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1、井巷设计优化与施工新技术第二讲 岩石巷道的锚喷支护,湖 南 工 程 学 院 曾 宪 桃 （博士、教授、博士生导师） 二零一零年八月,井巷维护目的在于保证井巷稳定性 前提是经济合理，稳定与经济兼顾，不可偏废 围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态 当围岩应力恰等于围岩强度时，井巷处于极限平衡状态 当围岩应力小于围岩强度时，井巷才得以稳定 提高围岩强度，降低围岩应力,1 井巷维护总原则,围岩岩性、井巷位置、所处深度、巷道轴线方位、断面形状尺寸、掘进破岩方法、掘进时间、掘进方案、巷道布置与采动影响、以及支护类型与特征等。 在以上因素中，巷道断面形状尺寸、掘进方案方法、巷道布置和支护类型与特性等，
2、有很广泛的选择调节余地。,2 影响井巷稳定性的主要因素,3 井巷维护措施,将井巷置于最坚硬的岩层中 选择井巷位置 调整岩性以提高或降低围岩强度 调整与相邻巷道或采场的距离 调整和采空区的相对关系 巷道轴线方向 断面形状与轴比(跨高比) 断面尺寸 掘进破岩方法 掘进时间与沿空护巷 选择合理的支护方式,巷道围岩支护共同作用原理,围岩支护共同作用原理,锚喷支护锚杆与喷(射)混凝土联合支护 锚杆和喷混凝土都可独立使用 联合应用，支护效果更加完善 锚杆的最大特点是置入围岩内部，发挥其自身支护作用 锚杆的支护效果良好，且用料省 同样支护效果条件下，锚杆的用钢量只有U型钢支架的112115,4 锚喷支护,4
3、 锚喷支护结构类型,国内外锚杆的构造类型不下数十种 最常用的有：倒楔式钢锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚 杆、木锚杆、树脂锚杆、竹锚杆等 最近发展的有：快凝水泥砂浆锚杆 膨胀水泥砂浆锚杆 管缝式锚杆等 各种锚杆各有特点,4 锚喷支护作用机理,悬吊作用，减跨作用，组合梁作用，组合拱作用，加固作用，改善围岩周边应力状态(改双轴为三轴应力状态)作用等。 有的能解释特定情况下锚杆的作用，有的则非锚杆所特有的作用(如改善周边应力状态，别的支护也有这种功能)，但都未能阐明或明确解释为什么锚杆用料极省。,4 锚喷支护锚杆参数的确定方法,锚杆长度计算公式为 ll1+l2 +l3 式中：l1外露长度； l2 有效长度；
4、 l3 锚入坚硬稳定岩层内的长度。 按杆体承载力与锚固力等强度原则确定杆体直径 按锚杆所能悬吊的岩体重量计算杆间、排距。,5 喷射混凝土支护,喷混凝土最突出的支护特点，是在施工过程中表面一经暴露可以立即喷射，除了起临时支护作用以外，还及时将岩面加以封闭，隔绝水、湿气和风化对岩体的不利作用，防止岩体强度降低，起到间接提高举岩强度的作用。这一点对于易风化遇水崩解膨胀的软岩，意义十分重要。 喷混凝土配和锚杆应用，可以克服锚杆的最大弱点，起着防止杆间活石风化、冒落作用。 喷混凝土有时也可以单独作为一种支护方式，或在锚喷联合支护中起主要作用。 性质本质是脆性的，岩体变形较大时，喷层容易开裂、剥落 缺点：
5、回弹率和粉尘浓度大,5 喷射混凝土支护喷层厚度,岩体变形小时，只需素喷混凝土，不必锚杆，喷厚可为50150mm。 岩体变形大时，应以锚杆为主，喷层为辅。这时喷厚有2050mm即可。 围岩变形在25cm时，用素喷混凝土，变形较大时用喷混凝土和锚杆联合支护。,6 巷道支护效果检测方法,该方法最简单，但意义很重要。例如，将岩体表面位移量测资料，形成位移与时间的关系曲线，最常见的三种情况。其实质就是蠕变曲线。对于斜率持续不变或不断增长，可以预见趋向不稳定的情况，通过采取适当措施，如加强支护，改善排水条件等，使位移时间曲线斜率减小或趋于稳定。,一、巷道围岩收敛测试,围岩收敛关系曲线,收敛计及测点布置,围
6、岩位移是指围岩的绝对位移，该项测试可以反映围岩的时空变化情况。,二、围岩位移测量,围岩松动圈是反映巷道围岩破坏范围的重要参数，一般用声波方法测试。目前多采用单孔一发双收的方法测试。根据声波的速度变化来判别巷道围岩的破坏情况。,三、围岩松动圈的测量,当岩石破碎时，岩石存在大量 的缝隙，其密度变小，声波在 破碎岩体中传播的速度与岩体 的破碎程度有直接关系。声波 测试围岩松动圈，就是根据这 一原理进行的。,基本原理,声速沿孔深增加基本保持不变，这说明岩体完整、节理裂隙不发育，可以认为松动圈厚度等于零。,在巷道表面一定范围内，声速值下降，但随着孔深增加，声速保持不变，此时松动圈厚度可由A确定。,在巷道围岩一定深度内，声速增加，然后随孔 深加大声速逐渐下降趋于稳定，这说明巷道围 岩存在应力集中区，但应力值并未达到岩石的 抗压强度，岩体仍然保持完整。此时围岩松动 圈等于零。 在巷道围岩一定范围内，声速值降低，随孔深 增加声速增加，一定距离后，开始下降并逐渐 趋于稳定。此时巷道围岩松动圈的大小由图中 的A点确定，图中声速增大处说明应力集中区 的存在。,测试结果的应用,随时检测巷道变形情况，以便在巷道失稳之前采取措施； 检验支护设计方案的正确与否，以便即时更改； 掌握巷道端头效应，制定合理的永久支护时间； 服务支护参数设计。,
