), 由于兩幫的圍巖度、 黏結(jié)力、 內(nèi)摩擦角的提高使圍巖由不穩(wěn)定邊墻轉(zhuǎn)為穩(wěn)定邊墻, 頂部冒落拱的跨度基本與巷道一致, 巷道趨于穩(wěn)定。對(duì)于頂板離層現(xiàn)象, 研究的文獻(xiàn)很多,提出了很多力學(xué)模型,但是,適用范圍有限。 3 注漿加固機(jī)理 研究表明, 宏觀上沿硐室軸向圍巖裂隙發(fā)育, 張開度較大,漿液滲透性好;漿液注入巖石較大的微孔隙中, 使巖石的宏觀孔隙度下降, 致密程度增加: 漿液同巖石中的某些物質(zhì)成分發(fā)生反應(yīng), 改變了巖石的物質(zhì)組成;在巖體結(jié)構(gòu)凝結(jié)后,對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行充填加固,排除了原先存在于結(jié)構(gòu)面空隙中的水分和空氣,改變了巖石中各種物質(zhì)的比例關(guān)系,使破碎巖體重新膠結(jié)成整體, 改善了其力學(xué)參數(shù),最終提高了巖體的完整性和抵抗力的作用能力。同時(shí),也改善了工程巖體的物理環(huán)境和錨桿條件。 7.2 錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù) 錨桿、噴射砂漿和金屬網(wǎng)三者組成的支護(hù)體與圍巖緊密結(jié)合，共同承載，既充分利用和發(fā)揮了圍巖的自承能力，又在與圍巖共同變形過程中及時(shí)提供支護(hù)抗力，限制圍巖產(chǎn)生有害變形，從而保持巷道穩(wěn)定。 7.2.1錨網(wǎng)噴支護(hù)的主要原理 錨網(wǎng)噴技術(shù)在原有錨桿支護(hù)和噴射砂漿支護(hù)的基礎(chǔ)上另加一層錨網(wǎng) 將前兩中支護(hù)很好地結(jié)合于一體 既充分發(fā)揮錨桿作用 又充分發(fā)揮噴射砂漿的作用 同時(shí)噴射砂漿后的錨網(wǎng)使圍巖表面的破碎帶圈整體化 使原有破碎圍巖平整均勻 增加抗彎 抗剪能力 并具有較高柔性和較大的允許變形量。 錨網(wǎng)噴支護(hù)突破了傳統(tǒng)舊的支護(hù)形式和支護(hù)理論 不是被動(dòng)的對(duì)破碎的圍巖施加一定壓力使其不被落下 而是主動(dòng)地保持圍巖的完整性 穩(wěn)定性 控制圍巖變形 位移及裂隙發(fā)展 充分發(fā)揮圍巖自身的支承作用 即以保為主 以支為輔是加固并保護(hù)松動(dòng)圈 而不是支護(hù)松動(dòng)圈的一種較為合理且適用圍巖相對(duì)破碎帶的一種支護(hù)形式 錨桿 錨桿支護(hù)是錨網(wǎng)噴支護(hù)中的支護(hù)主體 通過錨桿伸入圍巖內(nèi)部 并與一定范圍內(nèi)的圍巖共同作用來支護(hù)巷道 在錨桿擠壓加固的作用下 很好的將 錨桿 圍巖 連接 讓圍巖保持一定穩(wěn)定性 此時(shí)圍巖既是外載來源 又是支護(hù)結(jié)構(gòu) 能充分發(fā)揮圍巖自承能力 阻止上部圍巖的松動(dòng)和變形。 噴射砂漿 噴射砂漿支護(hù)作用主要體現(xiàn)于 點(diǎn) 加固與防止風(fēng)化作用 噴射砂漿以較高的速度射入張開的節(jié)理裂隙 產(chǎn)生如同石墻灰縫一樣的凝結(jié)作用 從而提高了巖體的凝結(jié)力和內(nèi)摩擦角直接提高了圍巖的強(qiáng)度改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用 一方面可將圍巖表面的凹凸不平處填平 消除因巖面不平引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象 另一方面可是巷道周邊圍巖由單向或雙向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài) 提高了圍巖的強(qiáng)度柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)作用 噴射砂漿的凝結(jié)強(qiáng)度大 能和圍巖緊密地凝結(jié)在一起共同作用 具有一定的柔性 可以和圍巖共同變形產(chǎn)生一定量的徑向位移 在圍巖中形成一定范圍的非彈性區(qū) 使圍巖的自支撐能力得以充分發(fā)揮 與圍巖共同作用 可以使噴層與巖石的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度足以抵抗圍巖的局部破壞 防止個(gè)別危巖活動(dòng) 滑移或墜落 這樣 不僅能保持圍巖自身穩(wěn)定 并且能與噴層構(gòu)成共同承載結(jié)構(gòu) 金屬網(wǎng) 通過金屬網(wǎng)大大改善了以往點(diǎn)錨桿的支護(hù)形式 增加了錨固擠壓的全面積 在錨桿長(zhǎng)度相同 密度相同的時(shí)候 增大了擠壓加固拱的作用 增強(qiáng)了巷道抵抗破壞的能力 同時(shí)金屬網(wǎng)將噴層和巷道壁連接于一起 防止噴層和巷道壁之間脫落 離層 提高了噴層的抗剪 抗拉能力 同時(shí)金屬網(wǎng)將錨桿噴射砂漿兩種支護(hù)方式有效的相結(jié)合提高了對(duì)松散破碎的軟弱巖層的支護(hù)強(qiáng)度。 7.3砌碹支護(hù)及噴砼技術(shù) 砌碹支護(hù)是軟巖支護(hù)的傳統(tǒng)方法，利用支護(hù)體自身的支護(hù)強(qiáng)度來支撐來自圍巖的初期礦山壓力，待平衡后，支護(hù)體和圍巖一起抵抗來自圍巖層的壓力。這種支護(hù)方法適合于巷道圍巖非常破碎，礦壓較大，采用錨噴支護(hù)優(yōu)越性不顯著巷道圍巖很不穩(wěn)定，頂幫巖石易塌落，砼噴不上、粘不牢，錨桿的錨固力明顯下降的含油泥巖、粘土巖及斷層破碎帶。 7.3.1砌碹支護(hù)的特點(diǎn) (1)施工工藝簡(jiǎn)單，工人便于掌握。 (2)根據(jù)圍巖情況既可以長(zhǎng)段掘砌，又可以短段掘砌。 (3)巷道斷面形狀多樣，有圓形、橢圓形、直墻半圓拱、直墻三心拱、直墻圓弧拱等等?？蓾M足不同地質(zhì)條件對(duì)巷道斷面形狀的要求。 (4)初次支護(hù)費(fèi)用比光爆錨噴和拱形可縮性金屬支架低。 (5)對(duì)圍巖有較好的封閉性。 (6)缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大、 施工速度慢。因其屬于剛性支護(hù)形式 ,受地壓沖擊時(shí)受力不均勻，易開裂、 變形，巷道維護(hù)較困難。 7.3.2砌碹支護(hù)的適應(yīng)條件 由于松軟巖層本身具有松、散、軟、弱四種不同屬性，所以，在設(shè)計(jì)巷道時(shí)，必須根據(jù)巖層性質(zhì)、 地壓顯現(xiàn)特點(diǎn)和規(guī)律選擇合理的支護(hù)形式。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在軟巖巷道施工中，適于砌碹支護(hù)條件的主要有以下幾種: (1)巷道圍巖非常破碎，礦壓較大，采用錨噴支護(hù)優(yōu)越性不顯著。 (2)巷道圍巖很不穩(wěn)定，頂幫巖石極易塌落，混凝土噴不上、 粘不牢、 錨桿的錨固力明顯下降。 (3)巷道大面積淋水或部分涌水處理無效的地段。 (4)服務(wù)年限較長(zhǎng)的巷道如水倉(cāng)、絞車房等，以及對(duì)巷道斷面尺寸要求較嚴(yán)格的峒室。 (5)工程量不大，且又不具備安裝錨噴設(shè)備條件的巷道、峒室。 (6)對(duì)混凝土強(qiáng)度有破壞性影響的化學(xué)腐蝕地段。 (7)服務(wù)年限較短(1～5 年)的巷道，如煤層之間的聯(lián)絡(luò)巷，采用支棚或錨噴形式都不理想時(shí)，也可采用砌碹支護(hù)。 7.3.3砌碹支護(hù)的一般技術(shù)要求與注意事項(xiàng) 根據(jù)巖石性質(zhì)和支承壓力合理選擇巷道位置。 合理選擇巷道位置是保證砌碹巷道服務(wù)年限的重要環(huán)節(jié)之一。首先 ,要根據(jù)巖石性質(zhì),盡量將巷道布置在遇水膨脹量小,較堅(jiān)硬的巖層中。其次,布置巷道要盡量避開支承壓力有害影響區(qū)。用以上兩種方法有效地避開了支承壓力有害影響區(qū),保證了巷道的服務(wù)年限。 根據(jù)巖石性質(zhì)和巷道用途合理選擇巷道斷面形狀和斷面尺寸。 巷道斷面形狀和斷面尺寸合理與否,直接影響著煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的提高。因此,巷道設(shè)計(jì)基本原則是:在滿足安全與技術(shù)要求的前提下,力求提高斷面利用率,縮小斷面、降低造價(jià)。 在軟巖地層中設(shè)計(jì)巷道,采用砌碹支護(hù)時(shí),其形狀多采用圓形。這是因?yàn)檐泿r層頂壓、 側(cè)壓很大,底鼓較嚴(yán)重,而圓形碹體受力均勻,抗壓強(qiáng)度高,能較好地抵抗來自各個(gè)方向的壓力,相對(duì)于其它形狀巷道變形較小。在實(shí)踐中,根據(jù)不同的巖石性質(zhì)和用途,也可采用橢圓形或直墻半圓拱加反底拱的支護(hù)形式。 總之,選擇巷道的斷面形狀 ,必須綜合考慮①巷道圍巖的性質(zhì)、地壓的大小和方向; ②巷道的服務(wù)年限、用途及巷道所在的層位;③巷道支護(hù)方式和支護(hù)材料這三大基本因素。通常是根據(jù)前兩個(gè)因素決定支護(hù)方式和支護(hù)材料。然后,再根據(jù)有關(guān)規(guī)定和原則,便可確定巷道的斷面形狀。巷道斷面尺寸取決于巷道的用途,在軟巖地層,需要二次支護(hù)的巷道還要考慮初次支護(hù)的斷面要稍大一些,以便二次支護(hù)后,巷道仍能滿足生產(chǎn)的需要。 支護(hù)材料與支護(hù)厚度的選擇 支護(hù)材料主要有毛料石、水泥砌塊、磚、砂子,水泥或白灰。根據(jù)龍口礦區(qū)軟巖地層的特點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的花崗巖料石,巷道的壁厚350mm～450mm為宜。 砌碹支護(hù)應(yīng)注意的幾個(gè)問題 “剛?cè)峤Y(jié)合”和“先柔后剛” 砌碹支護(hù)屬剛性支護(hù),當(dāng)?shù)貕哼^大時(shí),碹體很容易被壓碎,崩落,影響安全生產(chǎn)。因此，一些礦井正在探索用“剛?cè)峤Y(jié)合,先柔后剛”的支護(hù)方式來克服各種壓力的不良影響。如龍口市洼東煤礦采用碹體水平縫隙加墊木楔的方法,使碹體的抗壓能力有了顯著提高。 加強(qiáng)對(duì)圍巖的封閉 砌碹巷道受到破壞,巷道封閉不嚴(yán)是重要因素之一。在碹體與圍巖間預(yù)留間隙，并用砼、砂或碎矸石等填實(shí)，形成碹體均勻受壓的緩沖層，在保證巷道有一定的可縮性情況下，盡量提高巷道整體承載能力。 壁后充填要飽滿 對(duì)于壁后較大的空隙,要用矸石充填飽滿,防止因碹體受力不均勻,造成巷道變形甚至失穩(wěn)。 重視打眼 爆破工作 打眼、爆破工作的好壞,對(duì)砌碹巷道的質(zhì)量、進(jìn)度等都有較大的影響。一是炮眼布置要符合規(guī)定,防止爆破過程中打壞碹體,二是裝藥量要適當(dāng),防止對(duì)巷道圍巖的強(qiáng)烈震動(dòng)。 7.4 U型鋼可縮性支架壁后充填層技術(shù) U型鋼可縮性支架是廣泛應(yīng)用于煤礦巖巷的一種被動(dòng)支護(hù)，其最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)圍巖作用于支架上的壓力達(dá)到一定值時(shí)，支架便產(chǎn)生屈服縮動(dòng)，縮動(dòng)的結(jié)果使圍巖作用于支架上的壓力下降，從而避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導(dǎo)致支架的破壞，保證了巷道的正常使用。 但是由于施工技術(shù)、巖性條件等的限制，任何剛開挖出來的巷道周邊都是凹凸不平的，與光滑的 U 型鋼支架出現(xiàn)點(diǎn)接觸現(xiàn)象，引起支架的受力不均勻，造成支架在復(fù)雜力系作用下工作，出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致支架局部屈服從而影響整個(gè)支架的性能。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)結(jié)果和使用經(jīng)驗(yàn)表明，U型鋼可縮性支架壁后充填技術(shù)可以使支架均勻受力，有效地發(fā)揮支架的性能，在壁后密實(shí)充填的情況下，U 型鋼支架的承載能力可比不進(jìn)行壁后充填時(shí)提高2.5～3倍。因?yàn)閷⒁欢ê穸鹊哪z結(jié)硬化材料進(jìn)行壁后充填，可使支架與圍巖緊密接觸，保證支架能及時(shí)承載和均勻承載。當(dāng)圍巖來壓后通過充填層的壓縮變形產(chǎn)生讓壓作用，提高圍巖的自承載能力，控制圍巖的變形。實(shí)施壁后充填后，巷道圍巖與支架相互作用體系從無壁后充填情況下的“支架-圍巖”作用體系變成了“支架-充填層 - 圍巖”三位一體的作用體系。 U型鋼支架壁后充填采用砼噴射機(jī)直接噴射充填，不但充填密實(shí)、效果好，而且施工工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)要領(lǐng)容易掌握，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加快掘進(jìn)速度。該支護(hù)方法主要適用于強(qiáng)膨脹巖層及斷層破碎帶。 7.5離壁支護(hù)技術(shù) 所謂的離壁支護(hù)是指在料石碹或U型支架與巷道毛斷面之間留有一定的間隙，且不進(jìn)行壁后充填的一種打破常規(guī)的特殊支護(hù)形式。常規(guī)的料石碹或U型支架人工壁后充填，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工藝復(fù)雜、工作效率低，而且充填不勻稱，造成充填物受力不均勻，在多數(shù)情況下是以“點(diǎn)”或“局部”形式傳遞壓力，使碹體產(chǎn)生局部破壞。同時(shí)，圍巖施加于支護(hù)體的壓力具有一個(gè)峰值，峰值過后壓力減小，然后穩(wěn)定下來，穩(wěn)定下來的載荷為圍巖松動(dòng)圈內(nèi)巖石重量，而常規(guī)支架壁后充填支護(hù)在峰值到達(dá)之前完成，從而使得支架和充填物經(jīng)受峰值壓力的作用，容易破壞。巷道掘進(jìn)以后，打破了巖體的原始平衡狀態(tài)，產(chǎn)生次生應(yīng)力場(chǎng)。為達(dá)到新的平衡，圍巖就要產(chǎn)生變形、破壞和冒落，壁后間隙就起到了釋放應(yīng)力的讓壓作用。假如壁后間隙的尺寸預(yù)留的合理，最終能導(dǎo)致巷道自然冒落，形成一定的冒落拱體，在其形成的過程中，拱內(nèi)的應(yīng)力得到了卸載(冒落的巖石重量由支架來支承)，拱外的壓力轉(zhuǎn)移到拱壁，大大減弱了支架上的壓力，最大限度地發(fā)揮了巖石自身支承能力。同時(shí)，自然冒落拱的形成過程完成了壁后自然填充，而且離壁支架基本上是在巷道壓力達(dá)到高峰值后才承受壓力，故可充分發(fā)揮圍巖的自承能力。 該技術(shù)構(gòu)成一個(gè)“先柔后剛”的支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有支護(hù)效果好、施工安全、速度快、效率高、成本低和維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。建議淺部開采礦山在無地質(zhì)構(gòu)造影響、無采動(dòng)影響和無膨脹性的軟巖中推廣使用。 7.6二次耦合支護(hù)技術(shù) 一般情況下，軟巖巷道具有初期變形速度快、變形量大、蠕變延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而巷道開挖后表現(xiàn)為來壓快、壓力大、巷道一次支護(hù)成功率低。根據(jù)支架與圍巖共同作用原理，軟巖巷道的圍巖控制技術(shù)可采用具有一定變形量的柔性支護(hù)，并進(jìn)行二次支護(hù)。一次柔性支護(hù)讓壓，圍巖體受力達(dá)到較低變形速率下的力學(xué)平衡，充分發(fā)揮圍巖承載力；大剛度二次支護(hù)，減少巷道巖體偏應(yīng)力，使巷道圍巖切向應(yīng)力相對(duì)降低，徑向應(yīng)力相對(duì)升高，促進(jìn)圍巖應(yīng)力向穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化。 7.6.1剛?cè)狁詈隙沃ёo(hù)技術(shù) 一次支護(hù)主要是加固圍巖,提高其自支承能力,保證巷道在安全的條件下允許圍巖在控制下釋壓變形,以適應(yīng)軟巖的變形力學(xué)性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,為保證巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定和服務(wù)期間的安全,在圍巖變形穩(wěn)定后適時(shí)進(jìn)行二次支護(hù),使一、二次支護(hù)共同支承圍巖應(yīng)力,給巷道圍巖提供最終支護(hù)強(qiáng)度和剛度,同時(shí)還要起到安全儲(chǔ)備作用。 7.6.2剛?cè)狁詈现ёo(hù)技術(shù) 剛?cè)狁詈隙沃ёo(hù)技術(shù)就是根據(jù)位移反分析原理,確定支護(hù)系統(tǒng)二次支護(hù)的最佳支護(hù)時(shí)間,最大限度的發(fā)揮圍巖自承能力,從而使支護(hù)體對(duì)圍巖的支護(hù)力降到最小。剛?cè)狁詈现ёo(hù)技術(shù)具體實(shí)施過程為:巷道開挖后,首先對(duì)圍巖用全螺紋等強(qiáng)錨桿進(jìn)行一次支護(hù),通過巷道頂?shù)装?、兩幫移近量以及錨桿托盤應(yīng)力的監(jiān)測(cè),確定最佳支護(hù)時(shí)間,對(duì)巷道圍巖用高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿進(jìn)行二次支護(hù),使圍巖和支護(hù)體達(dá)到耦合支護(hù)力學(xué)狀態(tài)。 7.6.3剛?cè)狁詈现ёo(hù)的特點(diǎn) ( 1)最大限度利用圍巖自承能力。 ( 2)利用螺紋鋼錨桿柔性特征,充分轉(zhuǎn)化圍巖中的膨脹性塑性能。 ( 3)充分利用高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)特性,發(fā)揮支護(hù)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),為系統(tǒng)提供支護(hù)強(qiáng)度和剛度。 ( 4)適時(shí)支護(hù),主動(dòng)促穩(wěn)而不是被動(dòng)等穩(wěn)。 ( 5)圍巖和支護(hù)體實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化組合,從而使支護(hù)系統(tǒng)達(dá)到耦合的最佳支護(hù)狀態(tài)。 7.6.4剛?cè)狁詈隙沃ёo(hù)的關(guān)鍵 剛?cè)狁詈隙沃ёo(hù)成功的關(guān)鍵是確定最佳二次支護(hù)時(shí)間。 7.6.5二次支護(hù)方式及的適應(yīng)條件 柔性支護(hù)可采用錨桿支護(hù)、錨注支護(hù)及錨桿與金屬網(wǎng)等聯(lián)合支護(hù)方式；大剛度支護(hù)可采用料石碹或U型支架等支護(hù)方式。該方式適用于深部松軟破碎，具有高應(yīng)力、低強(qiáng)度、膨脹性、流變性的軟巖巷道的支護(hù)。 7.7兩幫煤體注漿加固技術(shù) 注漿加固可顯著提高巷道圍巖強(qiáng)度。 極軟煤層巷道掘進(jìn)以后，淺部圍巖在支承壓力作用下，產(chǎn)生破裂區(qū)和塑性區(qū)，以極小的殘余強(qiáng)度參與圍巖穩(wěn)定過程，而通過注入高水速凝材料充填破碎圍巖的裂隙，加上注漿材料的粘結(jié)作用，可顯著提高固結(jié)體的強(qiáng)度和剛度，圍巖的破壞由原來強(qiáng)度較低的弱面、裂隙控制轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓮?qiáng)度較高的固結(jié)體控制。運(yùn)用高水速凝材料對(duì)巷道兩幫塑性區(qū)、破裂區(qū)煤層注漿加固，加固圈厚度可達(dá) 2.0~3.0 m，固結(jié)體強(qiáng)度達(dá) 2~3 MPa，顯著提高了破裂區(qū)、塑性區(qū)煤體的殘余強(qiáng)度，保持兩幫穩(wěn)定。兩幫煤體注漿加固后不但提高了煤體強(qiáng)度，而且提高了煤體與樹脂錨固劑之間的粘結(jié)力、加長(zhǎng)了錨桿的錨固長(zhǎng)度，提高錨桿錨固力。極軟煤體注漿加固后錨桿錨固力一般可提高 10 kN以上。 結(jié)語(yǔ) 軟巖巷道支護(hù)問題是很復(fù)雜的,不能不分時(shí)間、不分地點(diǎn)、不分圍巖、不分深淺一樣看待,必須全面、系統(tǒng)地從多方面改善支護(hù)狀況。軟巖巷道由于其巖石的特殊性而對(duì)巷道施工和維護(hù)造成了很大影響。但只要正確理解和應(yīng)用軟巖支護(hù)理論，把軟巖巷道支護(hù)技術(shù)大膽地應(yīng)用到實(shí)踐中去，軟巖巷道支護(hù)的技術(shù)難題還是能夠給予充分解決的。軟巖巷道支護(hù)是一個(gè)復(fù)雜而又細(xì)致的工作，要根據(jù)軟巖特性合理的選擇軟巖支護(hù)技技術(shù)。 參考文獻(xiàn) [1] 何滿潮，鄒正盛，鄒友峰．軟巖巷道工程概論[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1993． [2] 邱朝輝． 軟巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)[J]． 煤炭技術(shù)， 2009， 28 （9） . 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