深部软岩巷道支护耦合转化技术研究
煤矿软岩巷道耦合支护研究
塑ｆ 生 软化区范围可 由下式确定：
， — — 一
１ Ｋｖ一１
Ｔ 一。
｛ 【 Ｉ 卫 ＝ ２ ｌ （ １ ） ｐ ＋ ２ ｃ ｘ ＃ ｇ ￣ Ｊ
其中 Ｋ ｐ ＝ ， 煤矿软岩巷道工程是 岩 工程的—个主要组成者 Ｂ 分。 软岩是指含 消松 、 式 中： 盯。 一岩石强度 ， Ｍｐ ａ ； Ｃ 一 岩石 内聚力 ， ＭＰ ａ ； 一岩石峰值 散、软、弱的有大量膨张『 生 土 矿物产生显著塑 陛变形和流变的工程软 内摩擦角 Ｏ ； Ｐ ｏ －巷道 围岩应力 ， Ｋ Ｎ ／ ｍ ； ｐ 一使 围岩不出现软性软化 岩， 这种岩体的强度低、 孔隙度大、 铰接程度差。 在该类岩层掘进巷道比 的最小 支撑力 ， ｋ Ｎ ／ ｍ ￣ ； ｐ ＝ ｐ ； 盯 巷道 围岩 的软 化临界 载荷 ， 较容易， 然而维护极其困难。 由于软岩巷道工程所处的复杂工程地质条 ｋ Ｎ／ ｍ 。 件， 其支护问题一直是 困扰我国煤炭生产的—个主要问题 。 锚杆排距间距确定 ， 锚杆按等距排列即间距等于排距。 １ 软岩 巷道 支护 原理 锚索二次耦合设计， 锚索长度确定 ： 由于本构关系的不同，软岩巷道支护原理和硬岩巷道支护原理 Ｌ ａ ： ｌ ＋ ｌ 不同， 软岩巷道允许出现塑性圈， 使其巨大的塑性能释放出来 ， 从而大 式中 Ｌ 锚索长度， Ｉ ｎ ； ｋ。 一锚索外露长度 ，一般取 ０ ． ３ ｍ， ｍ； Ｌ 幅度 的降低变形能、 减少应力集中、 改善围岩的承载状态 ， 同时处于塑 锚索有效长度 ， ｍ； Ｌ ＿ ＝ 锚索锚固长度 ， 一般 １ ． ０ — ２ ． ０ ｍ， ｍ； 性状态的巷道 围岩 自身仍然具有一定的承载能力。 对于软岩工程的塑 性圈不一定是松动圈 ，而我们的任务就是寻找—个最佳的塑性厚度， 锚索间排距确定 ， 锚索间排距根据锚杆失效时 ， 锚索所承受的岩 即寻找不失去塑性承载能力的塑 ｌ 生圈厚度。 层重量确定。每排布置一根锚索， 其排距为 ２ 耦合理论 Ｓ 一 ！ ！ 耦合支护基本要求是指支护体与巷道围岩在强度 、刚度及结构 ４ ａ ２ ｋ 上都要实现耦合。 指巷道围岩要实现的强度耦合是指由于巷道 围岩本 Ｉ 盯。 Ｉ 一 单根锚索的极限破坏力， ｋ Ｎ 身就具有巨大的变形能 ， 一味采用高强度的支护方式不可以有效 的阻 Ｋ 一 安全系数 止围岩变形， 因而也就不能达到成功维护巷道稳定ｆ 生 的 目的。 所以， 应 耦合叁数的确定。为使锚索支护和锚杆支护达到相互耦合的作 该在不破坏围岩本承载强度 的基础上 ， 能够释放围岩的变形能 ， 实现 用 ， 注意各时空条件下预应力叁数的变化至关重要。 —般 ， 在迎头时是 强度耦合， 再实施支护。 锚杆没计值的 ０ ． ８ 倍 ；在掘进机后实施时是锚杆载荷值的 １ ． ０ ～ １ ． ３ 倍 所谓刚度耦合是指巷道 围岩 的破环主要是变形不协调而引起
深部软岩巷道支护研究
软岩 巷道 的变形 破坏特 性不仅 受围岩 的力学 性质影 响而且 受巷遭 所处 的 地应力环 境和工 程 因素控 制。 软岩工程 是一 门实践性、 经验性很 强的科学 技术 。
严 重者可封堵 整个巷 道 。 从 变形破坏 来看 ， 岩 体 以挤 出大变形 为主 ， 有巷道 侧帮 的张拉挤 出破 坏 ， 有巷 道顶 板挤 出下沉 ， 也有巷 道 的强烈底 鼓 。
持续时 间很长 ， 具 有 明显 的时 间效应 。 如果 不采取 有效 的支护措施 ， 围岩 变形 的
急剧增 大 ， 势必 导致巷 道 的失稳 破坏 。
实践 的高 度而 发展 起来 的。 １ ， 深 部商 应力 软岩巷 道 支护存 在的 主要 问愿 深 部软岩 巷道 支护 问题 ， 尤 其是深 部复杂 软岩 回采巷道 的支 护 问题 ， 是 矿 业工 程 中的一大 顽疾 。 以往对深 部软岩巷 道 的控制 问题 ， 在理 论认识 和支 护方 法上 存在 一定 问题 ， 主 要表现 在 以下几 个方 面 ： （ １ ） 围岩变 形破坏机 理 。 支护是 一个过 程 ， 要 使这 一过程 与围岩变 形过程 相 协调 ， 必须 充分而深 入地研 究围岩 的变形机理 ， 只有在 此基础 上 ， 才能选择 适当 的软 岩 的支护 时机 、 支 护型 式 以及确定 合适 的支 护参 数。 （ ２ ） 支护对 策 。 深部软 岩巷道 与一般软 岩巷道 变形破 坏特征 不 同， 应采 取适 应于 深部 软岩 的支 护对策 。 （ ３ ） 支护参 数 。 支护参 数选择 是影响巷 道稳 定性 的一个非常 重要 的因素 。 以 往对 支 护参数 的选取 基本上 采用 工程类 比法 。 当工 程地 质条件 简单 ， 此法 基本 满 足要求 ； 当地质 条件复杂 ， 是不 能满足 要求的 ， 再加上 目前很少 有深部高 应力 软岩巷 道 支护成 功事例 ， 无法进 行工 程类 比 。
深井软岩巷道支护技术研究
当代化工研究99Modern Chemical Research丿丿2019•06技术应用与研究深井软岩巷道支护技术研究*刘廷（汾西矿业正佳煤业有限责任公司山西041399）摘要：正佳煤矿巷道围岩属于软岩巷道，巷道掘进支护后围岩变形量大，且难以控制，基于此，笔者在对巷道破坏影响因素分析的基础上，对矿井的软岩巷道支护方案进行了设计，并对巷道支护效果进行监测分析，结果表明：采用锚网索喷支护+底板采用注浆锚杆联合支护方式进行巷道支护在控制围岩变形和治理软岩巷道底臓等方面具有良好的效果”关键词：煤矿；软岩巷道；底鼓；围岩控制中图分类号：T文献标识码：AStudy on Support Technology of Soft Rock Roadway in Deep MineLiu Ting(Fenxi Mining Zhengjia Coal Industry CO.,LTD.,Shanxi,041399)Abstracts The surrounding rock of Z hengjia Coal Mine roadway belongs to soft rock roadway,and the deformation of s urrounding rock after roadway excavation and support is large and difficult to control.Based on the analysis of i nfluencing f actors of r oadway damage,the author designs the supporting scheme of s oft rock roadway in mine,and monitors and analyses the supporting effect of r oadway.The roadway support with bolt-mesh-cable-shotcrete support and f loor combined with grouting-bolt support has good effect in controlling surrounding rock deformation and controlling floor heave of s oft rock roadway.Key words：coal mine；soft rock roadway；floor heave\surrounding rock control1•矿井概况正佳煤矿巷道围岩属于I类软岩，矿井主采的煤层为3号煤层，埋藏深度在600〜800m之间，平均深度在700m,矿井属于深部开采矿井，地应力较高。
深部矿井软岩巷道布置及支护技术研究
深部矿井软岩巷道布置及支护技术研究摘要：大采深矿井最大的特点就是矿压大，地质条件复杂，支护难度大，特别是对于深部软岩巷道的支护，一直是近年来煤矿技术工作者研究的重点。
软围岩强度和稳定性较差，在开采扰动和较大的矿压作用下易发生变形和破碎，巷道维护工作量很大，对深井煤矿开采带来了很大影响。
生产实践证明，对于大采深软岩巷道，某种单一的支护方式是难以起到有效支护作用的。
对此应采取“锚、网、索、喷”联合支护的方式，以维持大埋深巷道掘进软围岩的稳定。
关键词：深部矿井；软岩巷道；布置；支护软岩是地质岩体的中的一部分，是特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质。
按照软岩的自然特性和工程力学作用下的变形机理，软岩可分为以下几类：即节理化软岩、高应力软岩、膨胀性软岩和复合型软岩。
相比于硬岩，软岩具有更强的可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性特征，软岩不仅质地松软、强度低，而且易于受到风、水、开采扰动等因素的影响而发生软化、膨胀、裂隙和变形，物理特性不稳定。
软岩的以上特性给软岩巷道的掘进和支护带来了很大的困难，特别是在大采深、高地应力的作用下，巷道围岩易产生失稳变形，掘进期间易出现冒顶和片帮。
1软岩的工程特性1.1软岩的力学属性软岩中泥质矿物成分和结构面决定了软岩的力学特性。
显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。
软岩的膨胀性质是在物理、化学、力学等因素的作用下，产生体积变化的现象，其膨胀机理有：内部膨胀、外部膨胀和应力扩容膨胀三种。
工程中的软岩膨胀为复合膨胀形式。
1.2软岩的临界载荷随着应力水平的提高，特别是围压的增大，岩石产生的塑性变形明显增加，使得在低应力水平下表现为硬岩特性的岩石，在提高了应力水平下显示出显著的塑性变形。
1.3软岩的临界深度与软化临界荷载相对应，岩石亦存在着一个软化临界深度。
对给定矿区，软化临界深度也是一个客观量。
当地下工程埋深大于软化临界深度时，围岩出现大变形，大地压和难支护现象；当地下工程埋深小于该临界深度时，则围岩的大变形，大地压现象消失，巷道支护容易。
国内外在深井-软岩巷道支护方面的研究综述
国内外在深井\软岩巷道支护方面的研究综述摘要：理论是实践进行的基础。
本文在查阅相关文献的基础上，对国内外在深井、软岩巷道支护方面的研究进行了理论上的综述，为今后这方面的工作开展奠定基础。
关键词：巷道支护深井研究随着煤矿资源开发的进行，采矿工程的深度也在日益提升，深埋地下的深井、软岩巷道也是越来越普遍，进而使得开采难度不断加大。
很多研究表明：深度开采失败的原因在于巷道支护没有考虑到深井及软岩特点，导致其深压结构变形所致。
本文对国内外在深井、软岩巷道支护方面的研究进行了理论上的论述，为今后这方面的工作开展奠定基础。
一、国内在深井、软岩巷道支护方面的研究一般的巷道支护多采用锚喷网技术，仅对于深井、软岩巷道，往往单一的锚喷网尚不能解决问题。
经过几十年的努力，我国深井、软岩巷道的支护技术有了较大的进展，对软岩巷道的支护机理也有了一定认识。
近年来着重研究试验了锚网喷索、锚网喷索注浆加固、锚网喷索二次支护、u型钢支架锚索、u型钢支架喷注、混凝土(料石)碹注浆加固、架后充填全断面封闭式u型钢可缩支架、架后充填钢管支架、架后充填大弧板支护、网壳支架及上述部分支护形式和卸压等组成的联合支护技术，并取得了一定的效果。
基本上形成了锚网喷或u型钢支架一次让压支护，二次加强支护围岩稳定性的支护思想。
典型的深井、软岩巷道支护技术、理论有：1.联合支护理论其主要观点概括为：对巷道支护，不能一味地强调支护刚度，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护，由此发展起米的支护形式有锚喷网索、锚喷网架、锚带网架、锚带喷架、锚喷弧板等联合支护技术。
2.锚杆围岩强度强化理论侯朝炯教授、勾攀峰教授深入地进行了锚杆支护控制围岩稳定的实验室及理论研究，提出锚杆与围岩相互作用组成锚固体，锚杆可改善锚固体力学参数，提高锚固体的强度，使岩体强度，特别是峰后强度和残余强度得到强化，形成共同承载结构，充分发挥围岩自承能力。
锚固体随锚杆支护强度的增加而提高；锚同体强度得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
深部软岩巷道支护技术研究
深部软岩巷道支护技术研究1. 引言1.1 研究背景深部软岩巷道是指岩石中深埋处于较高地应力状态下的巷道。
由于深部软岩的强度较低，岩溶作用较强，岩体结构较复杂，深部软岩巷道在工程施工中往往面临较大的支护难度和风险。
随着我国经济建设和交通基础设施建设的不断发展，深部软岩巷道工程的需求越来越大，对支护技术提出了更高的要求。
目前，国内外对深部软岩巷道支护技术的研究也逐渐增多，一些新的支护方法不断涌现，为工程实践提供了更多选择。
由于深部软岩巷道的特殊性和复杂性，现有的支护技术仍存在许多不足之处，例如支护效果不理想、施工难度大、施工周期长等问题。
对深部软岩巷道支护技术的研究仍然具有重要意义，有待进一步深入探讨和改进。
【研究背景】的明确，有助于引导研究人员深入开展相关工作，提高深部软岩巷道工程施工的技术水平和质量。
1.2 研究目的研究目的主要是通过对深部软岩巷道支护技术的研究，探讨如何有效地提高巷道的稳定性和安全性，降低工程施工风险，为工程建设提供可靠的技术支持。
具体包括以下几个方面的目的：1. 分析深部软岩巷道的岩体特征，了解其力学性质和变形规律，为选择合适的支护措施提供依据。
2. 探索深部软岩巷道支护技术的研究方法，寻找适合实际工程的有效解决方案。
3. 改进和创新现有的支护技术，提高巷道的支护效果和工程质量。
4. 基于实践案例的经验总结，提出结论，并为未来深部软岩巷道支护技术的研究方向和应用推广提供建议和借鉴。
1.3 国内外研究现状国内外在深部软岩巷道支护技术方面的研究取得了一定的进展。
国内主要集中在深部软岩巷道支护技术的应用实践和经验总结上，已形成了一套较为成熟的支护技术体系。
采用高强度锚杆支护、锚网喷锚等技术，有效控制软岩巷道的塌方和失稳问题。
而国外则更注重对深部软岩巷道岩体特征及支护技术的理论研究，以及新型材料和装备的应用。
在岩体力学、岩土工程、支护材料等方面取得了很多创新性成果。
目前国内外在深部软岩巷道支护技术研究中仍存在一些共性问题，如对于软岩巷道的合理支护结构设计以及支护材料的选择等方面的系统研究不足。
柳海矿第三系深部软岩巷道耦合支护研究
￣
２ ０ （Ｏ ） ５ ｍ／ １ ａ 的速 度发 展【 ． ２ 随着煤 矿 开采深 度不 断增 加 和高应 力 的影 响 ， 岩 问题 愈趋 严 重 ， ］ 软 深部 围岩 深部 岩 体 因所 处 的地球 物理 环境 及其 应力 场 的复杂 性 ， 深 部岩 体 表 现 出 的力 学特 性 与 浅 部开 采 时 使
收 稿 日期 ： ｏ ６ Ｏ 一 Ｏ ２０一 ４ ５
维普资讯
１ ８
青Hale Waihona Puke 岛 理 工 大 学 学 报
第２ ８卷
由＋ １ ２ ． ７ｒ ＋２ ． ４ 矿井一 水平 标高 一４ ０ 井 巷 围岩 多 为泥质 胶结 ， 有较强 的膨胀性 ， 理 比较 ｎ至 ５ ７ ｍ， ８ ｍ． 具 节
摘
要 ： 着 煤 炭 开 采 深 度 的 加 大 ， 部 工 程 岩 体 表 现 出 明 显 的非 线 性 力 学 特 性 ， 统 理 论 、 法 随 深 传 方
与技 术 已 经 部 分 或 全 部 失 效 ． 深部 巷 道 支 护 应 采 用 耦 合 支 护 ． 据 柳 海 矿 第 三 系 深 部 软 岩 巷 道 工 根 程 实 际 ， 析 了深 部 巷 道 的特 殊 的 地 质 条 件 和 巷 道 的 变 形 力 学 机 制 ； 用 锚 网 索 一 柔 层 桁 架 的耦 分 采 合 支 护 方 案 ， 定 了 支护 参数 ； 方 案 在 现 场 实 施 后 ， 护 效 果 良好 ． 确 新 支 关 键 词 ： 部 软 岩巷 道 ，第 三 系 ， 合 支 护 ， 层 桁 架 深 耦 柔
论深部软岩巷道支护技术系统工程方法
入的精力更多。传统施工与支护方法在巷道完成后 不久就 出现变形破坏 ， 的在未投入使用前就多次 有 返 修 ， 仅增 加 了企 业 成 本 ， 不 而且 还 威 胁 生产 安 全 。 由于软 岩巷 道 是处 于 复 杂地 层 中 的特 殊 工 程 结 构 ， 其 稳定 与否 受 地 质 条 件 、 应 力 环 境 、 工 方 法 、 地 施 巷 道 自身 断 面大小 、 面形式 、 护 方式 等 多种 因素 的 断 支 影 响 ， 仅从 巷 道 开 挖 后 的受 力 状 态 考 虑巷 道 的 支 仅 护 问题 ， 有一 定 的局 限性 和被 动性 ， 道 支 护 的效 果 巷 也往 往 不理 想 。 因此 ， 不断探 索 、 究适 合 深部 软 岩 研 巷道 支护 的新 理 论 、 技 术 、 材 料 ， 新 新 已成 为深 部 开 采 的研究 热 点和核 心 之一 。 笔 者 运 用 系统 工 程 的方 法 ， 析 深 部 软岩 巷 道 分 支护 问题 ， 从地 质 勘察 、 巷道 位 置 的选 取 就开 始考 虑 巷道 的支护问题 ， 使支护工作前移 ， 并从勘察 、 设计 、 施工 、 测与 维护 等方 面进 行 了全方 位分 析 。 监
２１ 年 ｌ 月 ０２ Ｏ
矿 业安 全 与 环 保
第３ 卷第５ ９ 期
论 深 部软 岩巷 道支 护技 术 系统 工程 方法
王新 军 ， 翟加 文
（ 平顶山天安煤业股份有限公 司 朝川矿 ， 河南 平顶 山 ４ ７ ２ ） ６５ ３
摘 要 ： 对 以持 续 变形 、 变为 主要特 征 的深 部 软 岩巷 道 支 护 问题 ， 针 流 分析 了传 统 施工 与 支护 方 法存 在 的 多方 面 薄弱 点 ， 合矿 区实践 ， 出 了从巷 道 的层 位选 择 、 面大 小 与形 状 设 计 、 工工 艺、 护 方 结 提 断 施 支 式、 维护 方 法等全 过程 考虑 巷道 支护 的 系统工 程 方 法 ， 以指 导软 岩 巷道 支 护 工作 中 的各个 环 节 ， 提 高 对
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
深部软岩巷道支护耦合转化技术研究
摘要:通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究,巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的;且变形首先从关键部位开始,进而导致整个支护系统的失稳。
因此,要保证深部软岩巷道围岩的稳定性,必须实现支护体与围岩的耦合,当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时,能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用;当锚网与围岩在强度上实现耦合时,将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化;当锚索与围岩在结构上耦合时,可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护。
同时列举了部分复合型想单一型的耦合转化技术,为巷道锚杆耦合支护技术的实施提供了依据。
关键词:深部开采软岩巷道耦合支护耦合转化
1 深部工程的现状
随着经济的不断发展,在工业发展中煤炭资源的开采是其基本的推动力,同时,煤炭开采也逐渐成为一门重要的技术学科。
在煤炭的开采过程中,巷道要如何维护好本身的稳定性能,这已经成为采矿与岩土这两个工程之间要解决的问题。
近些年来,支护的手段与方法在煤炭行业中得到了很好的发展,从被动的棚子支护转变为主动的锚杆支护,并且根据不同的实际工程条件与地址条件,它们都将在不同的使用范围内出现。
同时,在支护的发展中,其本身理论上有了相对完备的发展。
而现在比较先进的支护方式则是锚杆支护方式。
它可以很好的适用于不同的地质条件,在劳动强度上也比较低,且经济效益很好[1]。
软岩巷道工程成功支护的技术关键之一是正确确定软岩的变形力学机制及其复合型。
深入研究深部工程围岩特征,掌握深部围岩的变形破坏机理,以有效地控制围岩的变形与破坏,在煤矿安全生产,高产高效中具有重要的理论指导意义和现实意义。
2 软岩巷道的变形力学机制的确定
每种变形力学机制有其独特的特征型矿物、力学作用和结构特点,其软岩巷道的破坏特征也有所不同[2～3],通过野外工程地质研究和室内物化、力学实验分析以及理论分析,可以正确的确定软岩巷道的变形力学机制类型。
(1)I型变形力学机制主要依据其特征矿物和微隙发育情况进行确定为物化膨胀型,根据特征可分为IA型(蒙脱石型分子吸水膨胀机制)、IAB型(伊-蒙脱石型分子吸水膨胀＋胶体膨胀)、IB型(高岭石型胶体膨胀机制)、IC型(微隙型微裂隙膨胀机制)。
其中A类软岩的控制性因素为分子吸水机制,晶胞之间可吸收无定量水分子,吸水能力强;B类控制性因素为胶体吸水机制,晶胞之间不允许进入水分子,黏粒表面形成水的吸附层;C类控制性因素为微隙-毛细吸水机制。
(2)II型变形力学机制主要根据受力特点及在工程力作用下巷道的特征确定为应力扩容型,根据特征可分IIA型(构造应力机制)、IIB
型(重力机制)、IIC型(水力机制)、IID型(工程偏应力机制)。
其中A 类软岩控制性因素为残余构造应力,变形破坏与方向有关,与深度无关;B类控制性因素为自重力型;C类控制性因素为地下水;D类控制性因素为工程开挖扰动,变形破坏与设计有关,巷道密集,岩柱偏小。
(3)III型变形力学机制主要是指受结构面影响的非对称变形力学机制,要求先鉴别结构面的力学性质及其构造体系归属,然后再依据其产状与巷道走向的相互交切关系来确定,此类型为结构变形型,根据特征可分为IIIA型(断层型)、IIIB型(弱层型)、IIIC型(层理型)、IIID型(节理型)、IIIE型(随机节理型)。
其控制性因素分别为断层断裂带、软弱夹层、层理、优势节理、随机节理。
软岩巷道的变形力学机制不是单一的,而是集多种变形力学机制于一体的复合型变形力学机制,复合型变形力学机制是软岩巷道难支护的根本原因。
3 深部软岩工程耦合支护转化技术
3.1 深部软岩工程耦合支护的基本原理
深部软岩工程的耦合支护基本原理[4]就是通过对深部软岩工程中的关键部位进行有效合理的支护,并且在关键部位上要限制围岩对其产生有害变形与差异性变形,使得支护的力学特性和结构与深部软岩工程围岩的力学特性及结构之间达到一定的强度刚度与结构的耦合。
故而,要通过很多次的支护,才能使围岩与支护之间得到相应的耦
合,在进行初次的支护基础上,在关键部位中初次引起支护失稳的地方,进行二次或者多次耦合支护,从而达到对深部软岩的支护变形、破坏的有效控制,使其达到稳定状态。
3.2 深部软岩工程耦合支护的基本特征
根据深部软岩工程围岩的变形破坏特征,深部软岩工程实现耦合支护的基本特征在于围岩与支护体在强度、刚度及结构上的耦合。
(l)强度耦合。
由于深部软岩工程围岩本身所具有的巨大变形能,单纯采取高强度的支护形式不可能阻止其围岩的变形,从而也就不能达到成功进行软岩巷道支护的目的。
与浅部工程及硬岩不同,深部软岩进入塑性后,本身仍具有较强的承载能力,因此,对于深部软岩工程来讲,应在不破坏围岩本身承载强度的基础上,充分释放其围岩变形能,实现强度耦合,再实施支护。
(2)刚度耦合。
由于深部软岩工程的破坏主要是变形不协调而引起的,因此,支护体的刚度应与围岩的刚度耦合,一方面支护体要具有充分的柔度,允许巷道围岩具有足够的变形空间,避免围岩由于变形而引起的能量积聚;另一方面,支护体又要具有足够的刚度,将围岩控制在其允许变形范围之内,避免因过度变形而破坏围岩本身的承载强度。
这样才能在围岩
与支护体共同作用过程中,实现支护一体化、荷载均匀化。
(3)结构耦合。
对于围岩结构面产生的不连续变形,通过支护体对该部位进行加强耦合支护,限制其不连续变形,防止因个别部位的破坏引起整个支护体的失稳,达到成功支护的目的。
3.3 耦合转化技术
由于各软岩“综合征”的内在变形力学机制不同,其耦合转化的对策有所不同。
对应的转化技术也不同。
I型软岩耦合转化技术主要有预留层卸压锚杆技术、柔性喷层技术、柔性锚杆技术、底锚杆支护技术;II型软岩耦合转化技术主要有巷道位置及方向三维优化技术、锚索关键部位耦合支护技术;III型软岩耦合转化技术主要有锚网耦合支护技术、超前锚杆技术、锚杆布置三维优化技术、注浆锚杆技术。
4 应用实例
通过分析工程地质条件、破坏原因及对现场破坏状况进行调查,充分结合现场的工程条件,确定唐山某矿深部巷道主要变形力学机制有IAB:分子吸水膨胀机制＋胶体膨胀机制;IIBC:重力机制＋水力机制;IIICE:结构变形型+随机节理型。
对具有IABIIABCIIICE复合型软岩巷道,首先为了减少应力集中程度,要预留一定的变形空间释放变形能和塑性能,并及时对围岩进行封闭,防止胶体遇水膨胀和泥岩吸水软
化,使其转化为IIABCIIICE型;其次通过超前锚杆加固顶部围岩,再采用锚杆三维优化优化和底角注浆锚杆技术,使锚网和围岩在强度和刚度上达到耦合,使得变形能充分得到释放的基础上,使得围岩的自承能力最大限度的发挥,并及时有效地限制围岩发生有害的变形损伤,使其转化为IIBC;再采用锚索关键部位耦合支护技术和柔层桁架支护技术使围岩的应力场和应变场均匀化,围岩变形均匀,当巷道围岩变形使得初喷混凝土喷层与桁架接触时,实施全断面现浇混凝土支护,形成封闭性永久支护,将不稳定的IIB型变形力学机制转化为稳定的IIB型。
5 结语
综上所述,通过对软岩的多年开采,在工程实践中对软岩巷道的变形与破坏机理理论上进行相应的研究,深部开采软岩巷道耦合支护技术不断得到完善和发展,解决了所承担的煤炭等关键工程和国际合作项目中的软岩难题,取得了显著的经济效益和社会效益同时列举了部分复合型想单一型的耦合转化技术,使护系统达到耦合的最佳支护状态,为巷道锚杆耦合支护技术的实施提供了依据。
参考文献
[1] 康红普.煤巷锚杆支护动态信息设计法及其应用[J].煤矿开采,2002(1):5-8.
[2] 何满潮.深部工程围岩特性及非线性动态力学设计理念[J].岩石力学与工程学报,2002,21(8):1215-1224.
[3] 何满潮,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计施工指南[M].北京:科学出版社,2004.
[4] 李占金.鹤煤五矿深部岩巷变形机理及控制对策研究[D].北京:中国矿业大学,2009.。