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1、 Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”难维护巷道围岩变形控制技术难维护巷道围岩变形控制技术概述难维护巷道的类型 围岩应力转移的控制原理与技术 巷道围岩注将加固原理与技术 合理的支护方法 工程实例Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”岩巷难维护的原因一、概述围岩松软破碎：单轴抗压强度1020MPa深井（自重应力） 高应力 采动应力（原岩应力的36倍） 构造应力松软破碎高应力Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”
2、uu该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达1.02.0m1.02.0m。巷道。巷道在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类或三类的复合型，问题更为突出。或三类的复合型，问题更为突出。uu破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。
3、uu破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐扩大，最终导致整个支护系统的失稳扩大，最终导致整个支护系统的失稳难维护岩巷的变形破坏特点Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”uu第一类，围岩软弱型，即软岩巷道第一类，围岩软弱型，即软岩巷道uu第二类，采动影响型，即动压巷道第二类，采动影响型，即动压巷道uu第三类，深井高应力型，即深井巷道第三类，深井高应力型，即深井巷道uu
4、第四类，上述三类巷道的复合型第四类，上述三类巷道的复合型难维护岩巷的类型二、难维护巷道的类型Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u动压巷道uu煤层开采引起的采动应力通常煤层开采引起的采动应力通常在原岩应力的在原岩应力的310310倍左右，将倍左右，将造成回采巷道、受跨采影响等造成回采巷道、受跨采影响等巷道的严重破坏。巷道的严重破坏。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u软岩巷道uu是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性
5、变形和非连续变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀应力等。应力等。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u1、综合性定义u地质软岩：单轴抗压强度在0.525 MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。u工程软岩：在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体 。工程岩体是软岩工程研究的主要对象，包括岩块、结构面及其空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，可
6、以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。显著塑性变形以塑性变形为主的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用。包括显著的弹性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性变形等。软岩的概念Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u2、描述性定义u(1)原煤炭工业部矿山压力情报中心站、长春煤炭研究所总工程师陆家梁提出，松软岩层系指松散、软弱的岩层。它是相对于坚硬岩层 而言的。松软岩层由于成岩的时间短、结构疏松、胶结程度差，故 自身强度很低。u(2)原煤炭工业部软岩分站副站长郑雨天等认为，软岩是软弱、破碎、松
7、散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称。u(3)淮南矿业学院朱效嘉教授提出，松软、破碎、膨胀及风化等岩层称为松软岩层，简称软岩。u(4)1984年12月，在昆明市举行的煤矿矿山压力名词讨论会上提出的定义是，松软岩层是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面 切割及风化影响显著或含右大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱 岩层。u总之，按描述性定义，软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变强、 风化和膨胀性岩体的总称。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u3、指标化定义u(1)ISRM(国际岩石力学学会，1990，1993）定义：软岩
8、是指单轴抗压强度在0.525MPa的一类岩石。u(2)G.Russo(1994)定义：软岩指单相抗压强度小于17MPa的岩石。u4、工程定义u中国矿业大学董方庭教授指出，围岩松动圈大于1.5m，并且用常规支护不能适应的围岩称为软岩。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u分析u由此可见，国内外对于软岩的定义尚不能统一，这严重阻碍了软岩的学术交流和研究的深入。为便于工程 应用，本研究将采用工程软岩的定义。通过近10年来的工程实践检验，证明了该定义对软岩界定的科学性、可靠性及实用性。Hebei University of Enginee
9、ring 河北工程大学资源学院， “井巷工程”u深井巷道uu根据我国煤矿的巷道支护根据我国煤矿的巷道支护技术水平和地质条件，一技术水平和地质条件，一般将般将800m800m作为深部开采的作为深部开采的标准，部分软岩矿井的深标准，部分软岩矿井的深部开采标准可定为部开采标准可定为600m600m或或更浅。更浅。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”uu我国国有大中型煤矿开采深度每年约以我国国有大中型煤矿开采深度每年约以10m10m的速度向深部增的速度向深部增加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深
10、部开采阶段。uu开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。uu我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于600 m 600 m 和和1000 m 1000 m 的储量分别占到的储量分别占到73.19 % 73.1
11、9 % 和和53.17 %53.17 %。难维护岩巷成为重点Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”二、松软岩层巷道施工涉及的几个问题松软巷道围岩变形和压力特征 1软岩巷道围岩变形特征围岩变形有明显的时间效应。 围岩变形具有明显的空间效应。 软岩巷道不仅顶板下沉量大和容易冒落，而且底板也 强烈鼓起，并常拌有两帮剧烈位移。 围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感。 此外，软岩巷道的自稳时间短。 Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”Hebei University of Eng
12、ineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”2巷道围岩变形量的构成 软岩巷道围岩变形量的组成其围岩变形量主要有以下三 部分组成（图10-1）：掘巷引起的围岩变形量；围岩流变引起的变形量；巷道受各种扰动引起的变形量。U0掘巷引起的变形；v0t0巷道流变量；ui扰动和浸水引起的变形量 。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”合理选择巷道位置 1岩石性质 2支承压力的影响 除了要避免支承移动压力的影响外，还必须避开采场上下固定支承压力的影响范围，应把巷道布置在应力降低区或原岩应力区内为最好。如图10-2所示。 巷道断面形状的选择
13、破岩方式的选择 Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”支护方式和支护结构的选择 对于这种特殊的不良地层，其支护结构应有“先柔后刚” 的特性，一般需要二次支护。 初始支护 应按照围岩与支架共同作用的原理，选用刚度适宜、具有一定柔性或可缩性支架。它既允许围岩产生一定量的变形移动，以发挥围岩自承能力，同时又能限制围岩发生过大的变形移动。可以采用锚喷支护、U形金属可缩性支架 等。二次支护的作用在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的支护结构。可采用锚喷支护，砌碹。在喷射混凝土中还应增加钢筋网和金属骨架，即构成锚喷网金属骨架联合支
14、护结构。 Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”采用料石或混凝土块砌碹作为二次支护时，应选用异形料石 或异形混凝土块作为砌体材料，图10-3是舒兰设计采用的异形 混凝土块碹；图10-4是前屯煤矿使用的异形料石圆碹。Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”采用料石和混凝上块砌碹，只要提高施工质量 ，调整砌块的规格，保证壁后充填密实，或在砌块之 间加入可缩性木板，均能大大提高碹体
15、的支护效果。在苏联、比利时等国支护软岩巷道，尤其是采 深较大的巷道，常采用预制混凝土块支护，并向大 型钢筋混凝土块发展，用吊装机械安装。近年来我 国少数煤矿，如沈阳矿务局大桥煤矿也已开始使用 这种钢筋混凝土块来支护软岩巷道并取得了一定的 效果。 Hebei University of Engineering 河北工程大学资源学院， “井巷工程”软岩巷道的联合支护1锚喷和U形钢联合支护2锚喷和砌碹联合支护3锚喷和弧板联合支护巷道底板的管理 1巷道底鼓的类型和机理挤压流动性底鼓挠曲褶皱性底鼓 剪切错动性底鼓 遇水膨胀性底鼓Hebei University of Engineering 河北工程大学
16、资源学院， “井巷工程”2底鼓的防治重视围岩的量测监控 在松软岩层巷道采用锚喷支护，一定要配合进行量测监控，可用收敛 计量测巷道的收敛变形，亦可用水准仪测量顶板下沉量和底鼓量；用各种 多点式位移计量测岩层内不同深度的位移，从而可以算出位移速度。通过 这些量测数据，有助于评价围岩的稳定程度，可以论证各设计参数是否合 理和锚喷效果，也是修改设计和确定二次支护时间的依据，锚杆的锚固力可用中空千斤顶式的锚杆拉力计来量测。锚杆的应力状 态，可用专门设计的空心“锚杆”(它的构造是聚氯乙烯塑料管内壁用101号 胶粘贴电阻片)来测定，以检验锚杆不同深度处的受力状态，从而能推知 围岩内应力重新分布的情况，进而可调整锚杆的设汁参数。对于大断面的重要工程还要进行接触应力和喷层内切向应力的量测， 可采用电阻应变砖和钢弦压力盒等测试元件。根据测量结果，可以了解喷 层的受力状态，有助于设计喷射混凝土的厚度。地应力特别大的矿区，还 应量测构造应力场，这对巷道合理布置，减轻地应力对巷道支护
