董方庭关于围岩松动圈理论的自述
坡荷隧道出口顺层偏压处治方法
坡荷隧道出口顺层偏压的处治方法【摘要】随着隧道在公路等交通领域的不断发展，在建设过程中可能遇到多种不同成因的地质问题。
而这其中，由具有一定倾斜角度的单斜构造顺层岩体引起的隧道顺层偏压问题就较为复杂。
本文在国内外对隧道顺层偏压成因及处理方法研究现状基础上，结合坡荷隧道出口建设过程中遇到顺层偏压现象，分析问题产生的原因及相应的处理措施，现场实施效果良好，成功的解决了坡荷隧道出口施工过程遇到的顺层偏压地质灾害，具有一定的实际参考意义。
1、引言随着隧道修建技术的不断发展与完善，山岭隧道在现代高速公路建设中发挥着越来越不可或缺的作用。
但隧道建设过程中往往因地质条件的多样性和复杂性，遇到各种技术难题。
其中，由地质顺层岩体引起的隧道顺层偏压就经常发生。
顺层岩体是指岩层走向和倾向一致的层状岩体。
在实际工程中，通常把与边坡走向夹角小于20°、倾向接近的层状岩体称为顺层岩体。
而所谓隧道围岩顺层偏压是指在具有一定倾斜角度的单斜构造的成层岩层中，由于隧道的施工扰动，造成洞壁部分分离岩体（块）沿既定的层状软弱结构面（带或夹层），向洞内临空面产生顺层滑（蠕）动、压缩而出现一侧明显偏压的现象。
这种现象，岩层倾向侧围岩的压力远较另一侧围岩的压力大，当隧道衬砌结构未考虑因这种地质条件而产生的明显偏压时，压力大的一侧的衬砌常被剪断破坏。
本文结合坡荷隧道出口建设过程中遇到顺层偏压问题，分析问题产生的原因及相应的处理措施。
2、工程概况坡荷隧道位于那坡县坡荷乡境内，结构形式为分离式隧道。
隧道左洞起点桩号ZK63+235，终点桩号ZK65+475，全长2240m，右洞起点桩号K63+216，终点桩号K65+490，全长2274m，是靖西至那坡高速公路第二合同段乃至整个靖西至那坡高速的节点控制工程。
隧道区地貌属构造、剥蚀低山及岩溶峰林地貌，山体自然坡度20～40°，局部可达50°以上。
隧道总体呈北西-南东走向，设计进出口均位于斜坡坡脚处，洞身由进口向出口逐渐降低。
锚杆支护技术存在的关键问题及解决方案
锚杆支护技术存在的关键问题及解决方案锚固技术，国内习惯统称为锚杆支护技术，国外一般称锚固技术或锚杆加固技术。
自187 2年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先在井下巷道采用锚固技术以来，锚固技术至今已有100多年的发展历史。
锚固技术是一种技术经济优越的技术手段，目前不仅广泛应用于世界主要产煤国家，而且也推广应用于冶金、水利水电、铁路公路、军工及建筑等工程之中，伴随着“21世纪－地下工程的世纪”的来临，可以预见，该技术必将得到更广泛深入的研究和推广应用。
尽管国内锚固技术与理论研究在近10余年取得了丰硕的研究成果，但还远不适应我国锚固技术推广与发展的需要，因此有必要在全面总结国内外锚固技术与理论发展现状的基础上，提出新的研究思路去研究和解决锚固技术推广与发展中的问题。
1国外锚固技术与理论研究的发展现状就目前而言，国外锚固技术以澳大利亚、美国发展最为迅速，两国锚杆支护比重已接近100 ％，其锚固技术水平居于世界前列。
到20世纪80年代以后，一些曾以U型钢或工字钢支架为煤巷主要支护形式的国家（如英国、法国、德国、前苏联、波兰、日本等），也大力发展并应用了锚固技术。
1 1关于锚杆加固围岩的作用机理美国因其巷道埋深较浅、岩层强度高且地应力比较低，因此倾向于悬吊理论和组合梁（加固岩梁）理论，而英国、澳大利亚巷道以受水平应力影响为主，尤其是澳大利亚相对英国其巷道围岩变形量及最大水平应力更剧烈，一般而言，英国、澳大利亚锚杆支护的设计理论倾向于加固拱（挤压支承拱）理论。
1 2关于锚杆加固设计方法美国目前有两种基本设计方法：一为经验法，即是建立在以往解决岩层控制的经验基础上的设计方法。
该方法的主要缺点是强调了顶板控制问题的本身，而缺乏对引起顶板不稳定的内在原因的注意，即由于顶板条件的不同，经验法并不全都有效。
二为理论法，亦称客观法，即是建立在解决顶板支护问题的顶板和岩石力学理论基础上的设计方法。
地质雷达测试围岩松动圈的应用
■ 混麓土 水
－ ６４ ． ８ Ｉ
空气 煤 砂者
１ ４５ ４
由 于 发 射 天 线 与 接 收 天 线 的 距 离 很 近 ，电场 方 向通 常垂 直 于 入 射 平面 ， 因而 反射 系统 可简 写成
（） ３ 用 ，都 需 要 知 道 松 动 圈的 范 围 ， 因此 测 试 松 动 圈具 有 实 际 意 义 。 式 中： ， ２ 分 别为 上 、下 层 介 质 ’ 隧 道 围岩 松动 圈有 许 多 实测 方 法 ，声 波 法是 最为 常 用 的 方法 。但 声 波 法需 要 钻 的 相 对 介 电常 数 。 孔 ，用 水 作 为探 头 与 岩 石 间 的 耦 合 媒 介 ， 从记 录 的 反射 时 间考 虑 到 发射 与 接 收 对 强 度 低 的 围 岩 ， 钻 孔 成 型 难 ， 注 水 满 孔 探头 相距 很近 ，取 ，由式 （ １）（ ２）得界 更 难 ，因而 在 煤 层 、 膨胀 性 泥 岩 等低 强 度 面 深 度 计 算 式 岩 体 中 ， 用 声 波 法 测 试 围岩 松 动 圈 很 困 难 ，成 功的 实 例 较 少 。 近年 来 ，不需 钻 孔 。ｒ ’ （） ４ 的地 质 雷达 测 试 作 为 非破 损 物 探 新技 术 以 其 精度 高 、效 率高 、分 辨率 高 、快 速经 济 、 地 下 工程 围岩 松动 圈内 有 许 多裂 缝 界 方 便 灵 活 、剖 面 直 观 等 优 点 ，在 土 木 工程 面穿 插 其 中 ，界 面 处 物性 差 异 很 大 ， 从表 领 域 得 到愈 来 愈 广 泛 的 应用 ，我 们 应 用地 １和式 ３可知 ，材料 的相对介 电常数差 别很 质雷 达 测试 技 术 干 声 波 法测 试 困 难 的煤 系 大 ，从 而 会使 电磁 波 产 生 反 射 回波 信 号 。 ３． 测试仪 器与 方法 地 层隧 道 中 ，成 功 的 取 得 了煤 层 、泥 岩和 目前 在我 国使 用 的地 质 雷 达 由 不 同 国 砂岩 组 合 中 松动 圈分 布 的数 据 ，为 研 究 煤 层 隧道 的稳 定 性 提 供 了依 据 。 家设计 制造 ，如加 拿大 ＳＳＩ探 头与软 件 公 ｕ ｓ ＥＫＫ０ ０ ｌ ０型、瑞典 Ｍａａ公司的 ｌ ２ 地质 雷达测试 围岩松 动圈的原 理【 司的 Ｐ ｌｅ ． １， ３ ４ ，］ ＲＡＭ Ａ Ｃ 型 、美国地球物 理探 测设备 公司 地 质雷 达 产 生 高 频短 脉 冲 电 磁波 向介 （ Ｓ Ｉ Ｇ Ｓ ）的 Ｓ Ｒ系统 、瑞典地 质公 司 （Ｇ Ｂ） Ｉ ＳＡ 质 内发 射 ，其信 号 的 传 播 取 决于 介 质 的 高 的 ＲＡＭ ＡＣ 钻孔地 质雷达 系统 及 日本 应用 频 电性 。一 般 ，在 岩 石 介 质 中 ，节 理 、裂 地质株式会社 （ ＹＯ）的 ＧＥ０ＲＡＤＡＲ 系 Ｏ 隙 、断 裂 等 会 引起 电性 变 化 ， 当雷 达 发 射 列等 。重庆 科学院的 ＫＤＬ型 ，它们 工作原 ２】 探头 向介 质 发射 电磁 波 时 ，介 质 电性 的 变 理 、数 据处 理大 同小异 【 。 地 质 雷达 的应 用 ，按 探 测深 度 一 般 可 化 引起 部 分 信号 发 生 反 射 ，产 生雷 达 反 射 波 ，反 射 波 由探 头 接 收 、 放 大 、数 字 化 并 分 为 ： １ 浅 部 应 用 ： 中 心 主 频 大 于 ） 存 贮 在 计 算 机 中 ， 对 采 集 的 数 据 进 行 编 辑 、处 理 ，可 得 到不 同形 式 （ 如波 形 、灰 １ ０ Ｍ Ｈｚ ００ ，探测深 度小于 ０ ５ ，用于公路 ．ｍ 度 、彩 色 等 ）的地 质雷 达 剖 面 ， 对地 质 雷 路 面 、机 场 跑 道 、 墙 厚及 墙 内 空 洞和 隐 藏 达 剖 面 进 行 解 释 ，即 可 得 到所 测结 果 。 物的探测等 ； 雷 达 波 属 高 频 电 磁 波 的 范 畴 ， 其 原 理 ２ 中 深 度 应 用 ： 中 心 频 率 为 为 广 阔 的 发 展 空 间 。 ） ０ ０ Ｍ ，探 测深 度 ０．－ ｍ ，用 于 地 下 ５８ 基 于 电磁 波 反 射 原理 ，在 界 面 上 的反 射 和 ｌ ０ ９ ０ Ｈｚ 透 射 遵 循 光 学 定 理 。 发 射 天 线 发 射 电 磁 管线 、地 下空洞 、考古 、地下 工程 围岩 、混 波 ，当遇 到 介 质 分界 面 时 产 生 反射 波 ，反 凝 土 质 量 检 测 等 ； ３ ）大 深 度 应 用 ： 中 心 频 率 小 于 射 被放 置在 介 质 表面 的接 收 天 线接 收 ，主 １ ０ Ｈｚ，探测深度 １ １ ｍ ，用于岩土工 ０Ｍ Ｏ ５ 机记录 。 反 射 界 面深 度 ： 程 勘察 ，以探 明地 下岩 溶洞 穴 、堤 坝 隐患 、 地 基 勘 察 、岩 土 层划 分 等 。 ： ＝ 实 际 工作 中 ，仪 器 工作 参 数 的选 取 原 则 一 般 为 ：先 由 已知 地 层求 出待不 同 地 质 条 件 下 隧 道 围岩 松 动 圈 厚度 变化 。
高应力大断面破碎煤巷新型支护形式的研究应用
高应力大断面破碎煤巷新型支护形式的研究应用【摘要】针对巨野煤田龙固矿区巷道实际围岩揭露情况，从松动圈支护理论、锚喷支护理论、注浆加固理论三种支护理论研究出发，通过分析，确定合理的支护参数，取得显著效果。
【关键词】支护机理研究松动圈理论锚喷支护理论注浆加固理论1 高应力大断面破碎煤巷支护现状及问题的提出龙固煤矿北区胶带运输大巷沿3煤顶板掘进。
顶板为粉砂岩强度较高，但存在层理，煤层破碎。
从巷道的变形和破坏特点可以看出，传统的支护结构与参数不能满足高构造应力和高地应力下巷道的支护要求。
研究认为，北区胶带运输大巷发生严重变形和破坏的主要原因包括以下几点：（1）高构造应力和地应力是造成巷道发生严重变形破坏的最主要的原因。
（2）顶板岩层的变形加剧了巷道的变形和破坏。
（3）两帮围岩的破坏和支护结构与参数的不合理不能有效限制两帮围岩变形。
因此在考虑支护和加固方案时，必须解决以下几个问题：（1）解决高应力的释放问题，即卸压问题。
（2）解决或减轻顶板岩离层和变形所产生的集中应力问题，即控顶问题。
（3）解决两帮围岩支护力不足和内挤问题。
（4）解决破碎岩体中巷道支护与加固技术问题。
2 高应力大断面破碎煤层巷道支护机理研究2.1 破碎软弱巷道围岩“松动圈”支护原理“巷道围岩松动圈”是由中国矿业大学董方庭教授，首先在我国提出的。
这一理论，几乎不作任何假说，运用现场实测和模拟实验手段，直感性强，易于掌握。
2.1.1 巷道围岩松动圈的概念巷道开挖后，破坏了围岩原有的三向应力平衡状态，使应力重新分布，此时围岩中出现一个破裂带，这个破裂带称为围岩松动圈，其力特性表现为应力降低。
2.1.2 巷道围岩松动圈的分类经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关的调查之后，结合锚喷支护机理，依松动圈的大小将围岩分为小松动圈（0～0.4m）、中松动圈（0.4～1.5m）和大松动圈（>1.5m）三大类六个小类。
2.2 破碎软弱巷道围岩锚喷支护原理2.2.1 单体锚杆的支护机理一般认为普通锚杆没有预应力，实测表明，由于爆破震动和锚杆杆体的变形等原因，锚杆的安装初张力在1～2d内会明显降低，直至下降为0。
浅谈围岩松动圈理论及对锚喷支护定量计算的指导作用
浅谈围岩松动圈理论及对锚喷支护定量计算的指导作用摘要：针对目前隧道及地下工程建设中部分工程技术人员存在的误区，从围岩松动圈理论出发，阐述围岩破坏理论和锚喷支护机理，并给出锚喷支护定量计算参考算法。
关键词：围岩松动圈；锚喷支护；理论计算在隧道工程施工过程中，锚喷支护以其优质、高效、经济和便于机械化作业等特点已被广泛地应用于隧道及地下工程建设中，但从工程建设的实际情况来看，不少工程技术人员对锚喷支护的应用，陷入了一些误区，并由此导致这样或那样的问题。
这些误区总结起来有以下几方面：1、片面强调围岩强度，而忽视了对围岩等级的综合评判，导致盲目降低支护强度，诱发塌方事故。
围岩等级划分标准受强度、节理、地下水、断层等地质因素综合影响，而不能单纯以围岩强度来定义，最突出的例子就是黄土高原上的土窑洞，周边土质强度并不高，却可以不进行支护自行成洞。
2、对于锚喷支护的选择，不加定量计算，盲目参考经验数据，不可避免地发生支护过强或偏弱，过强则造成投资浪费，偏弱则易诱发质量、安全事故。
3、施工过程中，规范意识差，随意性突出，锚杆角度、注浆饱满度、喷层密实度等达不到要求，很大程度上制约了锚喷支护效果。
以上误区，究其原因是部分工程技术人员缺乏对围岩破坏基本理论和锚喷支护基本机理的了解，缺乏对围岩特性和支护参数的定量计算。
作者依长期施工实践和学习的体会，从围岩松动圈理论出发，对锚喷支护和岩体的共同作用机理谈一些粗浅的体会和认识，与读者共同研究，意在促进基本理论对现场施工的指导作用。
一、围岩松动圈理论和锚喷支护作用机理隧道开挖后，地应力将在围岩中产生应力集中，若围岩应力小于岩体强度，围岩只产生弹性和塑形变形，不发生破裂；若围岩应力大于岩体强度，围岩就会破裂，产生大的变形。
该围岩破裂的范围就称为围岩松动圈，它是围岩性质、地应力等多种因素的综合指标，不仅能综合地反映岩体性质、原岩应力、隧道断面、掘进方式等因素对围岩稳定的影响，而且能定量的反映围岩支护的难易程度。
采动围岩应力与控制
采动围岩应力与控制1、简述矿山压力及其控制发展简史与现状。
2、简述近水平工作面矿山压力显现的基本规律。
答：近水平工作面推进过程中的矿压显现规律如下：首先开切眼，随着工作面的推进，直接顶冒落；工作面再推进，直接顶大面积冒落，老顶产生裂隙，并形成三铰拱式平衡；工作面再推进，老顶平衡失稳，老顶垮落，对工作面形成冲击，这次冲击叫初次来压，此时工作面推进的距离是初次垮落步距。
初次来压后，工作面再推进，老顶又形成三铰拱式平衡，再推进三铰拱式平衡失稳，老顶垮落；周而复始，老顶由稳定－失稳－稳定－失稳的过程就形成了周期来压。
两次来压之间，工作面推进的距离叫周期来压步距。
3、论述影响矿山压力显现的主要因素。
答：（1）采高与控顶距：采高越大，采出的窨越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重。
控顶距越大，矿压显现越严重。
（2）工作面推进速度的影响：工作面推进速度越慢，矿压显现越严重。
（3）开采深度的影响：随着开采深度的增加，巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加，但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出。
（4）煤层倾角的影响：煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响也是很大的。
随着煤层倾角的增加，顶板下沉量将逐渐小。
（5）分层开采时的矿山压力显现：开采第一分层时，矿山压力显现规律与普通单一煤层开采没有任何区别。
但当回采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层回采时冒落的岩块。
这样，破碎的顶板必然给顶板管理工作带来新的困难。
4、简述放顶煤工作面矿山压力研究的主要内容有哪些？以及其矿山压力显现的特点？答：放顶煤工作面也具有单一煤层采面的一般矿压显现规律，如初次来压、周期来压等。
但由于一次采高增大，煤炭开采对直接顶岩层和老顶的扰动范围增大，加之直接顶力学特性的变化，势必引起采面矿压显现的新特点。
（1）支承压力分布。
综放开采的支承压力分布范围大，峰值点前移。
支承压力集中系数与单一煤层开采相比没有显著变化。
综放面制成压力的分布同时受到煤层强度、煤层厚度等影响。
巷道支护技术
2.1 巷道围岩控制理论1907年俄国学者普罗托吉雅可诺夫提出普氏冒落拱理论[1-2]，该理论认为：巷道开掘后，已采空间上部岩层将逐步垮落，其上方会形成一个抛物线形的自然平衡拱，下方冒落拱的高度与岩层强度和巷道宽度有关。
该理论适用于确定巷道围岩强度不高、开采深度不是很大的巷道支护反力。
20世纪50年代以来，人们开始用弹塑性力学解决巷道支护问题，其中最著名的是Fenner [3]公式和Kastner 公式[4]。
Fenner 公式为：()[]10cot sin 1cot -⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=ϕϕϕσϕN i R r C C P （1）式中，i P —支护反力；C —围岩内聚力；ϕ—内摩擦角；0σ—原岩应力；r —巷道半径；R —塑性圈半径；ϕN —塑性系数，κϕϕsin 1sin 1-+=N 。
Kastner 公式为：()()ϕϕϕϕϕsin 1sin 20sin 1cot cot -⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯++-=R r C P C P i （2）式中，i P —支护反力；C —围岩内聚力；ϕ—内摩擦角；0P —初始应力；r —巷道半径；R —塑性圈半径。
国内外巷道顶板控制理论发展很快[3-4]，我国在1956年开始使用锚杆支护，迄今为止，已有50多年的历史。
锚杆支护机理研究随着锚杆支护实践的不断发展，国内外已经取得大量研究成果[5-10]。
（1）悬吊理论1952年路易斯阿帕内科L(ouis.Apnake)等提出了悬吊理论，悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上，在预加张紧力的作用下，每根锚杆承担其周围一定范围内岩体的重量，锚杆的锚固力应大于其所悬吊的岩体的重力。
（2）组合梁理论组合梁理论认为，端部锚固锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。
（3）减跨理论在悬吊作用理论及组合梁作用理论的基础上，提出了减跨理论，该理论认为:锚杆末端固定在稳定岩层内，穿过薄层状顶板，每根锚杆相当于一个铰支点，将巷道顶板划分成小跨，从而使顶板挠度降低。
基于霍克布朗破坏准则的围岩松动圈计算
6
第 ３ 主应力 ｃ 为完整岩石试件的单轴抗压强度 ｍｉ 为完整岩
dσ ra dr
+
1 r
(σ
ra
− σ θa )
=
0
２
式中 σ ra 为 ａ 区任意一点的径向应力 为最小应力 σ θa
为 ａ 区任意一点的切向应力 为最大应力 在该区中 岩石
破裂后强度下降为残余强度 此时对于服从霍克－布朗准则的
年霍克和布朗对该准则进行了进一步修正 其基本方程为
σ1
=σ3
+ c(m σ 3 c
+
s)α
１
s = e 其中
m = m e(GSI −100) /(28−14D) i
(GSI −100) /(9−3D)
α
=
0.5
+
1
(e
−GSI 15
−20
−e 3 )
σ1
σ 3 分别为岩体破坏时的第 １ 和
作者简介 罗 蔚 女 １９８２－ 武汉大学 水利水电工程学院 ４３００７２
９８ 中 国 水 运 第 ４ 卷
出的公式的准确性和实用性都有所提高
参考文献 ［１］ 于学馥 郑颖人 刘怀恒 方正昌．地下工程围岩稳定性
分析．［Ｍ］．北京．煤炭工业出版社．１９８３． ［２］ 刘丰收 崔志芳 王学潮等译．实用岩石工程技术．［Ｍ］．
郑州．黄河水利出版社．２００２．
［３］ 董方庭．巷道围岩松动圈理论．煤炭学报．１９９４．１．
sre
+
s
e q
=
2q
由应力连续条件得到
σ
p r
+
σ
p θ
=
松动圈理论应用概述
松动圈理论应用概述作者：曲懋轩侯克鹏来源：《价值工程》2014年第02期摘要：巷道围岩松动圈支护理论在地下工程中的应用日益受到重视。
本文对松动圈厚度的测试方法、计算方法进行了阐述与分析。
另外还阐述了根据松动圈厚度确定围岩类型和支护方法，提出了今后的研究方向。
Abstract： The application of roadway surrounding rock loose circle support theory in underground engineering is drawing more and more attention. The test method and calculation method of loose circle thickness are analyzed in this article. The method to determine the surrounding rock and supporting method according to loose circle thickness is also discussed， putting forward the future research direction.关键词：松动圈；测试方法；影响因素；计算方法Key words： loose circle；test method；influencing factors；calculation method中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）02-0272-030 引言随着地下采矿深度的增加，大型水电站、隧道、地铁、地下储库等的地下工程数量日益增长，所遇到的地下空间支护问题也越来越多。
原有的经验理论公式已不能满足节约采掘成本的要求。
自1964年太沙基研究了松动圈并提出了冒落拱理论以来，很多国家的专家、学者都对松动圈理论进行了探索，如：日本的池田和彦、印度的AIK.Dube等人，使得松动圈理论得到初步发展。
复杂地质条件下急斜特厚煤层巷道松动圈监测分析
复杂地质条件下急斜特厚煤层巷道松动圈监测分析摘要：神新公司大红沟煤矿地下巷道围岩的工程地质条件复杂，地压活动强烈，尤其是处于矿岩接触带的巷道边帮失稳更为严重。
通过对大红沟煤矿地下巷道松动圈及钻孔窥视的联合监测，同时结合现场工程地质调查研究，综合分析了+555B1~B6巷道的失稳主要受局部地质因素和整体岩体结构因素的共同影响。
提出顶底帮支护与巷道局部破坏后的重新支护宜强不宜弱的论点与地压控制措施，为后续安全高效生产提供科学依据。
关键词：采矿工程，松动圈监测，稳定性1 引言神新公司大红沟煤矿属于急倾斜煤层（倾角一般为85~87°，平均87°，倾角变化是由西向东，有浅而深变缓，底部岩层较顶部岩层倾角徒立），采用支撑掩护支架综采放顶煤采煤方法，随着开采工作的进行，巷道稳定性成为一个急待研究的课题。
特别是在+555水平的几个巷道，局部变形及冒顶、底鼓等现象明显，有局部垮塌现象，威胁工人生命安全，影响了矿山的正常生产。
为了解巷道围岩的变形特点，研究巷道变形模式，为巷道支护和预报巷道围岩的破坏行为提供可靠依据，为+555及其以下水平的巷道围岩维护提供理论依据。
2 测试地段地质与开采与支护情况2.1 地质情况采区属于天山褶皱带前缘与准噶尔盆地之前缘凹陷，古生届至新生界地层因不断槽受地壳运动的影响和断裂破坏，构造线均为东北西南方向。
乌鲁木齐矿区位于淮南煤田东南部，未二级构造带中的次级褶皱断裂带，多有短轴向斜，北协及逆冲断层组成，如：八道湾向斜，七道湾背斜，碗m沟逆冲断层等。
大洪沟井田位于乌鲁木齐矿区东部，八道湾向斜南翼，为一单斜构造。
井田煤层可采与局部可采共30层，以稳定和较稳定煤层为主。
按夹矸一层以上即为复杂结构的标准，几乎全属复杂结构。
夹矸厚度一般随煤层的增厚而增大。
如厚达56.25m的B3+6煤层，夹矸厚度达6.31m，厚1.25m的B32煤层夹矸只有0.5m。
主采煤层B1+2煤层位于J2X的底部，煤层最大厚度39.45m，最小厚度31.83m，平均厚度34.84m，含夹矸11层，夹矸单层厚0.1~0.4m。
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董方庭关于围岩松动圈理论的自述客观的事物客观地存在着，发现它却往往是偶然的。
在1979年，最初我只是对锚杆的作用机理感兴趣，我的第一个意识就是围岩的状态决定锚杆的作用机理。
当时超声波测试刚刚在煤炭系统中应用。
在这一观点的驱使下我在淮北矿务局朱仙庄矿进行了大量的超声波测试。
这些资料清楚地告诉我，围岩存在着一个声波速度降低区，其规律性很强。
从声测的机理分析这是一个围岩破碎区，这就是大量巷道开凿后的围岩状态。
这一测试结果将我从原来的兴趣上引开，我提出了几个问题：
（1）这一状态产生的原因；
（2）这一状态与当时流行的支护理论有什么不同。
初步推论，这一状态的产生是围岩应力作用的结果，巷道开凿后，围岩原岩应力会发生变化，围岩应力以集中应力的方式在围岩中重新分配，围岩从三向应力的强度降低到二向应力的强度。
这两种变化使围岩发生了超过围岩极限强度的破裂变化，即后来我称之为的围岩松动圈。
开巷后围岩状态被确定，产生这一状态的原因被初步确定，我们的目标改为研究支护荷载问题，即支护理论问题。
支护荷裁决定于围岩状态：松散介质理论认为冒落拱内岩石重量是支护的外荷载；弹塑性理论认为控制弹塑性变形为支护的荷载，或者破碎区的岩石重量为支护的荷载；而松动圈理论认为围岩松动圈产生过程中岩石的碎胀力(碎胀变形)为支护的荷载。
为了回到原先的研究目标，对锚杆的作用机理我们初步认为：无松动圈时锚杆无支护作用；中等松动圈时锚杆起悬吊作用；大松动圈时锚杆为组合拱作用。
当时就在朱仙庄矿井进行了试验，并写出了两篇论文，其中
一篇还在煤矿基建系统在杭州召开的学术会议上宣读，1980年获淮北市科技进步奖。
1982～1983年我们有机会与徐州地区的王庄矿合作，经过对该矿松动圈的测试，确定其中一部分巷道不用锚杆，确定一部分运输大巷的松动圈值为0.7m，使用长度为1.1m的锚杆。
这在当时是我所知道的最短的锚杆(原支护用锚杆为1.8m)。
1982年由江苏省煤炭系统组织召开了鉴定会。
事隔将近10年，该矿已大面积应用这项技术，这是松动圈支护理论首次完整的应用。
它在技术上的最大特点是可用理论的方法确定锚杆的支护参数。
此理论发展到目前，已经初步确定了自己的支护观点、分类方法和锚杆支护机理。
1984年淮北矿务局石台矿第二水平井底车场开拓工程被大量破坏，只有U型钢支护可以维护，其松动圈值大都是1.7m左右，我们确定采用有效长度1.5m的锚杆用组合拱理论进行支护，取得了成功，其成本降低了一半左右。
组合拱理论是国外的模型研究资料，是我们首先将这一理论应用到工业试验，取得了成功，我们的成果是测到了破裂岩石锚固体强度。
1985年研究生闫凤山在洛阳89002研究所的相似模拟试验台上完成了重要试验。
他在真三轴试验台上演示了围岩应力和围岩松动圈的发展过程，并且做出了锚杆的组合拱作用。
这就在理论上证明了围岩松动圈理论，即开巷后围岩的弹塑性变形远远小于其岩石破裂时所产生的碎胀变形。
意外的是，在做了理论分析后，发现在试验条件下，巷道跨度、支护的强度对围岩松动圈值的影响较小。
后来宋宏伟教授在不同实验台上的大量实验结果也证明，当跨度在3～7m范围内，它们的显著性很小。
这样松动圈支护理论就给学术界提出了几个有趣的问题，也给这个理论的分类方法提供了
充分的条件。
因为如果巷道支护类型及强度在多数条件下部对松动圈值影响较大，则现用的围岩松动圈分类方法将失去应用基础。
在这个试验的基础上我们的围岩分类方法于1985年在《建井技术》上正式发表了。
实际上这一分类思想和具体内容在20世纪80年代初已经在我们的工业实验中应用了。
松动圈支护理论的产生有一个过程，1979年到1985年，巷道围岩松动圈支护理论、分类方法和锚喷支护机理三个有机的部分初步建立起来，用三句话可以概括：
（1）支护的主要对象(荷载)是围岩松动圈形成过程中的碎胀力；
（2）松动圈是地应力与围岩强度的函数，它是一个综合指标，其值越大支护越因难，达到1.5m时即为软岩支护技术；
（3）根据围岩的状态、围岩松动圈的大小确定锚杆支护机理。
对这一理论的产生，争论点有二：
第一，现有支护方法在开始能否提供足够的支护力使围岩不进入破裂状态。
我们认为所有的支护不能及时进行，在围岩的弹塑性变形后才能施工。
支护都与围岩有一个不密实的空间，支护力是从极小的值开始，围岩大变形后才能达到设计强度。
因此，现有支护(超前支护例外，包括锚杆支护)没有能力阻止松动圈的产生和发展；
第二，松动圈产生了，围岩的弹塑性变形、围岩的碎胀变形、围岩破碎带内岩石重量，它们谁是支护的主要对象。
松动圈理论认为碎胀变形(力)远远大于其他两个荷载。
1995年以后，我们进行了大面积推广和继续完善理论和技术工作，先
后与数十个矿务局合作，在不同的地层和工程中实验推广这一理论和方法。
其中，鸡西矿务局的109m2大断面硐室，平顶山、淮南的软岩支护，开滦矿务局的1160m的深井支护，兖州南屯矿、潞安王庄矿和漳村矿的放顶煤顺槽锚杆支护等都取得了成功，并且获得了突出的技术经济效益。
在此期间唯一的一次失败，是由于设计错误，发生在淮南矿务局的谢桥矿东风井。
与此同时，山东矿业学院、西安矿业学院、黑龙江矿业学院的教师们，分别在他们的工作中推广。
其中，辽源矿务局梅河矿在该局池祥赫副总工程师的带动下，一举使一个亏损的矿井年盈利2千万元左右。
平顶山矿务局也已在全局推广。
这一理论经过20余年的发展，仍然有一些重要的问题待解决：在理论方面，各种岩石的碎胀力定量问题。
这个问题的解决之日也是地下工程支护设计彻底摆脱经验方法之时，它的解决就是支护荷载定量问题的解决；在分类方法方面，简便、快速的测试手段需改进，软弱岩石的松动圈准确测定方法需研究；在锚杆支护技术方面，破裂岩石锚固体强度问题、组合拱的强度问题、组合拱的预留量问题等。
还有我们未能预见到的理论和技术问题以及外荷载定量问题的解决，将使地下工程的支护设计完全可以使用理论的方法来解决。
岩土工程学科有三大部分：岩石性质、支护理论和支护技术。
目前受弹塑性支护理论的影响，岩石极限强度以前的本构关系研究比较完善。
而松动圈支护理论更看重岩石峰值后的本构关系，目前这一部分的研究工作非常薄弱。
相应的支护技术，特别是锚杆支护理论和技术将用松动圈理论来分析问题和解决问题。
因此，可以预见，随着这一理论的完善和发展，将从基础上影响岩土工程学科，特别是深部地下工程部分。
2000年12月。