深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理ppt課件

1、深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理 中國礦業(yè)大學(xué)中國礦業(yè)大學(xué)侯朝炯侯朝炯 柏建彪柏建彪 李大偉李大偉 王襄禹王襄禹 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理u軟巖巷道u是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著顯著的塑性變形和非連續(xù)變形的巷道。工程力指作用在巷道圍巖的力之和，包括自重應(yīng)力、殘余構(gòu)造應(yīng)力、水的作用力，采動影響力及膨脹應(yīng)力等。1 概述概述深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理u地質(zhì)軟巖：單軸抗壓強(qiáng)度在地質(zhì)軟巖：單軸抗壓強(qiáng)度在0.525 MPa的松散、破碎、軟弱及風(fēng)化膨的松散、破碎、軟弱及風(fēng)化膨脹性一類巖體的總稱。脹性一類巖體的總稱。u工程軟巖：在工程力

2、作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體工程軟巖：在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體 。工程巖。工程巖體是軟巖工程研究的主要對象，包括巖塊、結(jié)構(gòu)面及其空間組合特征。體是軟巖工程研究的主要對象，包括巖塊、結(jié)構(gòu)面及其空間組合特征。工程力是指作用在工程巖體上的力的總和，可以是重力、構(gòu)造殘余應(yīng)工程力是指作用在工程巖體上的力的總和，可以是重力、構(gòu)造殘余應(yīng)力、水的作用力和工程擾動力以及膨脹應(yīng)力等。顯著塑性變形以塑性力、水的作用力和工程擾動力以及膨脹應(yīng)力等。顯著塑性變形以塑性變形為主的變形量超過了工程設(shè)計(jì)的允許變形值并影響了工程的正常變形為主的變形量超過了工程設(shè)計(jì)的允許變形值并影響了工程的正常使用。包括顯

3、著的彈性變形、粘彈塑性變形，連續(xù)性變形和非連續(xù)性使用。包括顯著的彈性變形、粘彈塑性變形，連續(xù)性變形和非連續(xù)性變形等。變形等。軟巖的概念軟巖的概念1 概述概述深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理u深井巷道極限深度圍巖性質(zhì)圍巖性質(zhì)極限深度（極限深度（m）軟巖軟巖400500中硬巖中硬巖800硬巖硬巖1000深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理1 概述概述u該類巷道具有圍巖破碎嚴(yán)重，塑性區(qū)、破碎區(qū)范圍很大，蠕該類巷道具有圍巖破碎嚴(yán)重，塑性區(qū)、破碎區(qū)范圍很大，蠕變嚴(yán)重。巷道圍巖變形少則幾百毫米，多達(dá)變嚴(yán)重。巷道圍巖變形少則幾百毫米，多達(dá)1.02.0m。巷道。巷道在服務(wù)期

4、間需要進(jìn)行不斷的維護(hù)與返修，特別是它們的兩類在服務(wù)期間需要進(jìn)行不斷的維護(hù)與返修，特別是它們的兩類或三類的復(fù)合型，問題更為突出?；蛉惖膹?fù)合型，問題更為突出。u破壞方式：軟巖巷道破壞是一個(gè)漸進(jìn)的力學(xué)過程，總是從某破壞方式：軟巖巷道破壞是一個(gè)漸進(jìn)的力學(xué)過程，總是從某一個(gè)或幾個(gè)部位開始變形、損傷，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失穩(wěn)。一個(gè)或幾個(gè)部位開始變形、損傷，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失穩(wěn)。u破壞過程：沿巷道斷面各個(gè)方向的位移速度各不相同，總是破壞過程：沿巷道斷面各個(gè)方向的位移速度各不相同，總是從劇烈變形的部位發(fā)生裂紋，鱗狀剝落，變形破壞區(qū)域逐漸從劇烈變形的部位發(fā)生裂紋，鱗狀剝落，變形破壞區(qū)域逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)系

5、統(tǒng)的失穩(wěn)。擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的失穩(wěn)。u深井、軟巖巷道變形特點(diǎn)深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理1 概述概述 斷面形狀、破巖方式斷面形狀、破巖方式 先讓后抗、先柔后剛的二次支護(hù)先讓后抗、先柔后剛的二次支護(hù) 讓、抗、柔、剛的程度、強(qiáng)度以及二次支護(hù)的原理未解讓、抗、柔、剛的程度、強(qiáng)度以及二次支護(hù)的原理未解決。決。 此項(xiàng)研究就是支護(hù)要解決以上問題。此項(xiàng)研究就是支護(hù)要解決以上問題。 我國煤礦每年以我國煤礦每年以101012m12m的速度向深部發(fā)展東部礦井的速度向深部發(fā)展東部礦井101025m/y25m/y）。）。 深井、軟巖巷道表現(xiàn)出高應(yīng)力、大變形、強(qiáng)烈底鼓、持深井、軟巖巷道表

6、現(xiàn)出高應(yīng)力、大變形、強(qiáng)烈底鼓、持續(xù)流變的特點(diǎn)，圍巖不能穩(wěn)定，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全。續(xù)流變的特點(diǎn)，圍巖不能穩(wěn)定，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全。 2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 （1 1傳統(tǒng)的懸吊、組合梁、組合拱理論及計(jì)算是傳統(tǒng)的懸吊、組合梁、組合拱理論及計(jì)算是針對彈性狀態(tài)的完整巖體；針對彈性狀態(tài)的完整巖體； （2 2研究錨桿支護(hù)對圍巖研究錨桿支護(hù)對圍巖E E、C C、 的改善也限的改善也限于巖體破碎前的彈性狀態(tài)；于巖體破碎前的彈性狀態(tài)； （3 3處于峰后強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的破碎巖體，錨桿

7、處于峰后強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的破碎巖體，錨桿支護(hù)能否起作用？作用機(jī)理是什么？支護(hù)能否起作用？作用機(jī)理是什么？ 傳統(tǒng)錨桿支護(hù)理論存在的問題：傳統(tǒng)錨桿支護(hù)理論存在的問題：深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 實(shí)質(zhì)是錨桿與圍巖相互作用，組成錨固體實(shí)質(zhì)是錨桿與圍巖相互作用，組成錨固體 錨桿可改善錨固體力學(xué)參數(shù)，提高錨固體的強(qiáng)度錨桿可改善錨固體力學(xué)參數(shù)，提高錨固體的強(qiáng)度，使巖體強(qiáng)度，特別是峰后強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度

8、得到，使巖體強(qiáng)度，特別是峰后強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度得到強(qiáng)化強(qiáng)化 形成共同承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖自承能力形成共同承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖自承能力深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 錨固體錨固體C C、C C* *、* * 隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度t t的增加而提高。的增加而提高。錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度 t / MPat / MPa00.060.080.110.140.170.22等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力C / MPaC / MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦

9、角 / / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞前的不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞前的C C、 值值深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞后的不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞后的C C* *、* *值值錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度t / MPat / MPa00.060.080.110.140.170.22等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力C C* * / MPa / MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效內(nèi)摩擦角

10、等效內(nèi)摩擦角 * */ / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理2 錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度強(qiáng)度t t 的提高而得到的提高而得到強(qiáng)化，達(dá)到一定程度就強(qiáng)化，達(dá)到一定程度就可 保 持 圍 巖 穩(wěn) 定 ?？?保 持 圍 巖 穩(wěn) 定 。圖圖2.1 2.1 錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度ttMPaMPa） 3 合理一次支護(hù)合理一次支護(hù)深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3 合

11、理一次支護(hù)合理一次支護(hù) 合理一次支護(hù)的兩種方法：合理一次支護(hù)的兩種方法：（1 1有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù) 錨噴網(wǎng)、可縮性金屬支架錨噴網(wǎng)、可縮性金屬支架（2 2有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù) 對于深部巷道的初期劇烈大變形，一次支護(hù)控制的對象對于深部巷道的初期劇烈大變形，一次支護(hù)控制的對象就是圍巖進(jìn)入破裂狀態(tài)時(shí)的碎脹大變形。影響圍巖碎漲變形的就是圍巖進(jìn)入破裂狀態(tài)時(shí)的碎脹大變形。影響圍巖碎漲變形的因素主要有兩種，即圍巖的碎脹性和產(chǎn)生碎脹變形的范圍，碎因素主要有兩種，即

12、圍巖的碎脹性和產(chǎn)生碎脹變形的范圍，碎脹變形的產(chǎn)生主要是由進(jìn)入峰后變形圍巖引起的。因此，在圍脹變形的產(chǎn)生主要是由進(jìn)入峰后變形圍巖引起的。因此，在圍巖碎漲性一定的條件下，如果采用有效的一次支護(hù)，控制進(jìn)入巖碎漲性一定的條件下，如果采用有效的一次支護(hù)，控制進(jìn)入峰后變形的圍巖范圍即塑性區(qū)范圍可在一定程度上減小圍峰后變形的圍巖范圍即塑性區(qū)范圍可在一定程度上減小圍巖的碎脹變形、保證巷道的初期穩(wěn)定。巖的碎脹變形、保證巷道的初期穩(wěn)定。 、深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài) 彈性區(qū)為積分

13、常數(shù)待定的彈性應(yīng)力解。彈性區(qū)為積分常數(shù)待定的彈性應(yīng)力解。 塑性區(qū)：分應(yīng)變軟化區(qū)和破碎區(qū)；破碎區(qū)又分為錨固區(qū)塑性區(qū)：分應(yīng)變軟化區(qū)和破碎區(qū)；破碎區(qū)又分為錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外破碎區(qū)。（考慮到深井、軟巖巷道圍巖破碎區(qū)范內(nèi)、錨固區(qū)外破碎區(qū)。（考慮到深井、軟巖巷道圍巖破碎區(qū)范圍較大，以下計(jì)算都認(rèn)為錨固端位于破碎區(qū)內(nèi)基本方程均為圍較大，以下計(jì)算都認(rèn)為錨固端位于破碎區(qū)內(nèi)基本方程均為平衡方程和庫侖準(zhǔn)則。平衡方程和庫侖準(zhǔn)則。 應(yīng)變軟化區(qū)、破碎區(qū)采用以下非關(guān)聯(lián)流動法則：應(yīng)變軟化區(qū)、破碎區(qū)采用以下非關(guān)聯(lián)流動法則： 0ppr應(yīng)變軟化區(qū)的強(qiáng)度準(zhǔn)則為：應(yīng)變軟化區(qū)的強(qiáng)度準(zhǔn)則為： sin1cos)(2sin1sin1prC巖體的

14、剪脹擴(kuò)容系數(shù) ppr 、分別為切向、徑向上的塑性主應(yīng)變分量cM軟化模量，即軟化應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率；R初始屈服時(shí)的最大主應(yīng)變， 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)彈性區(qū)）一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)彈性區(qū)） )cossin(020CprRppr由彈性力學(xué)軸對稱問題的基本解知：由彈性力學(xué)軸對稱問題的基本解知： 20)cossin(1rRCpEprrRCpEup20)cossin(10p 原巖應(yīng)力； PR 巷道圍巖塑性區(qū)半徑； r 巷道圍巖體位置半徑； c 巖體粘結(jié)力； 巖體內(nèi)摩擦角。 徑向應(yīng)力徑向應(yīng)

15、力: 徑向應(yīng)變徑向應(yīng)變: 位位 移移: 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變軟化區(qū)）一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變軟化區(qū)） sin1sin200010)1 (sin1)cot(cos2)cos(cot)sin1 (1cot2cot)1 (sin1cos14pccpcrRrBMCpBMCrRBM11sin1cos4cot)1 (sin1cot2cot)sin1 (1cot2)1 (sin1cos14sin1sin110sin1sin200010rRBMCRrBMCpBMrRBMpCpCcpc)

16、cossin(100CpEB深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)破碎區(qū)內(nèi)錨固區(qū)）一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)破碎區(qū)內(nèi)錨固區(qū)） 112sin1 sin11110cotcotrrCCR112sin1 sin11111101sincotcot1sinrCCR1c 破碎區(qū)內(nèi)錨固區(qū)圍巖的粘結(jié)力； 1 破碎區(qū)內(nèi)錨固區(qū)圍巖的內(nèi)摩擦角。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)破碎區(qū)非錨固區(qū)）一次支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)

17、破碎區(qū)非錨固區(qū)） 112sin2sin1 sin1 sin11110cotcotcotcotmrmRrccccRR112sin2sin1 sin1 sin111101 sincotcotcot1 sinmmRrcccRRc 破碎區(qū)內(nèi)非錨固區(qū)巖體的粘結(jié)力。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v應(yīng)變軟化區(qū)塑性區(qū)半徑應(yīng)變軟化區(qū)塑性區(qū)半徑 1000000012sin1 100122122coscotcot2cot1sin(1)114cos1 sincotcos2cot11sin(1)112cPmcccccccccM BRRM B

18、ccM BM BccM BM BPcM BccM B 111 sin2sinsin2sin1 sin111101cotcotcotmRcccR深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v合理的一次支護(hù)強(qiáng)度、高延伸率保證錨桿支護(hù)作合理的一次支護(hù)強(qiáng)度、高延伸率保證錨桿支護(hù)作用連續(xù)性用連續(xù)性 選擇不同錨桿間排距下錨固體對應(yīng)的力學(xué)參數(shù)及選擇不同錨桿間排距下錨固體對應(yīng)的力學(xué)參數(shù)及原巖應(yīng)力、巖體力學(xué)參數(shù)、巷道半徑、錨固區(qū)半徑值原巖應(yīng)力、巖體力學(xué)參數(shù)、巷道半徑、錨固區(qū)半徑值代入應(yīng)變軟化區(qū)塑性區(qū)半徑的理論計(jì)算公式可知，代入應(yīng)變軟化區(qū)塑性區(qū)半徑的

19、理論計(jì)算公式可知，隨錨桿間排距減小，錨桿支護(hù)強(qiáng)度的增加，巷道圍巖隨錨桿間排距減小，錨桿支護(hù)強(qiáng)度的增加，巷道圍巖塑性區(qū)范圍迅速減?。灰欢A段后，塑性區(qū)減小趨緩，塑性區(qū)范圍迅速減?。灰欢A段后，塑性區(qū)減小趨緩，如下圖。變化拐點(diǎn)的錨桿支護(hù)強(qiáng)度為如下圖。變化拐點(diǎn)的錨桿支護(hù)強(qiáng)度為0.25MPa0.25MPa，這就是，這就是經(jīng)濟(jì)合理的錨桿一次支護(hù)強(qiáng)度。經(jīng)濟(jì)合理的錨桿一次支護(hù)強(qiáng)度。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.1 有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)有限讓壓合理控制圍巖技術(shù)v合理的一次支護(hù)強(qiáng)度合理的一次支護(hù)強(qiáng)度 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控

20、主動卸壓技術(shù) 因此，提出了一種主動有控卸壓的方法釋放變形能，即巷道掘進(jìn)因此，提出了一種主動有控卸壓的方法釋放變形能，即巷道掘進(jìn)時(shí)緊跟迎頭打設(shè)頂板錨桿保證安全、架設(shè)棚式支架，當(dāng)圍巖變形擠壓時(shí)緊跟迎頭打設(shè)頂板錨桿保證安全、架設(shè)棚式支架，當(dāng)圍巖變形擠壓支架時(shí)，主動破碎一定厚度的圍巖，使圍巖與支架之間留有一定的變支架時(shí)，主動破碎一定厚度的圍巖，使圍巖與支架之間留有一定的變形空間、釋放變形能，將高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移。形空間、釋放變形能，將高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移。 長期以來，一次讓壓支護(hù)多采用可縮性金屬支架、預(yù)留巷道斷面長期以來，一次讓壓支護(hù)多采用可縮性金屬支架、預(yù)留巷道斷面和錨噴塑性充填層等支護(hù)方式，并獲得了較好

21、的支護(hù)效果。但目前和錨噴塑性充填層等支護(hù)方式，并獲得了較好的支護(hù)效果。但目前采用的一次讓壓支護(hù)都屬于被動讓壓支護(hù)方式，都是預(yù)先限定了圍巖采用的一次讓壓支護(hù)都屬于被動讓壓支護(hù)方式，都是預(yù)先限定了圍巖的變形空間，如果預(yù)先限定的變形空間太小就不能充分釋放圍巖的變的變形空間，如果預(yù)先限定的變形空間太小就不能充分釋放圍巖的變形能，如果圍巖變形空間過大會使淺部圍巖的弱化程度加大，圍巖的形能，如果圍巖變形空間過大會使淺部圍巖的弱化程度加大，圍巖的整體強(qiáng)度降低，不利于發(fā)揮圍巖的承載能力，尋求一種主動有控卸壓整體強(qiáng)度降低，不利于發(fā)揮圍巖的承載能力，尋求一種主動有控卸壓的支護(hù)方式是解決此問題的關(guān)鍵。的支護(hù)方式是解

22、決此問題的關(guān)鍵。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)全封閉支架開挖空間全封閉支架開挖空間 開挖前開挖前 開挖后開挖后 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)釋放變形能前后垂直應(yīng)力分布釋放變形能前后垂直應(yīng)力分布MPaMPa）1816141210864巷 道2018161214未釋放膨脹變形能釋放膨脹變形能深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)卸壓與圍巖強(qiáng)度弱化的關(guān)系卸壓與圍巖強(qiáng)度弱化的關(guān)系（a放矸卸壓前 R2.4m放矸范圍R2.25m

23、梁單元放矸范圍R2.25mR2.4m（b放矸卸壓后 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)卸壓與圍巖強(qiáng)度弱化的關(guān)系卸壓與圍巖強(qiáng)度弱化的關(guān)系卸壓卸壓1次次0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.0 12.00.002.004.006.008.0010.012.014.016.018.00.002.004.006.008.0010.012.014.016.018.00.00 2.00 4.006.00 8.0010.0 12.014.0 16.0卸壓卸壓4次次卸壓卸壓5次次卸壓卸壓6次次深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二

24、次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)卸壓與圍巖強(qiáng)度弱化的關(guān)系卸壓與圍巖強(qiáng)度弱化的關(guān)系 而相同區(qū)域內(nèi)卸壓而相同區(qū)域內(nèi)卸壓5次時(shí)，粘聚力分別約為次時(shí)，粘聚力分別約為0.667和和0.907MPa，相比沒，相比沒有卸壓時(shí)的降低值分別達(dá)到了有卸壓時(shí)的降低值分別達(dá)到了32.1%和和40.2%左右，降低幅度十分明顯左右，降低幅度十分明顯深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移趨勢不可否認(rèn)應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移趨勢不可否認(rèn)蠕變速度降低的趨勢不可否認(rèn)蠕變速度降低的趨勢不可否認(rèn)無限制地增加卸壓次數(shù)就會利于巷道的穩(wěn)定無限制地增加卸壓次數(shù)就會利

25、于巷道的穩(wěn)定？有控卸壓的理論依據(jù)變形壓力）有控卸壓的理論依據(jù)變形壓力） 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)有控卸壓的理論依據(jù)變形壓力）有控卸壓的理論依據(jù)變形壓力） 邊界2邊界1RbRaRaRaRaq=r(Rb)q=0卸壓后圍巖應(yīng)力狀態(tài)RcRb0.150.15邊界1邊界2r邊界3深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)有控卸壓的理論依據(jù)變形壓力）有控卸壓的理論依據(jù)變形壓力） Kastner公式中塑性變形壓力與塑性區(qū)半徑成反比，塑性區(qū)半徑增大降低。應(yīng)變軟化的變化曲線呈凹形，塑性區(qū)發(fā)展的初始

26、階段，變形壓力隨塑性區(qū)半徑增大而減小，一定階段后，隨塑性區(qū)半徑的增大變形壓力反而有增大的趨勢，應(yīng)變軟化模量越大，粘聚力隨塑性區(qū)發(fā)展的衰減速度越快，圍巖承載能力的下降速度將會加劇。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理3.2 有控主動卸壓技術(shù)有控主動卸壓技術(shù)以往巷道卸壓技術(shù)以往巷道卸壓技術(shù) 卸壓程度過高，塑性區(qū)卸壓程度過高，塑性區(qū)范圍急劇增大造成淺部圍巖范圍急劇增大造成淺部圍巖自身承載能力大幅度降低，自身承載能力大幅度降低，不利于巷道維護(hù)。不利于巷道維護(hù)。 卸壓程度過低，應(yīng)力轉(zhuǎn)卸壓程度過低，應(yīng)力轉(zhuǎn)移效果將不明顯，達(dá)不到卸移效果將不明顯，達(dá)不到卸壓的目的。壓的目的。不易控制卸壓程度不

27、易控制卸壓程度有 控 主 動有 控 主 動卸壓技術(shù)卸壓技術(shù)控制圍巖變形控制圍巖變形空間破碎圍空間破碎圍巖厚度）巖厚度）合 理 的 卸合 理 的 卸壓程度壓程度4 二次支護(hù)時(shí)機(jī)二次支護(hù)時(shí)機(jī)深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理4 二次支護(hù)時(shí)機(jī)二次支護(hù)時(shí)機(jī) 一次支護(hù)后形成的塑性區(qū)具有顯著的流變性質(zhì)。一次支護(hù)后形成的塑性區(qū)具有顯著的流變性質(zhì)。 用彈粘塑性力學(xué)模型分析一次支護(hù)后塑性區(qū)的流用彈粘塑性力學(xué)模型分析一次支護(hù)后塑性區(qū)的流變性質(zhì)。變性質(zhì)。 工程實(shí)踐表明，二次支護(hù)過早將難以抗拒圍巖的工程實(shí)踐表明，二次支護(hù)過早將難以抗拒圍巖的初期劇烈變形，二次支護(hù)過晚，圍巖破壞加劇，自身初期劇烈變形，

28、二次支護(hù)過晚，圍巖破壞加劇，自身承載能力又會急劇下降，即二次支護(hù)在時(shí)間上與圍巖承載能力又會急劇下降，即二次支護(hù)在時(shí)間上與圍巖變形特性不能協(xié)調(diào)。變形特性不能協(xié)調(diào)。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理4 二次支護(hù)時(shí)機(jī)二次支護(hù)時(shí)機(jī)變形速度變形速度/10-6ms-1t/105s圖圖4.1 一次支護(hù)后圍巖變形速度隨時(shí)間變化曲線一次支護(hù)后圍巖變形速度隨時(shí)間變化曲線 垂直移近速度隨時(shí)間變化曲線水平移近速度隨時(shí)間變化曲線深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理4 二次支護(hù)時(shí)機(jī)二次支護(hù)時(shí)機(jī)應(yīng)力應(yīng)力/MPa/MPat/105s圖圖4.2 一次支護(hù)后巷道周邊應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線一次支護(hù)后巷

29、道周邊應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線 水 平 應(yīng) 力 隨 時(shí) 間 變 化 曲 線垂 直 應(yīng) 力 隨 時(shí) 間 變 化 曲 線 對比圖對比圖4.14.1、4.24.2不難看出，巷道周邊應(yīng)力與圍巖變形不難看出，巷道周邊應(yīng)力與圍巖變形速度都逐漸趨于穩(wěn)定的時(shí)間基本一致。速度都逐漸趨于穩(wěn)定的時(shí)間基本一致。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理4 二次支護(hù)時(shí)機(jī)二次支護(hù)時(shí)機(jī)圖圖4.3 二次次支護(hù)后蠕變速度與二次支護(hù)時(shí)間關(guān)系二次次支護(hù)后蠕變速度與二次支護(hù)時(shí)間關(guān)系 二次支護(hù)時(shí)間為二次支護(hù)時(shí)間為600 h600 h時(shí)蠕變速度最小，這與巷道時(shí)蠕變速度最小，這與巷道周邊應(yīng)力和圍巖變形速度穩(wěn)定的時(shí)間段非常接近。周邊應(yīng)力

30、和圍巖變形速度穩(wěn)定的時(shí)間段非常接近。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理4 二次支護(hù)時(shí)機(jī)二次支護(hù)時(shí)機(jī) 高應(yīng)力軟巖巖巷圍巖產(chǎn)生大范圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)高應(yīng)力軟巖巖巷圍巖產(chǎn)生大范圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)難以避免，一次支護(hù)控制高應(yīng)力軟巖巷道圍巖大變形難難以避免，一次支護(hù)控制高應(yīng)力軟巖巷道圍巖大變形難以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)行二次支護(hù)。二次支護(hù)時(shí)機(jī)是決定維護(hù)效以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)行二次支護(hù)。二次支護(hù)時(shí)機(jī)是決定維護(hù)效果的關(guān)鍵因素。二次支護(hù)最佳時(shí)機(jī)是圍巖應(yīng)力、塑性區(qū)果的關(guān)鍵因素。二次支護(hù)最佳時(shí)機(jī)是圍巖應(yīng)力、塑性區(qū)及變形速度趨于穩(wěn)定，此時(shí)圍巖的膨脹變形能得到了充及變形速度趨于穩(wěn)定，此時(shí)圍巖的膨脹變形能得到了充分釋放而

31、圍巖自身承載能力又沒有太多的損失。該時(shí)機(jī)分釋放而圍巖自身承載能力又沒有太多的損失。該時(shí)機(jī)的掌握可以通過對巷道表面位移監(jiān)測，當(dāng)巷道表面位移的掌握可以通過對巷道表面位移監(jiān)測，當(dāng)巷道表面位移速度由快到趨于平緩的拐點(diǎn)附近為二次支護(hù)的最佳支護(hù)速度由快到趨于平緩的拐點(diǎn)附近為二次支護(hù)的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)。時(shí)機(jī)。 5 二次支護(hù)原則及計(jì)算二次支護(hù)原則及計(jì)算深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5 二次支護(hù)原則及計(jì)算二次支護(hù)原則及計(jì)算 深井、軟巖巖巷產(chǎn)生大范圍的破碎區(qū)、塑性深井、軟巖巖巷產(chǎn)生大范圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)難以避免，區(qū)難以避免， 峰后圍巖的應(yīng)力松弛過程中巖體的承載能力峰后圍巖的應(yīng)力松弛過程中巖體的承

32、載能力和強(qiáng)度將持續(xù)弱化和強(qiáng)度將持續(xù)弱化 強(qiáng)度持續(xù)弱化強(qiáng)度持續(xù)弱化持續(xù)蠕變持續(xù)蠕變 采用合理的支護(hù)降低峰后圍巖的應(yīng)力松弛率、采用合理的支護(hù)降低峰后圍巖的應(yīng)力松弛率、限制其強(qiáng)度的持續(xù)弱化，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的低速穩(wěn)限制其強(qiáng)度的持續(xù)弱化，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的低速穩(wěn)定蠕變，就可以保證深部巷道的長期穩(wěn)定，定蠕變，就可以保證深部巷道的長期穩(wěn)定， 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5 二次支護(hù)原則及計(jì)算二次支護(hù)原則及計(jì)算深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.1 基本方程基本方程 二次支護(hù)后巷道圍巖分為粘塑性破碎區(qū)、粘塑性應(yīng)變二次支護(hù)后巷道圍巖分為粘塑性破碎區(qū)、粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)和粘彈性

33、區(qū)。軟化區(qū)和粘彈性區(qū)。 粘彈性區(qū)巖體的流變力學(xué)模型為粘彈性區(qū)巖體的流變力學(xué)模型為HKHK體三元件粘彈性體三元件粘彈性模型。模型。 粘塑性區(qū)圍巖體滿足莫爾粘塑性區(qū)圍巖體滿足莫爾庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，受長時(shí)間庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，受長時(shí)間應(yīng)力作用影響，粘結(jié)力應(yīng)力作用影響，粘結(jié)力C(t)C(t)、C C* *(t)(t)、內(nèi)摩擦角、內(nèi)摩擦角 (t) (t)為時(shí)為時(shí)間間t t的函數(shù)變量，不考慮內(nèi)摩擦角的函數(shù)變量，不考慮內(nèi)摩擦角 (t) (t)的應(yīng)變軟化。的應(yīng)變軟化。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.1 基本方程基本方程v粘彈性區(qū)粘彈性區(qū)cijtHGGcijijeGeeGGts2)(2)(210)

34、(3)(tKtijij0)()()(rttdrtdrr 應(yīng)力偏張量；)(tsij 應(yīng)變偏張量；cije( )ijt 應(yīng)變球張量；( )ijt 應(yīng)力球張量；K 體積模量。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.1 基本方程基本方程v粘塑性區(qū)粘塑性區(qū) 分粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)、粘塑性破碎區(qū)；其基本分粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)、粘塑性破碎區(qū)；其基本方程均為平衡方程和庫侖準(zhǔn)則。方程均為平衡方程和庫侖準(zhǔn)則。 粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)庫侖準(zhǔn)則：粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)庫侖準(zhǔn)則：11)(2)(sin1)(cos2)(sin1)(cos)(2)()(sin1)(sin1)(10rRBtMtttttCttttpcr)(,)(

35、ttr 為二次支護(hù)后徑向應(yīng)力、切線應(yīng)力隨時(shí)間t變化的函數(shù)變量C(t) 粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)粘結(jié)力，為時(shí)間t的函數(shù)變量；C*(t) 粘塑性破碎區(qū)粘結(jié)力，為時(shí)間t的函數(shù)變量； (t) 粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)和粘塑性破碎區(qū)的內(nèi)摩擦角，為時(shí)間t的函數(shù)變量。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.1 基本方程基本方程v粘塑性區(qū)粘塑性區(qū))(sin1)(cos)(*2)()(sin1)(sin1)(tttCttttr 粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)粘結(jié)力，為時(shí)間粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)粘結(jié)力，為時(shí)間t t的函數(shù)變量；的函數(shù)變量； 粘塑性破碎區(qū)粘結(jié)力，為時(shí)間粘塑性破碎區(qū)粘結(jié)力，為時(shí)間t t的函數(shù)變量；的函數(shù)變量； 粘塑性應(yīng)變

36、軟化區(qū)和粘塑性破碎區(qū)的內(nèi)摩擦角，粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)和粘塑性破碎區(qū)的內(nèi)摩擦角，為時(shí)間為時(shí)間t t的函數(shù)變量。的函數(shù)變量。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.2 計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析v粘彈性區(qū)粘彈性區(qū) 由于流變性質(zhì)，一次支護(hù)后的彈性區(qū)轉(zhuǎn)化為粘由于流變性質(zhì)，一次支護(hù)后的彈性區(qū)轉(zhuǎn)化為粘彈性區(qū)，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力為：彈性區(qū)，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力為： 2001( )2(sincos )prRtpGpCErG 巖體的長期彈性模量 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.2 計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析v粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)粘塑性應(yīng)變軟化區(qū) 應(yīng)變軟化區(qū)內(nèi)邊界在應(yīng)變軟化區(qū)內(nèi)邊界

37、在r=Rtr=Rt處，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的處，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)徑向應(yīng)力：粘塑性應(yīng)變軟化區(qū)徑向應(yīng)力：1002sin ()01 s004( )( )cos ( )( )( )cot ( )2cot ( )11sin ( ) (1)12( )cos ( )cot ( )12(sincos )1sin ( ) (1)( )cot ( )pccrcpRMBMBtCrMBpGpCrERC in ()( )cM ( )c ( ) 巖體處于流變停止穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的粘結(jié)力軟化模量； 巖體長期強(qiáng)度的粘結(jié)力； 巖體長期強(qiáng)度的內(nèi)摩擦角。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.2 計(jì)算結(jié)果分析計(jì)

38、算結(jié)果分析v破碎區(qū)內(nèi)非錨固區(qū)破碎區(qū)內(nèi)非錨固區(qū) 破碎區(qū)內(nèi)錨固區(qū)邊界破碎區(qū)內(nèi)錨固區(qū)邊界r=Rmr=Rm處，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的處，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的粘塑性破碎區(qū)徑向應(yīng)力：粘塑性破碎區(qū)徑向應(yīng)力：12sin ( )01 sin ( )00004( )cos ( )11sin ( ) (1)( )( )( )*( ) cot ( )2cot ( )12( )cos ( )cot ( )12(sincos )1sin ( )pcmtrtccRMBRRtRMBCCMBpGpCE 2sin ( )1 sin ( )(1)( )cot ( )*( )cot ( )mpCRCR*( )C 巖體殘余強(qiáng)度階段的長期強(qiáng)度粘結(jié)

39、力； 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.2 計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析v二次支護(hù)提供的徑向平衡應(yīng)力二次支護(hù)提供的徑向平衡應(yīng)力 二次支護(hù)后其應(yīng)力也由靜力平衡方程和摩爾庫二次支護(hù)后其應(yīng)力也由靜力平衡方程和摩爾庫侖準(zhǔn)則求得，當(dāng)侖準(zhǔn)則求得，當(dāng)r rRmRm在錨固區(qū)外邊界位置處，巖體在錨固區(qū)外邊界位置處，巖體處于流變停止、穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，促進(jìn)深部圍巖體穩(wěn)定處于流變停止、穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，促進(jìn)深部圍巖體穩(wěn)定的徑向應(yīng)力為：的徑向應(yīng)力為：222sin()1 sin()22220( ) cot( )( )cot( )mrRCCR2( )C 二次支護(hù)后錨固區(qū)圍巖體長期穩(wěn)定時(shí)的粘結(jié)力；二次支護(hù)后錨固區(qū)圍巖

40、體長期穩(wěn)定時(shí)的粘結(jié)力； 2( ) 二次支護(hù)后錨固區(qū)圍巖體長期穩(wěn)定時(shí)的內(nèi)摩擦角。二次支護(hù)后錨固區(qū)圍巖體長期穩(wěn)定時(shí)的內(nèi)摩擦角。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.2 計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析v巷道穩(wěn)定條件巷道穩(wěn)定條件 二次支護(hù)在錨固區(qū)外邊界位置二次支護(hù)在錨固區(qū)外邊界位置r rRmRm處提供的徑處提供的徑向穩(wěn)定應(yīng)力大于或等于非錨固區(qū)內(nèi)在向穩(wěn)定應(yīng)力大于或等于非錨固區(qū)內(nèi)在r rRmRm處所需的處所需的徑向應(yīng)力值時(shí)，巷道可處于長期穩(wěn)定狀態(tài)即：徑向應(yīng)力值時(shí)，巷道可處于長期穩(wěn)定狀態(tài)即：深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理5.2 計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析v巷道穩(wěn)定條件巷道穩(wěn)

41、定條件 r (t)r (t=0)tr (t=)pnpnpnr (t=)mnr (t=)pn穩(wěn)定狀態(tài)r (t=)mnr (t=)pn=臨界穩(wěn)定狀態(tài)r (t=)mnr (t=)pn不穩(wěn)定狀態(tài)6 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.1 某礦某礦1的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例 某礦某礦1 1的的-850m-850m二采軌道下山為二采軌道下山為-850m-850m水平二采區(qū)水平二采區(qū)輔助運(yùn)輸下山，位于砂質(zhì)頁巖和中砂巖互層中。砂質(zhì)輔助運(yùn)輸下山，位于砂質(zhì)頁巖和中砂巖互層中。砂質(zhì)頁巖灰色、性脆、具貝殼狀斷口；中砂巖灰白色，鈣頁巖灰色、性脆、具貝殼狀斷口；中砂巖灰白色，鈣質(zhì)膠結(jié)，成分

42、以石英長石為主，含較多暗色礦物，圍質(zhì)膠結(jié)，成分以石英長石為主，含較多暗色礦物，圍巖抗壓強(qiáng)度小。埋深巖抗壓強(qiáng)度小。埋深9989981065m1065m，為深部巷道；現(xiàn)場，為深部巷道；現(xiàn)場巷道變形特征也表明二采軌道下山長期流變、大變形、巷道變形特征也表明二采軌道下山長期流變、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維護(hù)困難，顯現(xiàn)出深井、軟巖巖巷圍巖的變形破碎特征。為了保持巷道圍巖的穩(wěn)定，實(shí)踐證明二次支護(hù)是征。為了保持巷道圍巖的穩(wěn)定，實(shí)踐證明二次支護(hù)是行之有效的方法。為了有效地應(yīng)用二次支護(hù)，必須研行之有效的方法。為了有效地應(yīng)用二次支護(hù)，必須研究二次支護(hù)的基本理論及合理確定其主要參數(shù)。究

43、二次支護(hù)的基本理論及合理確定其主要參數(shù)。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.1 某礦某礦1的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例 一次支護(hù)錨桿間排距為一次支護(hù)錨桿間排距為800800800mm800mm，錨桿為直徑，錨桿為直徑22mm22mm、長、長度度2.4m2.4m的全螺紋等強(qiáng)錨桿，的全螺紋等強(qiáng)錨桿，23%23%。一次支護(hù)一次支護(hù)有限讓壓控制圍巖有限讓壓控制圍巖二次支護(hù)二次支護(hù)使圍巖停止蠕變轉(zhuǎn)使圍巖停止蠕變轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定狀態(tài)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，間排距為與一次錨桿布置呈五花型，間

44、排距為800800800mm800mm，錨桿為直徑，錨桿為直徑22mm22mm、長度、長度2.4m2.4m的左旋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。注漿材料采用的左旋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。注漿材料采用ZKDZKD高水速凝材料高水速凝材料 ，注漿孔深，注漿孔深2.5m2.5m。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.1 某礦某礦1的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v二次支護(hù)理論計(jì)算分析二次支護(hù)理論計(jì)算分析 該礦該礦850m850m水平地應(yīng)力測量結(jié)果表明，最大主應(yīng)力水平地應(yīng)力測量結(jié)果表明，最大主應(yīng)力值為值為39.77MPa39.77MPa，理論計(jì)算中按原巖應(yīng)力，理論計(jì)算中按原巖應(yīng)力P0=40MPaP0=40MPa進(jìn)

45、行分進(jìn)行分析。目前煤礦巷道中應(yīng)用的錨桿規(guī)格主要為析。目前煤礦巷道中應(yīng)用的錨桿規(guī)格主要為L=2000L=20002400mm2400mm長度的錨桿，由于地應(yīng)力高，圍巖松動圈較大，長度的錨桿，由于地應(yīng)力高，圍巖松動圈較大，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)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)測錨桿的工作阻力為測錨桿的工作阻力為130kN130kN。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.1 某礦某礦1的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v二次支護(hù)理論計(jì)算分析二次支護(hù)理論計(jì)算分析 原巖應(yīng)力下巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)為：原巖應(yīng)力下巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)為：040MPa, 3.0MPa,

46、0.3MPa, 35280MPa, 4000MPa, 0.3( )1.3MPa, ( )0.32MPa, ( )280MPa, E( )2700MPaccPccMEccM 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)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：如下：110.45MPa, 33c 二次錨桿及注漿加固后，加固區(qū)對應(yīng)圍巖體穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)二次錨桿及注漿加固后，加固區(qū)對應(yīng)圍巖體穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的力學(xué)參數(shù)為：的力學(xué)參數(shù)為：22( )0.84MPa, ( )32.8c 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.1 某礦某礦1的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v二次支護(hù)理論計(jì)算分析二次支護(hù)

47、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)邊界二次支護(hù)后巷道圍巖體穩(wěn)定時(shí)，錨固區(qū)邊界r rRmRm處巖體的徑向應(yīng)力參照處巖體的徑向應(yīng)力參照5.25.2節(jié)計(jì)算公式可得：節(jié)計(jì)算公式可得： 4.81MPar 二次錨桿、注漿加固后，錨桿及注漿加固區(qū)處于長二次錨桿、注漿加固后，錨桿及注漿加固區(qū)處于長期穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)錨固區(qū)邊界期穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)錨固區(qū)邊界r rRmRm處，提供的徑向平衡應(yīng)處，提供的徑向平衡應(yīng)力由力由5.25.2節(jié)計(jì)算公式可得：節(jié)計(jì)算公式可得：2sin32.81 sin32.84.20.84cot32.812.15.37(MPa)r深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.1 某礦

48、某礦1的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v二次支護(hù)理論計(jì)算分析二次支護(hù)理論計(jì)算分析 徑向平衡應(yīng)力可達(dá)到徑向平衡應(yīng)力可達(dá)到5.37MPa5.37MPa，大于深部圍巖體穩(wěn)定時(shí)所需要的，大于深部圍巖體穩(wěn)定時(shí)所需要的徑向應(yīng)力值徑向應(yīng)力值4.81MPa4.81MPa，保證了巷道處于長期的穩(wěn)定狀態(tài)。，保證了巷道處于長期的穩(wěn)定狀態(tài)。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例 某礦某礦2 2井底車場巷道群埋深井底車場巷道群埋深520m520m，所處地層為二疊，所處地層為二疊系石盒子組下部，位于泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖互層中，系石盒子組下部，位于泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖互層中，被落

49、差被落差4545110m 3110m 3條大斷層切割，圍巖呈碎裂結(jié)構(gòu)，層條大斷層切割，圍巖呈碎裂結(jié)構(gòu)，層理紊亂，節(jié)理發(fā)育，粉砂巖節(jié)理的平均間距小于、等于理紊亂，節(jié)理發(fā)育，粉砂巖節(jié)理的平均間距小于、等于0.2m0.2m。圍巖抗壓強(qiáng)度小，泥巖中黏土礦物含量。圍巖抗壓強(qiáng)度小，泥巖中黏土礦物含量75%75%78%78%，遇水易膨脹泥化。受圍巖松軟低強(qiáng)度和埋深及地質(zhì)構(gòu)造遇水易膨脹泥化。受圍巖松軟低強(qiáng)度和埋深及地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力大的雙重作用影響，巷道變形初期來壓快、變形量應(yīng)力大的雙重作用影響，巷道變形初期來壓快、變形量大；穩(wěn)定后圍巖仍以一定速度長時(shí)間持續(xù)流變、大變形，大；穩(wěn)定后圍巖仍以一定速度長時(shí)間持續(xù)流變、大

50、變形，巷道圍巖變形強(qiáng)烈。巷道圍巖變形強(qiáng)烈。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v試驗(yàn)巷道二次支護(hù)工作阻力計(jì)算試驗(yàn)巷道二次支護(hù)工作阻力計(jì)算 根據(jù)某礦根據(jù)某礦2 2井下條件，進(jìn)行了一次錨桿支護(hù)、二次大剛度高井下條件，進(jìn)行了一次錨桿支護(hù)、二次大剛度高強(qiáng)度支護(hù)工作阻力計(jì)算。巷道圍巖巖性泥巖，考慮巖體與巖石強(qiáng)度支護(hù)工作阻力計(jì)算。巷道圍巖巖性泥巖，考慮巖體與巖石力學(xué)性質(zhì)的差別，原巖應(yīng)力及巖體的有關(guān)參數(shù)為：力學(xué)性質(zhì)的差別，原巖應(yīng)力及巖體的有關(guān)參數(shù)為：P0=13MPaP0=13MPa、C=1.2MPaC=1.2MPa、C C* *=0.25 MPa=0.2

51、5 MPa、Mc=160 MPaMc=160 MPa、 =30 =30v=0.3v=0.3、E=2000MPaE=2000MPa、=2=2、 C (t) =0.884MPa C (t) =0.884MPaC C* *(t)=0.162 MPa(t)=0.162 MPa、Mc (t)=122 MPaMc (t)=122 MPa、 (t)=20 (t)=20、E E=1400MPa=1400MPa 按圓形巷道計(jì)算，巷道半徑按圓形巷道計(jì)算，巷道半徑R0=2.4mR0=2.4m。一次錨桿支護(hù)工作阻。一次錨桿支護(hù)工作阻力力q q0.304MPa0.304MPa，錨固長度，錨固長度LmLm2.5m2.5m

52、。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v試驗(yàn)巷道二次支護(hù)工作阻力計(jì)算試驗(yàn)巷道二次支護(hù)工作阻力計(jì)算 將試驗(yàn)巷道一、二次支護(hù)有關(guān)參數(shù)代入二次將試驗(yàn)巷道一、二次支護(hù)有關(guān)參數(shù)代入二次支護(hù)最大工作阻力計(jì)算公式得：支護(hù)最大工作阻力計(jì)算公式得： 21.97MPaq 料石碹強(qiáng)度高且為脆性，材料性質(zhì)在極限破料石碹強(qiáng)度高且為脆性，材料性質(zhì)在極限破壞之前可視為線彈性。因此，剛性料石碹的極限壞之前可視為線彈性。因此，剛性料石碹的極限受力狀態(tài)為周邊巖石達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度、碹體內(nèi)受力狀態(tài)為周邊巖石達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度、碹體內(nèi)部基本為彈性變形。部基本為彈性變形。v剛性料石碹

53、的理論承載能力剛性料石碹的理論承載能力 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例根據(jù)彈性力學(xué)軸對稱問題的厚壁圓筒應(yīng)力解：根據(jù)彈性力學(xué)軸對稱問題的厚壁圓筒應(yīng)力解：v剛性料石碹的理論承載能力剛性料石碹的理論承載能力 22202iiiRPRRc巷道周邊巷道周邊r rR0,R0,料石碹極限承載能力狀態(tài)時(shí)，料石碹極限承載能力狀態(tài)時(shí)，r rR0R0， ，碹體對圍巖支護(hù)強(qiáng)度為，碹體對圍巖支護(hù)強(qiáng)度為( (料料石碹在圓形巷道受均布載荷情況石碹在圓形巷道受均布載荷情況) )：0022211.13MPa, 2.5 (),2.8596.55MPa2ciiiiRmRRP

54、RR巷道半徑（支護(hù)體半徑）（巖石單軸礦壓強(qiáng)度） 由計(jì)算結(jié)果可知，封閉的料石碹、混凝土碹支護(hù)能夠滿由計(jì)算結(jié)果可知，封閉的料石碹、混凝土碹支護(hù)能夠滿足二次支護(hù)大剛度與高工作阻力的要求，實(shí)現(xiàn)巷道穩(wěn)定。足二次支護(hù)大剛度與高工作阻力的要求，實(shí)現(xiàn)巷道穩(wěn)定。深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴，二次支護(hù)：錨網(wǎng)噴索支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴，二次支護(hù)：錨網(wǎng)噴索 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴

55、、混凝土底拱支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴、混凝土底拱 ，二次，二次支護(hù)：錨網(wǎng)噴索支護(hù)：錨網(wǎng)噴索 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴，二次支護(hù)：全斷面半支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴，二次支護(hù)：全斷面半剛性料石碹單層）剛性料石碹單層） 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴支護(hù)方式：一次支護(hù)：錨網(wǎng)噴 擴(kuò)刷擴(kuò)刷 ，二次支護(hù)：，二次支護(hù)：全斷面半剛性料石碹雙層）全斷面半剛性料石碹雙層） 深井、

56、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.2 某礦某礦2的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 二次支護(hù)后穩(wěn)定期巷道變形速度二次支護(hù)后穩(wěn)定期巷道變形速度深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.3 某礦某礦3的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例v某礦某礦3 3西大巷埋深西大巷埋深545m545m，位于泥巖和砂質(zhì)泥巖互層中，位于泥巖和砂質(zhì)泥巖互層中，構(gòu)造復(fù)雜。水平應(yīng)力構(gòu)造復(fù)雜。水平應(yīng)力22.0MPa22.0MPa，是垂直應(yīng)力的，是垂直應(yīng)力的2.02.0倍左倍左右。水平應(yīng)力與泥巖抗壓強(qiáng)度之比為右。水平應(yīng)力與泥巖抗壓強(qiáng)度之比為1.571.57，水平應(yīng)力，水平應(yīng)力與砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度之比為

57、與砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度之比為1.141.14。v泥巖中粘土礦物含量為泥巖中粘土礦物含量為75758989，其中伊蒙層含量為，其中伊蒙層含量為25253333，伊利石含量為，伊利石含量為2 24 4，高嶺土含量為，高嶺土含量為14143333，綠泥石含量，綠泥石含量25253232，強(qiáng)吸水、遇水急劇膨脹，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)泥化，風(fēng)化；層理破碎，層理節(jié)理裂隙十分發(fā)育。節(jié)理組理組33，節(jié)理數(shù)平均為，節(jié)理數(shù)平均為12123232條條/m3/m3，平均間距，平均間距0.2m0.2m。西大巷為典型的深井、軟巖巖巷。西大巷為典型的深井、軟巖巖巷。 深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.3 某礦某礦3的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用實(shí)例西大巷原采用的西大巷原采用的具有代表性的支具有代表性的支護(hù)方式護(hù)方式深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理深井、軟巖巖巷二次支護(hù)原理6.3 某礦某礦3的應(yīng)用實(shí)例的應(yīng)用