楊圣奇深部巷道圍巖支護(hù)研究報(bào)告

楊圣奇教授/博導(dǎo)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)二○一三年四月十二日深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室StateKeyLaboratoryforGeomechanics&DeepUndergroundEngineering煤礦巷道圍巖支護(hù)理論及技術(shù)研究進(jìn)展楊圣奇，1978年12月出生。起止年月學(xué)習(xí)工作單位任職1996.9~2000.6河南理工大學(xué)(礦井建設(shè)專業(yè))本科2000.9~2003.6河南理工大學(xué)(工程力學(xué)專業(yè))碩士2003.3~2006.4河海大學(xué)(巖土工程專業(yè))博士2006.4~2008.10河海大學(xué)博士后2007.9~2008.9法國(guó)巴黎綜合理工大學(xué)(EcolePolytechniquedeParis)訪問學(xué)者2008.12~2011.12中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖土工程學(xué)科副教授2012.1~至今中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖土工程學(xué)科教授(破格)2012.9~至今中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖土工程學(xué)科博導(dǎo)匯報(bào)提綱一、深部開采研究現(xiàn)狀二、巷道圍巖變形破壞原因分析三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展四、典型工程實(shí)例一、深部開采研究現(xiàn)狀國(guó)外：前蘇聯(lián)：>600m原西德：800～1200m英國(guó)與波蘭：>750m日本：>600m國(guó)內(nèi)：(無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn))

淺礦井中深礦井深礦井特深礦井采深<400m

400-800m800-1200m1200m深部開采的劃分標(biāo)準(zhǔn)一、深部開采研究現(xiàn)狀目前國(guó)有重點(diǎn)煤礦中采深大于800m的礦井有多處，以每年25m的速度遞增。國(guó)內(nèi)：沈陽(yáng)采屯礦1197m；浙江長(zhǎng)廣集團(tuán)1000m；新汶孫村礦1055m；北票冠山礦1059m；徐州張小樓礦1100m；開灤趙各莊礦1159m；北京門頭溝1008m。德國(guó)2002年平均采深1300m，最大采深1500m；超過1000m的國(guó)家：

俄羅斯英國(guó)波蘭日本比利時(shí)等。國(guó)外：一、深部開采研究現(xiàn)狀深部開采的工程特點(diǎn)：地應(yīng)力高(自重應(yīng)力>約20MPa)

－－強(qiáng)度增加，脆延性轉(zhuǎn)化特征溫度高

(礦山一般30-400C,個(gè)別達(dá)520C,最高達(dá)700C)滲透壓(>約7MPa)強(qiáng)動(dòng)壓較強(qiáng)的時(shí)間效應(yīng)(強(qiáng)流變)一、深部開采研究現(xiàn)狀煤礦地下工程所面臨的地質(zhì)環(huán)境趨于復(fù)雜化，高應(yīng)力、高瓦斯等引起的工程災(zāi)害和事故愈來(lái)愈多，如礦井沖擊地壓、巷道圍巖大變形流變、地溫升高、瓦斯爆炸等，對(duì)深部煤炭資源安全高效開采提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。巷道圍巖變形量增大采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)劇烈巷道中巖爆、沖擊地壓瓦斯涌出量增大地溫升高、作業(yè)環(huán)境惡化突水事故趨于嚴(yán)重井筒破裂加劇煤自燃發(fā)火、礦井火災(zāi)加劇

匯報(bào)提綱一、深部開采研究現(xiàn)狀二、巷道圍巖變形破壞原因分析三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展四、典型工程實(shí)例二、巷道圍巖變形破壞原因分析煤礦巷道每年掘進(jìn)10000km，深巷占30%資料統(tǒng)計(jì)：隨著埋深增加，支護(hù)壓力增大到0.8~2.0MPa，盡管支護(hù)強(qiáng)度增1倍，費(fèi)用增加1.4倍以上二、巷道圍巖變形破壞原因分析（1）鋼架支護(hù)鋼架支護(hù)大變形底臌（龍口柳海）錨網(wǎng)支護(hù)全斷面大變形（甘肅新安）二、巷道圍巖變形破壞原因分析鋼架支護(hù)圍巖大變形流變二、巷道圍巖變形破壞原因分析錨網(wǎng)支護(hù)巖爆破壞(南非某礦)鋼架支護(hù)巖爆破壞巖爆過程（秘魯，據(jù)Hudson）鋼架支護(hù)巖爆破壞二、巷道圍巖變形破壞原因分析料石碹支護(hù)頂板塌方（2）料石碹支護(hù)二、巷道圍巖變形破壞原因分析料石碹支護(hù)嚴(yán)重底臌二、巷道圍巖變形破壞原因分析錨網(wǎng)支護(hù)，大變形尖頂(焦作)頂板下沉兩幫內(nèi)擠底臌（3）錨網(wǎng)支護(hù)二、巷道圍巖變形破壞原因分析單一錨網(wǎng)支護(hù)，底不處理，不重視水(甘肅華亭煤礦)二、巷道圍巖變形破壞原因分析頂板下沉，冒頂；兩幫收斂位移，片幫；底臌。煤礦巷道變形破壞現(xiàn)象：二、巷道圍巖變形破壞原因分析巖性差：煤層、泥巖（強(qiáng)度低、易破碎、殘余強(qiáng)度低）

地應(yīng)力大：埋深大、褶曲構(gòu)造、采動(dòng)影響（集中系數(shù)達(dá)2.5以上）支護(hù)強(qiáng)度低、剛度小支護(hù)結(jié)構(gòu)不合理煤礦巷道變形破壞原因：二、巷道圍巖變形破壞原因分析（1）巖石強(qiáng)度（煤、砂質(zhì)泥巖、泥化）

不少圍巖天然抗壓強(qiáng)度小于10MPa泥巖在水作用下幾乎沒有強(qiáng)度（2）結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度

弱面，層理、節(jié)理面強(qiáng)度，受地質(zhì)構(gòu)造作用

影響因素：施工因素，爆破影響；水；節(jié)理面粗造度；塊體大小等1、巖性差二、巷道圍巖變形破壞原因分析泥巖頂板塑性流動(dòng)泥巖底板嚴(yán)重底鼓嚴(yán)重變形煤巷水的影響二、巷道圍巖變形破壞原因分析Step60-20.98σcσcStep63-4Step64-310.92σc0.62σcStep60-2Step61-11Step64-31Step66-35Step66-35圍巖強(qiáng)度衰減二、巷道圍巖變形破壞原因分析（1）埋深大（千米深井逐年增加）（2）構(gòu)造應(yīng)力（斷層多）（3）采動(dòng)應(yīng)力（普遍存在）2、地應(yīng)力高、應(yīng)力復(fù)雜二、巷道圍巖變形破壞原因分析其中1000m以下的煤炭?jī)?chǔ)量2.95萬(wàn)億噸，約占總儲(chǔ)量的53%儲(chǔ)量

億t02000400060008000100001200014000<600m1000-1500m德國(guó)魯爾礦區(qū)在1100m下開采，巷道寬6m，煤層厚1.9m。底板在24小時(shí)內(nèi)臌起0.8m，煤層移出0.5m。甘肅平?jīng)觯?50~900m），幾乎沒有1米好巷道。二、巷道圍巖變形破壞原因分析采動(dòng)前巷道情況采動(dòng)后巷道情況二、巷道圍巖變形破壞原因分析支護(hù)強(qiáng)度、剛度-支護(hù)形式滯后性、不密貼及支護(hù)阻力小，不可能改變圍巖破壞狀態(tài)。足夠的支護(hù)強(qiáng)度和剛度才可以使松動(dòng)圈內(nèi)巖石相互嚙合，并呆在原位不垮落，以免其垮落而導(dǎo)致松動(dòng)圈的再次擴(kuò)大，巷道圍巖失穩(wěn)破壞。3、支護(hù)強(qiáng)度低、剛度小二、巷道圍巖變形破壞原因分析支架扭曲變形支護(hù)強(qiáng)度普遍低于0.25MPa錨桿失效錨桿、索強(qiáng)度低巷道自穩(wěn)時(shí)間短支護(hù)整體性差支護(hù)整體性差錨索失效動(dòng)壓影響二、巷道圍巖變形破壞原因分析4、支護(hù)結(jié)構(gòu)不合理松動(dòng)圈范圍增大，碎脹變形力大，單一支護(hù)形式無(wú)法滿足穩(wěn)定要求中淺部巷道深部巷道深部分區(qū)破裂匯報(bào)提綱一、深部開采研究現(xiàn)狀二、巷道圍巖變形破壞原因分析三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展四、典型工程實(shí)例三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展支護(hù)作用：阻止圍巖變形，維護(hù)圍巖穩(wěn)定支護(hù)技術(shù)：錨(桿、索)、噴射砼、網(wǎng)(強(qiáng)力金屬網(wǎng))、帶(W型鋼帶)、工字鋼、U型鋼拱形支架、網(wǎng)殼、格柵、注漿、料石、混凝土碹等三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展支護(hù)外部支護(hù)內(nèi)承支護(hù)剛性柔性外部支護(hù)：在圍巖外部依靠支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力來(lái)承受圍巖壓力。如圍巖開挖時(shí)運(yùn)用的鋼拱(剛性)或混凝土襯砌(柔性)。圍巖僅是形成支護(hù)結(jié)構(gòu)上荷載的來(lái)源。

內(nèi)承支護(hù)：是通過錨桿(索)、注漿等措施加固圍巖，特點(diǎn)：充分發(fā)揮和增強(qiáng)圍巖的自承能力，以支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖共同形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系使圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。圍巖既是荷載也是支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的組成部分三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展錨桿支護(hù)技術(shù)具有用料節(jié)省、巷道斷面利用率高、支護(hù)及時(shí)、勞動(dòng)強(qiáng)度小、經(jīng)濟(jì)效益高以及對(duì)巷道圍巖變形的適應(yīng)性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是巷道支護(hù)的一次重大革命，因而在煤礦開采支護(hù)中得到了普遍應(yīng)用，并成為煤礦實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展澳大利亞、美國(guó)等國(guó)：煤層地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，埋藏淺，護(hù)巷煤柱寬度大，而且大力推廣應(yīng)用錨桿支護(hù)，他們的錨桿支護(hù)技術(shù)比較先進(jìn)，錨桿支護(hù)所占比重幾乎達(dá)到100%。歐洲一些主要產(chǎn)煤國(guó)家：過去一直主要采用金屬支架支護(hù)巷道，但隨著巷道支護(hù)難度加大和支護(hù)成本增高，將巷道支護(hù)方式轉(zhuǎn)向了錨桿支護(hù)，積極開展了錨桿支護(hù)技術(shù)的研究、試驗(yàn)和推廣應(yīng)用。德國(guó)：U型鋼支護(hù)最早，技術(shù)成熟、先進(jìn)，使用量大，在永久巷道與回采巷道中大多采用U型鋼可縮性支架，但從上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著開采深度和開采強(qiáng)度的增加，重型采掘設(shè)備的采用，要求巷道斷面越來(lái)越大，導(dǎo)致巷道圍巖變形加劇，支護(hù)困難，為了解決巷道支護(hù)難題，不得不增加型鋼重量、減小支護(hù)棚距，致使巷道支護(hù)費(fèi)用增高，而且?guī)?lái)施工、運(yùn)輸?shù)纫幌盗袉栴}。三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展錨桿支護(hù)理論一直是煤礦開采與安全領(lǐng)域中重要的研究課題，得到了廣泛的研究。至今為止，已提出很多種錨桿支護(hù)理論，如懸吊理論、組固拱理論、組合梁理論等。三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展1、懸吊理論機(jī)理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來(lái)自被懸吊的巖層重量。缺點(diǎn)：沒有考慮圍巖自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開。適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展機(jī)理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其自撐能力。將幾層薄巖層鎖緊成一個(gè)較厚的巖層（組合梁）。在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內(nèi)的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。缺點(diǎn)：將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開；在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時(shí)，難以形成組合梁。適用條件：層狀地層頂板在相當(dāng)距離內(nèi)不存在穩(wěn)定巖層，懸吊作用處于次要地位。2、組合梁理論三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展機(jī)理：在破碎區(qū)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，只要鋪桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。3、組合拱理論缺點(diǎn)：一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計(jì)。適用條件：頂板無(wú)穩(wěn)定巖層三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展機(jī)理：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。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)與松動(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于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng)。4、最大水平應(yīng)力理論三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展前面這些支護(hù)理論在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中起到了積極作用，但是這些理論都有其適用條件，都存在著一定局限性：大部分基于當(dāng)時(shí)的理論水平，采用古典結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，雖然具有針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，然而揭示錨桿的支護(hù)實(shí)質(zhì)內(nèi)容不夠。三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展5、松動(dòng)圈支護(hù)理論

開巷后變化：（1）巷道周邊應(yīng)力集中；（2）強(qiáng)度降低（圍巖應(yīng)力超過強(qiáng)度則巖石破壞，等于為極限平衡，小于則穩(wěn)定）；結(jié)果：出現(xiàn)圍巖松動(dòng)圈。煤礦巷道普遍存在松動(dòng)圈！松動(dòng)圈越大支護(hù)越難！三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展工程類比法理論計(jì)算法信息反饋法松動(dòng)圈支護(hù)設(shè)計(jì)法巷道圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)方法：三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展1)直接類比法一般以巷道圍巖強(qiáng)度、圍巖完整性、巷道埋深、斷面尺寸等因素與已建工程類比，由此確定支護(hù)類型和參數(shù)；2)間接類比法

依據(jù)技術(shù)規(guī)范，按巷道圍巖分類及其它有關(guān)參數(shù)確定。它是目前常用的方法。1、工程類比法：圍巖分類巖層描述巷道開掘后圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)(3～5m跨度)巖種舉例類別名稱Ⅰ穩(wěn)定巖層1.完整堅(jiān)硬巖層，Rb>60MPa，不易風(fēng)化2.層狀巖層層間膠結(jié)好，無(wú)軟弱夾層圍巖穩(wěn)定，長(zhǎng)期不支護(hù)無(wú)碎塊掉落現(xiàn)象完整的玄武巖、石英質(zhì)砂巖、奧陶紀(jì)灰?guī)r、茅口灰?guī)r、大冶厚層灰?guī)rⅡ穩(wěn)定性較好巖層1.完整，比較堅(jiān)硬巖層，Rb=40～60MPa2.層狀巖層，膠結(jié)較好3.堅(jiān)硬塊狀巖層，裂隙面閉合，無(wú)泥質(zhì)充填物，Rb>60MPa圍巖基本穩(wěn)定，較長(zhǎng)時(shí)間不支護(hù)會(huì)出現(xiàn)小塊掉落膠結(jié)好的砂巖、礫巖、大冶薄層灰?guī)rⅢ中等穩(wěn)定巖層1.完整的中硬巖層，Rb=20～60MPa2.層狀巖層，以堅(jiān)硬層為主，夾有少數(shù)軟巖層3.比較堅(jiān)硬的塊狀巖層，Rb=40～60MPa圍巖能維持一個(gè)月以上穩(wěn)定，有時(shí)產(chǎn)生局部巖塊掉落頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖；粉砂巖，石灰?guī)r；硬質(zhì)凝灰?guī)rⅣ穩(wěn)定性較差巖層1.較軟的完整巖層，Rb<20MPa

2.中硬的層狀巖層3.中硬的塊狀巖層，Rb=20～60MPa圍巖的穩(wěn)定時(shí)間僅有幾天頁(yè)巖、泥巖膠結(jié)不好的砂巖、硬煤Ⅴ不穩(wěn)定巖層1.易風(fēng)化潮解剝落的松軟巖層2.各類破碎巖層圍巖很容易產(chǎn)生冒頂片幫炭質(zhì)頁(yè)巖、花斑泥巖、軟質(zhì)凝灰?guī)r、煤、破碎各類巖石地下工程圍巖分類三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展1）解析法：

它是指用數(shù)學(xué)方法，借助固體力學(xué)通過計(jì)算可以取得閉合解的方法。使用時(shí)，要特別注意和巖體所處的物理狀態(tài)相匹配。彈塑性狀態(tài)可用彈塑性力學(xué);如淺部工程。圍巖破裂狀態(tài)則需要選用非連續(xù)體力學(xué)（塊體力學(xué)）。2）數(shù)值模擬法

通常包括有限元、有限差分法、邊界元、離散元、DDA、流形元等，目前各類計(jì)算方法都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。2、理論計(jì)算法：三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展傳統(tǒng)“設(shè)計(jì)—施工”模式中,影響設(shè)計(jì)因素眾多且復(fù)雜,如設(shè)計(jì)參數(shù)難以準(zhǔn)確確定及設(shè)計(jì)方法不夠完善等,均影響著工程施工的質(zhì)量和安全。此模式常常使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程狀況產(chǎn)生較大差異。

因此,充分利用施工過程中的各項(xiàng)信息,對(duì)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整及控制,

進(jìn)而保證工程施工質(zhì)量及安全的新型施工方法應(yīng)運(yùn)而生。這種利用施工過程中獲取的信息指導(dǎo)施工的方法逐步發(fā)展成信息化施工方法。

信息化施工-信息采集、處理、反饋和設(shè)計(jì)修正3、信息反饋法：三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展4、松動(dòng)圈支護(hù)設(shè)計(jì)法：小松動(dòng)圈（L=0-40cm）：噴射混凝土支護(hù)中松動(dòng)圈（L=40-150cm）：懸吊理論確定錨桿支護(hù)參數(shù)

大松動(dòng)圈（L>150cm）：采用組合拱確定錨噴(注)網(wǎng)

支護(hù)形式:噴射混凝土、錨噴、錨網(wǎng)、錨噴網(wǎng)及錨注支護(hù)等。三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展雖然目前在煤礦巷道圍巖支護(hù)理論及技術(shù)方面，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但隨著開采深度的增加、開采強(qiáng)度的提高以及開采條件的惡化，我國(guó)煤礦巷道圍巖穩(wěn)定控制關(guān)鍵技術(shù)始終面臨著一系列新的挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了許多前所未有的復(fù)雜困難巷道，如深部強(qiáng)動(dòng)壓巷道、深部軟巖大變形流變巷道、深部高應(yīng)力碎裂圍巖巷道、特大斷面巷道等，對(duì)錨桿支護(hù)和注漿加固方式提出了更高、更苛刻的要求。

傳統(tǒng)的單一的支護(hù)模式已很難適應(yīng)深部巷道高應(yīng)力、大變形、顯著流變、強(qiáng)動(dòng)壓、碎裂化的要求，需要采取聯(lián)合支護(hù)模式，才能有效控制深部巷道圍巖的變形，但由于聯(lián)合支護(hù)成本高等原因，得不到推廣應(yīng)用，因此需要從深部不同類型巷道圍巖變形破壞機(jī)理出發(fā)，提出和發(fā)展一系列有效且經(jīng)濟(jì)的深部巷道圍巖穩(wěn)定控制關(guān)鍵技術(shù)。匯報(bào)提綱一、深部開采研究現(xiàn)狀二、巷道圍巖變形破壞原因分析三、巷道圍巖支護(hù)理論與技術(shù)進(jìn)展四、典型工程實(shí)例四、典型工程實(shí)例－實(shí)例一某礦-850m二采軌道下山位于砂質(zhì)頁(yè)巖和中砂巖互層中。砂質(zhì)頁(yè)巖灰色、性脆、具貝殼狀斷口；中砂巖灰白色，鈣質(zhì)膠結(jié)，成分以石英長(zhǎng)石為主，含較多暗色礦物，圍巖抗壓強(qiáng)度小。埋深998～1065m，為深部巷道；現(xiàn)場(chǎng)巷道變形特征也表明二采軌道下山長(zhǎng)期流變、大變形、維護(hù)困難，顯現(xiàn)出深井、軟巖巖巷圍巖的變形破碎特征。四、典型工程實(shí)例－實(shí)例一一次支護(hù)錨桿間排距為800×800mm，錨桿為直徑22mm、長(zhǎng)度2.4m的左旋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。一次支護(hù)有限讓壓控制圍巖二次支護(hù)使圍巖停止蠕變轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定狀態(tài)二次支護(hù)采用錨桿支護(hù)與注漿加固，二次支護(hù)錨桿布置與一次錨桿布置呈五花型，間排距為800×800mm，錨桿為直徑22mm、長(zhǎng)度2.4m的左旋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。注漿材料采用高水速凝材料，注漿孔深2.5m。

四、典型工程實(shí)例－實(shí)例一二次支護(hù)理論計(jì)算分析

該礦－850m水平地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果表明，最大主應(yīng)力值為39.77MPa，理論計(jì)算中按原巖應(yīng)力P0=40MPa進(jìn)行分析。目前煤礦巷道中應(yīng)用的錨桿規(guī)格主要為L(zhǎng)=2000～2400mm長(zhǎng)度的錨桿，由于地應(yīng)力高，圍巖破碎區(qū)較大，錨桿支護(hù)的錨固區(qū)通常位于巷道圍巖破碎區(qū)內(nèi)，井下實(shí)測(cè)錨桿的工作阻力為130kN。

四、典型工程實(shí)例－實(shí)例一原巖應(yīng)力下巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)為：

一次錨桿支護(hù)后，圍巖力學(xué)性質(zhì)得到強(qiáng)化，其力學(xué)參數(shù)如下：

二次錨桿及注漿加固后，加固區(qū)對(duì)應(yīng)圍巖體穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的力學(xué)參數(shù)為：試驗(yàn)結(jié)果：

四、典型工程實(shí)例－實(shí)例一二次支護(hù)理論計(jì)算分析

二次支護(hù)后巷道圍巖體穩(wěn)定時(shí)，錨固區(qū)邊界r＝Rm處巖體的徑向應(yīng)力通過計(jì)算可得：

二次錨桿、注漿加固后，錨桿及注漿加固區(qū)處于長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)錨固區(qū)邊界r＝Rm處，提供的徑向平衡應(yīng)力通過計(jì)算可得：由巷道二次錨桿及注漿加固后，加固區(qū)在長(zhǎng)期穩(wěn)定時(shí)能提供的徑向平衡應(yīng)力可達(dá)到5.37MPa，大于深部圍巖體穩(wěn)定時(shí)所需要的徑向應(yīng)力值4.81MPa，保證了巷道處于長(zhǎng)期的穩(wěn)定狀態(tài)。四、典型工程實(shí)例－實(shí)例二某礦西大巷埋深545m，位于泥巖和砂質(zhì)泥巖互層中，構(gòu)造復(fù)雜。水平應(yīng)力22.0MPa，是垂直應(yīng)力的2.0倍左右。水平應(yīng)力與泥巖抗壓強(qiáng)度之比為1.57，水平應(yīng)力與砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度之比為1.14。泥巖中粘土礦物含量為75～89％，其中伊蒙層含量為25～33％，伊利石含量為2～4％，高嶺土含量為14～33％，綠泥石含量25～32％，強(qiáng)吸水、遇水急劇膨脹泥化，風(fēng)化；層理破碎，層理節(jié)理裂隙十分發(fā)育。節(jié)理組≥3，節(jié)理數(shù)平均為12～32條/m3，平均間距≤0.2m。西大巷為典型的中深井、軟巖巖巷。

四、典型工程實(shí)例－實(shí)例二錨網(wǎng)噴＋網(wǎng)殼錨網(wǎng)噴＋注漿＋錨索錨網(wǎng)噴＋錨注錨網(wǎng)噴＋拱形鋼棚＋注漿西大巷原采用的具有代表性的支護(hù)方式四、典型工程實(shí)例－實(shí)例二目前的支護(hù)方式：如錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)、錨桿＋網(wǎng)殼支護(hù)、錨桿＋錨索支護(hù)、工字鋼拱形支護(hù)等不能適應(yīng)高應(yīng)力軟巖巷道劇烈變形，需要研究開發(fā)新型支護(hù)技術(shù)，控制該類巷道圍巖變形。

巷道掘進(jìn)后，4～6個(gè)月巷道變形量就達(dá)到1000～2000mm，巷道變形表現(xiàn)為整體收斂變形的特點(diǎn)。

初期變形速度在10mm/d以上，半年以后，變形速度仍然保持在3～8mm/d。

1、變形量大

原支護(hù)方式下圍巖變形有如下特點(diǎn)：目前支護(hù)方式不能適應(yīng)巷道劇烈變形

2、變形速度快

3、變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

從已經(jīng)施工的巷道維護(hù)狀況來(lái)看，雖然巷道已經(jīng)掘出多年，但巷道并沒有穩(wěn)定，每隔半年左右需要維修1次。

四、典型工程實(shí)例－實(shí)例二西大巷支護(hù)遵循原則應(yīng)為：

1、采用“先讓后抗、先柔后剛”的原則，即圍巖卸壓與加固相結(jié)合的原則。

2、應(yīng)力轉(zhuǎn)移，降低淺部圍巖應(yīng)力

3、采用二次支護(hù)，合理確定二次支護(hù)時(shí)機(jī)和支護(hù)強(qiáng)度。

提出支護(hù)措施：一次支護(hù)采用有控主動(dòng)卸壓技術(shù)（錨桿＋封閉式金屬支架，有控主動(dòng)破碎一定厚度的圍巖）。二次支護(hù)采用錨桿＋注漿加固技術(shù)。四、典型工程實(shí)例－實(shí)例二二次支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)：采用FLAC數(shù)值軟件中的指數(shù)蠕變模型

錨桿間排距注漿范圍800100012002方案1方案2方案33方案4方案5方案6二次支護(hù)強(qiáng)度對(duì)圍巖最終流變速度的影響四、典型工程實(shí)例－實(shí)例二1

完成一次支護(hù)后，當(dāng)圍巖變形過大擠壓支架、擠壓力達(dá)到1MPa時(shí)，主動(dòng)破碎一定厚度的圍巖，周而復(fù)始，直至圍巖變形速度穩(wěn)定；

23緊跟迎頭安設(shè)封閉式工字鋼圓形支架，按照一次支護(hù)的錨桿間排距安裝錨桿；