重要文件初步設(shè)計(jì)v

1、設(shè)計(jì)巷道：北一（6-2）上山采區(qū)6煤底板回風(fēng)巷：中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)設(shè)計(jì)寧廣設(shè) 計(jì) 人：審 核 人：審核意見：1)結(jié)合初始階段的同步礦壓觀測和施工信息反饋進(jìn)行方案優(yōu)化；落實(shí)本設(shè)計(jì)的施工階段，安排專人配合礦方開展現(xiàn)場試驗(yàn)工作，規(guī)范現(xiàn)場施工操作技術(shù)和過程管理； 進(jìn)一步開展同步的方案優(yōu)化及支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)措施。2)3)目錄1概述. - 1 -1.11.21.3說明. - 1 -工程地質(zhì)條件 . - 1 -工程地質(zhì)特征分析 . - 4 -1.3.1 圍巖應(yīng)力場分析. - 4 -1.3.2 巷道破壞特征. - 4 -2研究現(xiàn)狀. - 6 -2.1軟道支護(hù)理論. - 6 -國外研究現(xiàn)狀. - 6 -國內(nèi)研究現(xiàn)狀. -

2、 8 -道支護(hù)技術(shù) . - 9 -2.1.12.1.2軟2.2軟3道支護(hù)理論及技術(shù)新發(fā)展. - 12 -巷道斷面形狀優(yōu)化數(shù)值計(jì)算分析 . - 12 -3.13.1.13.1.23.1.33.1.4數(shù)值計(jì)算模型及有關(guān)參數(shù). - 12 -圍巖塑性區(qū)分布. - 14 -斷面形狀選擇. - 16 -最小加固長度的確定. - 19 -3.23.3破裂巖體的注漿加固性能. - 21 -. - 22 -3.3.13.3.23.3.3底板鎖注技術(shù). - 22 -錨. - 22 -中空注漿錨索. - 23 -4巷道支護(hù)設(shè)計(jì). - 23 -4.1 支護(hù)方案選擇 . - 23 -4.2 錨網(wǎng)索支護(hù) . - 25 -

3、4.2.14.2.24.2.3支護(hù)形式及參數(shù). - 25 -噴漿. - 27 -支護(hù)強(qiáng)度比較. - 27 -4.3架棚+深孔注漿. - 30 -4.3.14.3.24.3.3架棚. - 30 -噴漿. - 31 -深孔注漿. - 31 -4.44.5錨. - 32 -中空注漿錨索. - 34 -5 施工工藝要求. - 38 -5.1 安裝要求 . - 38 -5.1.15.1.25.1.2錨桿安裝要求. - 38 -頂板錨索安裝要求. - 38 -中空注漿錨索施工要求. - 39 -5.2 特別提醒. - 39 -5.2.15.2.25.2.3質(zhì)量注意事項(xiàng). - 39 -錨索安裝注意事項(xiàng). -

4、 39 -注漿注意事項(xiàng). - 40 -6 設(shè)計(jì)說明及其它要求. - 40 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)1 概述1.1 說明1）本支護(hù)方案及參數(shù)設(shè)計(jì)北一（6-2）上山采區(qū)6煤底板回風(fēng)巷，設(shè)計(jì)依據(jù)為礦方已掌握的巷道圍巖賦存及相關(guān)地質(zhì)資料。2) 從現(xiàn)場調(diào)研及相關(guān)礦壓顯現(xiàn)情況看，北一（6-2）上山采區(qū)6煤底板回風(fēng)巷自撥門開始至結(jié)束位置一幫始終毗鄰一系列斷層所組成的斷層群，巷道軸線方向與斷層群基本一致，近距斷層群將會對巷道掘進(jìn)及維護(hù)產(chǎn)生較大影響；預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)過程中將先后穿過7條斷層；礦壓顯現(xiàn)通常具有典型軟道的流變特性；加之巷道服務(wù)年限在10年以上，其圍巖長時穩(wěn)定性極為

5、。3）本設(shè)計(jì)依據(jù)理論分析結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)開展，鑒于巷道圍巖變形的分區(qū)域特性，性采用錨網(wǎng)索、“架棚+深孔注漿”、“架棚+深孔注漿+錨”和“架棚+深孔注漿+中空注漿錨索”四種方案，并通過實(shí)時礦壓觀測結(jié)果對支護(hù)效果進(jìn)行評價，同時確定后續(xù)支護(hù)方案的調(diào)整。1.2 工程地質(zhì)條件北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)段位于 6-2 煤及 4 煤層之間，自北一（6-2）采區(qū)回風(fēng)石門撥門，以方位角 303，跟 6 煤底板施工，平均垂距 20m 左右。與之平行布置的巷道包括 6 煤膠帶機(jī)上山、6 煤底板回風(fēng)上山、6 煤底板軌道上山三條巷道，平距分別為 30m、40m、60m；6 煤膠帶機(jī)上山在6-2 煤層

6、中掘進(jìn)，其余兩條巷道與 6 煤底板平剖面圖如圖 1-1 所示?；仫L(fēng)巷層位基本相同。巷道布置6 煤底板回風(fēng)巷掘進(jìn)層位主要位于泥巖和砂泥巖互層中，頂板巖性主要為細(xì)砂巖、煤線、泥巖，底板主要為砂泥巖互層、粉細(xì)砂道巖性綜合柱狀圖如圖 1-2 所示。- 1 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)圖 1-1 巷道布置平剖面圖- 2 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)圖 1-2 6 煤底板回風(fēng)巷巖性綜合柱狀圖6 煤底板回風(fēng)巷自撥門開始至結(jié)束位置一幫始終毗鄰一系列斷層所組成的斷層群，已探明斷層有 SF49、SF55、Fs263、Fs905、Fs909、F

7、92 及 F92-3，巷道軸線方向與斷層群基本一致。根據(jù) 6 煤底板回風(fēng)上山掘進(jìn)斷層情況，預(yù)計(jì) 6 煤底板D6-D12 七條斷層。對巷道回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中將先后掘進(jìn)影響較大的斷層及其參數(shù)見表 1-1。- 3 -柱 狀層厚巖石名稱巖性描述10.40.960.262.50中細(xì)砂巖泥巖煤線泥巖淺灰色,中細(xì)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，水平層理清晰，巖性堅(jiān)硬，性脆?；疑?塊狀,性脆易碎,斷口平坦,細(xì)小裂隙發(fā)育,局部含砂質(zhì)泥巖。黑色,粉末狀為主，發(fā)育不穩(wěn)定，灰分含量較高?；疑?塊狀,性脆易碎,斷口平坦,細(xì)小裂隙發(fā)育,局部含粉砂質(zhì)。3.666-2煤黑色,粉末狀為主，次為塊狀，鱗片狀，片狀，暗煤為主，弱光澤光澤，夾少量鏡煤條帶及

8、線炭，屬半暗型煤,含矸石。1.70泥巖灰色,塊狀,性脆易碎,斷口平坦,細(xì)小裂隙發(fā)育,局部含砂質(zhì)泥巖。0.287.9014.20煤線細(xì)砂巖砂質(zhì)泥巖黑色,粉末狀為主，發(fā)育不穩(wěn)定，灰分含量較高。淺灰色,細(xì)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，含較多暗色礦物,局部夾泥質(zhì)條帶，巖性堅(jiān)硬，性脆， 局部含有少量粉砂巖及微量中砂巖?；疑?含砂不均,往下增多,上部含菱鐵鮞子,含痕木化石,局部相變?yōu)槟鄮r.6.503.300.74砂泥巖互層粉細(xì)砂巖4-2煤粉細(xì)砂巖與砂質(zhì)泥巖互層，灰色到灰白色，致密,塊狀,以粉細(xì)砂巖為主， 局部可見炭屑，水平層理清晰。淺灰色,細(xì)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，含較多暗色礦物,局部夾泥質(zhì)條帶，巖性堅(jiān)硬， 性脆，局部含有微量中砂巖。黑色

9、，塊狀為主，局部粉狀和片狀，油脂光澤,暗煤、為主，夾少量鏡煤條帶和絲炭，半暗型半亮型，屬不穩(wěn)定局部可采煤層。2.340.72泥巖4-1煤灰色,塊狀,性脆易碎,斷口平坦,細(xì)小裂隙發(fā)育,局部含粉砂質(zhì)。黑色,塊狀為主，弱油脂光澤油脂光澤，暗煤、為主，夾少量鏡煤條帶及絲炭，常伴生有4-2煤，半暗型半亮型，屬不穩(wěn)定局部可采煤層。7.10泥巖灰色,塊狀,性脆易碎,斷口平坦,細(xì)小裂隙發(fā)育,局部含砂質(zhì)泥巖及鮞狀鋁質(zhì)泥巖。北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)表 1-1 預(yù)計(jì)對 6 煤底板回風(fēng)巷掘進(jìn)影響較大的斷層及其參數(shù)斷層名稱傾向傾角性質(zhì)落差程度F9230033012021050650

10、35.0m正較高F92-329530820521875正022.0m較高Fs26323714770正2.0m較高Fs9092902060752.5m正較低Fs905295256070正07m較低1.3 工程地質(zhì)特征分析1.3.1 圍巖應(yīng)力場分析巖體的構(gòu)造應(yīng)力尚無法用數(shù)學(xué)、力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算分析，構(gòu)造應(yīng)力的大小只能采用現(xiàn)場應(yīng)測的方法測定。但是，構(gòu)造應(yīng)力的方向可以根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的方法加以。依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造和巖石強(qiáng)度理論，一般認(rèn)為自重應(yīng)力是主應(yīng)力之一，另一主應(yīng)力與斷裂構(gòu)造體系正交。對于正斷層，自重應(yīng)力s z 是最大主應(yīng)力，即s1 = gH ，最小主應(yīng)力s 3 與斷層帶正交。與 6 煤底板回風(fēng)巷相毗鄰的一系

11、列斷層，多為正斷層，且與巷道基本一致，即方位角 303，據(jù)此可以對6煤底板回風(fēng)巷所處位置的應(yīng)力場作出推斷：（1）自重應(yīng)力s z 為最大主應(yīng)力，估算s z = gH = 15 MPa；（2）最小主應(yīng)力s 3 與斷層構(gòu)造體系正交，因此與 6 煤底板正交，其方位角約為 213；回風(fēng)巷軸向（3）中間主應(yīng)力s 2 與斷層構(gòu)造體系303。根據(jù)最大水平應(yīng)力理論，從單一的巷道圍巖應(yīng)力場角度分析，巷道方位布置即巷道軸向一致，其方位角約為較為合理，有利于巷道的維護(hù)。1.3.2 巷道破壞特征前期課題組對6 煤底板回風(fēng)巷及其鄰近巷道6 煤底板回風(fēng)上山進(jìn)行了細(xì)致的現(xiàn)場調(diào)研及觀測工作，掌握了巷道的破壞特征。- 4 -北一

12、（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)1）底板回風(fēng)巷維護(hù)情況調(diào)研巷道的范圍包括底板回風(fēng)巷下山方向 135m，上山方向 105m 左右，最早掘出的巷道距調(diào)研時兩左右，具體巷道破壞情況如下：（1）巷道整體變形明顯，掘進(jìn)初期標(biāo)示的整齊腰線，在掘進(jìn)一呈現(xiàn)左右擺動和上下起伏狀；后基本（2）大部分支架頂梁尚未出現(xiàn)壓平及扭曲現(xiàn)象，但部分支架肩角開始出現(xiàn)變形，一般靠近斷層群一側(cè)變形大于遠(yuǎn)離斷層群一側(cè)；（3）棚腿在頂梁下沉的作用下，發(fā)生內(nèi)擠，使得與回填矸石之間產(chǎn)生較大空隙，最大空隙可以達(dá)到 15cm 左右，使得原本背護(hù)不實(shí)的棚后出現(xiàn)洞，支架受力進(jìn)一步；空（4）在巷道掘出 1，棚間金屬笆片普遍

13、鼓出，頂板笆片鼓出尤為明顯；（5）下山方向由于巖性較差，與上山方向相比變形更為嚴(yán)重。2）底板回風(fēng)上山維護(hù)情況底板回風(fēng)上山 11 年 1 月開始掘進(jìn)。整條巷道的維護(hù)情況呈現(xiàn)明顯的分區(qū)特性，自聯(lián)巷口開始大致依次分為 3 個區(qū)域，以聯(lián)巷口 A 點(diǎn)為原點(diǎn)，各區(qū)域大致范圍如圖 1-3 所示。頂板破壞嚴(yán)重，呈“V”字300m底鼓明顯170m ACBDFE300m300m600m底鼓、棚腿內(nèi)擠區(qū)頂板劇烈變形區(qū)相對穩(wěn)定區(qū)圖 1-3底板回風(fēng)上山礦壓顯現(xiàn)分區(qū)示意圖各區(qū)域典型變形特征如下：（1）底鼓、棚腿內(nèi)擠區(qū)（AB）：該區(qū)域的大致范圍是前 300m，其顯著特征是底鼓明顯，棚腿普遍內(nèi)擠，且遠(yuǎn)離斷層群一幫內(nèi)擠超過靠近

14、斷層群一幫；前170m 范圍（AC）內(nèi)底鼓尤為明顯，軌道傾斜，巷道最小高度僅為 2900mm，相比設(shè)計(jì)高度 3830mm，減少了 930mm，占設(shè)計(jì)高度的 24%；（2） 相對穩(wěn)定區(qū)（BD）：該區(qū)域的大致范圍是 300-600m，與前一區(qū)域相比底鼓及棚腿內(nèi)擠程度明顯降低，巷道高度普遍在 3700mm 以上；（3） 頂板劇烈變形區(qū)（DE）：該區(qū)域的大致范圍是 600-1200m，這一區(qū)域- 5 -聯(lián)巷北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)巷道的顯著特征是頂板變形明顯，頂梁扭曲壓平；其中 900-1200m（FE）區(qū)域頂板破壞最為嚴(yán)重，雖然頂板及肩角施工了錨索或錨桿，但頂梁

15、仍然被擰為麻花狀，多個地點(diǎn)頂梁呈向下的“V”字形，甚至折斷；一處地點(diǎn)發(fā)生漏矸。6 煤底板回風(fēng)巷與 6 煤底板回風(fēng)上山層位、方位角、傾角、掘進(jìn)長度、巷道跨度、支護(hù)形式大致相同，兩者具有很好的可比性。而 6 煤底板回風(fēng)巷更為靠近斷層群，服務(wù)年限更長，因此與 6 煤底板回風(fēng)上山相比其難度更大。6 煤底板回風(fēng)上山應(yīng)用現(xiàn)有支護(hù)形式發(fā)生了較大程度的變形，因此將單一的架棚支護(hù)應(yīng)用于難度更大的 6 煤底板回風(fēng)巷，不能適應(yīng)圍巖變形的分區(qū)特性，礦壓顯現(xiàn)將更為劇烈。2 研究現(xiàn)狀2.1 軟道支護(hù)理論2.1.1 國外研究現(xiàn)狀（1）古典理論20世紀(jì)初發(fā)展起來的以、朗肯和金理論為代表的的各種古典是其上覆巖層的重量gH ，它

16、們的不同之處理論認(rèn)為，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的認(rèn)為是 1 ，朗肯根據(jù)松散體理論認(rèn)為是是對側(cè)壓系數(shù)的定義方式： tan 2 (45 -j / 2) ，金根據(jù)彈性理論認(rèn)為是m(1- m) 。其中，m 、j 、g 分別表示巖體的泊松比、內(nèi)摩擦重。由于當(dāng)時工程埋藏深度不大，因而度認(rèn)為這些理論是正確的。（2）散體理論隨著開挖深度的增加，人們發(fā)現(xiàn)古典理論在許多方面都與實(shí)際不符，于是，出現(xiàn)了散體理論。該理論認(rèn)為：工程埋藏深度較大時，作用在支護(hù)上的，不是上覆巖體重量，而只是圍巖內(nèi)松動巖體重量，的高度與工程跨度和圍巖性質(zhì)有關(guān)。可作為代表的有普氏理論和太沙基冒落拱理論。普氏認(rèn)為在松散介質(zhì)中開挖巷道后，其上方會形成一個拋

17、物線形自然平衡拱，該平衡拱曲線上方的地層處于自平衡狀態(tài)，其下方是潛在的破裂范圍。該理- 6 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)論將平衡拱內(nèi)的圍巖作為支護(hù)對象，支護(hù)荷載只是內(nèi)的巖石重量。太沙基松散介質(zhì)理論的立論基礎(chǔ)與普氏理論基本相同，只是認(rèn)為為矩形，也未考慮圍巖的變形因素。因此，松散介質(zhì)地壓理論只適用于變形小的淺部（能夠形成自然平衡拱的深度）松散地層。（3）新奧法（NATM）20 世紀(jì) 60 年代，奧地利工程師 L.V.Rabcewicz 在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 提出了一種新的隧道設(shè)計(jì)施工方法，稱為新奧地利隧道施工方法（New AustrianTunneling

18、Method），簡稱“新奧法（NATM）”。新奧法目前已成為工程的主要設(shè)計(jì)施工方法之一。1978 年，L.Mller 教授比較全面地論述了新奧法的基本指導(dǎo)思理和主要原則，并將其概括為 22 條。1980 年，奧地利土木工程學(xué)會空間分會把“新奧法”定義為：“在巖體或土體中設(shè)置的以使空間的周圍巖體形成一個中空筒狀支承環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的設(shè)計(jì)施工方法”?！靶聤W法”的是利用圍巖的自承作用來支撐隧道，促使圍巖本身變?yōu)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，使圍巖與構(gòu)筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成堅(jiān)固的支承環(huán)。（4）能量支護(hù)理論20 世紀(jì) 70 年代，M.D.Salamon 等人提出了能量支護(hù)理論。該理論認(rèn)為，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用、共

19、同變形，在變形過程中，圍巖一部分能量，支護(hù)結(jié)構(gòu)吸收一部分能量，但總的能量沒變化。因而，主張利用支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使支架自動調(diào)整圍巖的能量和支護(hù)體吸收的能量，支護(hù)結(jié)構(gòu)具有自動多余能量的功能。（5）應(yīng)力應(yīng)用圍巖應(yīng)力理論理論是對巷道圍巖進(jìn)行的最有效的途徑。應(yīng)力理論也稱為圍巖弱化法、卸壓法等，于，其基本原理是通過一定的技術(shù)手段改變某些部分圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，通過局部弱化圍巖來調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài)，圍巖內(nèi)力及能量分布，人為降低支承區(qū)圍巖的承載能力，使支承向圍巖深部轉(zhuǎn)移，使巷道始終處于良好的應(yīng)力環(huán)境，從而達(dá)到提高其穩(wěn)定性的目的。（6）應(yīng)變理論- 7 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)

20、初步設(shè)計(jì)圍巖支護(hù)的應(yīng)變理論由和櫻井春輔提出。該理論認(rèn)為，隧道圍巖的應(yīng)變隨支護(hù)強(qiáng)度的增加而減小，而容許應(yīng)變則隨支護(hù)強(qiáng)度的增加而增大。因此，通過增加支護(hù)強(qiáng)度，能較容易地將圍巖應(yīng)變在容許應(yīng)變范圍之內(nèi)。（7）20 世紀(jì) 90 年代，澳大利亞等人又提出了最大水平主應(yīng)力理論。該理論認(rèn)為：全球范圍內(nèi)原巖應(yīng)力的實(shí)測結(jié)果表明，最大主應(yīng)力常為水平方向。當(dāng)巷道的軸線方向與最大主應(yīng)力方向一致時，巷道穩(wěn)定性好；兩者相垂直時，巷道穩(wěn)定性差。采礦工程巷道因受礦置的制約，不便于選擇巷道的軸向，當(dāng)條件時，應(yīng)盡量按最大水平主應(yīng)力方向予以調(diào)整。（8）數(shù)值計(jì)算方法目前，數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展日趨成熟，限單元法、邊界元法、離散元法等，以此

21、為理論基礎(chǔ)的計(jì)算軟件大量涌現(xiàn)，如 ADINA、NOLM、UDEC、SAP、FLAC 等程序都為廣大用戶所熟知，這些軟件與一些支護(hù)理論相結(jié)合，在程支護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用。工2.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國軟道支護(hù)系統(tǒng)研究工作始于 1958 年，當(dāng)時遼寧的沈北礦區(qū)開發(fā)，在前屯礦建設(shè)中出現(xiàn)井口報(bào)廢事故，導(dǎo)致停工數(shù)年。此后，蒲河礦、大橋礦、京西木城澗礦也出現(xiàn)技術(shù)事故。為此，原煤炭工業(yè)部集中了一些科研院所、高校和設(shè)計(jì)院的技術(shù)，在前屯礦二、三井進(jìn)行了多種巷道支護(hù)形式的試驗(yàn)和測試工作，在巷道斷面、支護(hù)形式及施工工藝等方面都取得了初步經(jīng)驗(yàn)。20 世紀(jì) 80 年代以來，與軟巖工程相關(guān)的軟巖工程問題的理論研究進(jìn)入了個

22、新的階段。性會議召開 20，使（1）等提出“軸變論”理論，認(rèn)為巷道塌落可以自行穩(wěn)定，可以用彈性理論進(jìn)行分析。圍巖破壞是由于應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度極限引起的，坍落改變巷道軸比，導(dǎo)致應(yīng)力重分布，應(yīng)力重分布的特點(diǎn)是高應(yīng)力下降，低應(yīng)力上升，并向無拉力和均勻分布發(fā)展，直到穩(wěn)定而停止。應(yīng)力均勻分布的軸比是巷道最穩(wěn)定的軸比，其形狀為橢圓形。近年來，教授等人運(yùn)用系統(tǒng)論、熱力學(xué)等理論提出開挖系統(tǒng)理論。該理論認(rèn)為，開挖擾動破壞了巖體的平衡，這個不平衡系統(tǒng)具有自組織功能。（2）松動圈理論是由中國礦業(yè)大學(xué)等提出的，其主要內(nèi)容是：凡是- 8 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)堅(jiān)硬圍巖的巷道，其圍

23、巖松動圈都接近于零，此時巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在，但并不需要支護(hù)。松動圈越大，收斂變形越大，支護(hù)難度就越大。因此，支護(hù)的目的在于防止圍巖松動圈發(fā)展過程中的有害變形。（3）主次承載區(qū)支護(hù)理論是由提出的，他認(rèn)為巷道開挖后，在圍巖中形成拉壓域。壓縮域在圍巖深部，體現(xiàn)了圍巖的自承能力，是維護(hù)巷道穩(wěn)定的主承載區(qū)；形成于巷道周圍，通過支護(hù)加固，也形成一定的承載力，但其與主承載區(qū)相比，只起輔助的作用，故稱為次承載區(qū)。主、次承載區(qū)的協(xié)調(diào)作用決定巷道的最終穩(wěn)定。支護(hù)對象為，支護(hù)結(jié)構(gòu)與支護(hù)參數(shù)要根據(jù)主、次承載區(qū)相互作用過程中呈現(xiàn)的動態(tài)特征來確定。支護(hù)強(qiáng)度原則上要求一次到位。（4）軟巖工程力學(xué)支護(hù)理論該理論是由

24、何滿潮運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)相結(jié)合的方法，通過分析軟巖變形力學(xué)機(jī)制，提出的一種新的軟道支護(hù)理論。該理論將軟巖變形力學(xué)機(jī)制分為物化膨脹類、應(yīng)力擴(kuò)容類和結(jié)構(gòu)變形類三大類。在每一類中又依據(jù)引起變形的嚴(yán)重程度分為 A、B、C、D 四個等級。其理論要點(diǎn)是：軟道的變形力學(xué)機(jī)制通常是三種以上的變形力學(xué)機(jī)制的復(fù)合類型，支護(hù)時要“對癥下藥”，合理有效地將復(fù)合型轉(zhuǎn)化為單一型，并強(qiáng)調(diào)軟巖支護(hù)是一個力學(xué)過程，這個過程中的每個環(huán)節(jié)都必須適應(yīng)其復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制的特點(diǎn)。（5）二次支護(hù)原理軟巖的二次支護(hù)理論是在實(shí)踐中形成的，它是實(shí)現(xiàn)軟巖加固承載圈的施工方法。它根據(jù)圍巖變形量測結(jié)果，確定二次支護(hù)時間、方法和支護(hù)剛度，以達(dá)到

25、最佳支護(hù)效果。軟道和硬道圍巖變形的主要差別在于軟巖變形有著明顯的時間特性，其塑性能的和圍巖的變形不可能在短時間內(nèi)完成，而一般要經(jīng)歷較長的時間，因此，在初次支護(hù)的基礎(chǔ)上，需要采用二次支護(hù)措施來適應(yīng)軟巖的這個力學(xué)變形特點(diǎn)。二次支護(hù)的關(guān)鍵是二次最佳支護(hù)時間和最佳支護(hù)時段的確定。2.2 軟道支護(hù)技術(shù)隨著軟道理論的研究和現(xiàn)場實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累，已經(jīng)形成了比較完善的支護(hù)技術(shù)方法和支護(hù)，國外采用的主要是金屬可縮性支架。我國在錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用中取到了長足的進(jìn)展。目前，形成的成套支護(hù)技術(shù)有錨網(wǎng)索噴- 9 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)支護(hù)技術(shù)、錨網(wǎng)索噴注漿加固技術(shù)、U可縮性金

26、屬支架、U支架+噴注、混凝土注漿加固、壁后充填全斷面封閉式 U可縮支架、壁后充填大弧板支護(hù)、網(wǎng)殼支架，以及上述部分支護(hù)形式和錨網(wǎng)噴、卸壓等支護(hù)技術(shù)。（1）支護(hù)、陸家梁、鄭雨天、等提出的支護(hù)是在“新奧法”的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其觀點(diǎn)可以概括為：對于巷道支護(hù)，一味強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的，要先柔后剛，先讓后抗，柔讓適度，穩(wěn)定支護(hù)。支護(hù)系指采用多種不同性能的單一支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)，即在支護(hù)中各自充分發(fā)揮其所固有的性能，揚(yáng)長避短，共同作用，以適應(yīng)圍巖變形的要求，最終達(dá)到圍巖和巷道穩(wěn)定的目的。（2）錨噴-弧板支護(hù)孫鈞、鄭雨天和等提出的錨噴-弧板支護(hù)是對支護(hù)的發(fā)展。該技術(shù)的要點(diǎn)是：對軟巖總是強(qiáng)調(diào)放壓是不行的，放壓到

27、一定程度，要堅(jiān)決頂住，即采用高標(biāo)號、高強(qiáng)度鋼筋混凝土弧板作為支護(hù)理論先柔后剛的剛性支護(hù)形式，堅(jiān)決限制和頂住圍巖向中空位移。（3）基于應(yīng)力理論的躲壓、卸壓系列技術(shù)以應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，逐漸發(fā)展起來的系列技術(shù)包括：躲壓、鉆孔卸壓、鉆孔松動卸壓、加固法、開槽（縫）卸壓。躲壓主要表現(xiàn)為巷道位置的選擇，即通過對巷道位置的優(yōu)化合理布置，使巷道“躲開”支承應(yīng)力疊加區(qū)等高應(yīng)力區(qū)域，巷道所處應(yīng)力環(huán)境，從而降低支護(hù)難度的方法。由于煤層的天然賦存狀態(tài)以及井下巷道的錯綜復(fù)雜，這種方法只能適應(yīng)于部分巷道，具有一定的局限性。鉆孔卸壓技術(shù)通過在被保護(hù)的巷道圍巖內(nèi)鉆孔，使掘進(jìn)引起的支承峰值向圍巖深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)

28、。同時，鉆孔還為巷道圍巖變形提供了一定補(bǔ)償空間，吸收一部分變形，從而減小巷道變形量。鉆孔松動卸壓是在巷道底板或兩幫鉆深度較小的孔，在進(jìn)行限制性，在）體中形成續(xù)的松散、破碎帶。將產(chǎn)生的支承峰值轉(zhuǎn)移到巷道圍巖深部，從而達(dá)到卸壓的目的。（4）剛?cè)釋樱≧FL）和剛隙柔層（RGFL）支護(hù)技術(shù)等基于軟巖工程力學(xué)支護(hù)理論提出了剛?cè)釋樱≧FL）何滿潮、- 10 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)和剛隙柔層（RGFL）支護(hù)技術(shù)。預(yù)留剛?cè)釋又ёo(hù)技術(shù)的工作原理是：開挖巷道時，首先在巷道的周邊預(yù)留一定范圍的變形層，并在一定剛度的主護(hù)作用下形成剛?cè)釋樱缓罅繙y剛?cè)釋油鈧?cè)（巷道設(shè)計(jì)輪廓）的變

29、形，待到變形穩(wěn)定時，去掉剛?cè)釋硬⑼瓿芍ёo(hù)。預(yù)留剛隙柔層支護(hù)技術(shù)的工作原理是在柔性噴層和剛架之間預(yù)留一定量的空隙，圍巖變形能量，待柔性噴層與鋼架接觸時，再噴混凝土支護(hù)，故其毛斷面要大于設(shè)計(jì)斷面。（5）滯后注漿對軟道滯后注漿技術(shù)開展了深入的理論實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐研究。通過對破裂巖體注漿固結(jié)規(guī)律的試驗(yàn)研究，總結(jié)了巷道圍巖特定賦存狀態(tài)下的注漿固結(jié)規(guī)律，提出破裂巖石注漿固結(jié)體的破壞形式、變形及強(qiáng)度特征，固結(jié)性能的主要影響因素，分析了注漿固結(jié)前后巖體力學(xué)性能的主要變化。通過對破裂體注漿骨節(jié)規(guī)律、裂隙巖體注漿滲流規(guī)律、滯后注漿圍巖穩(wěn)定性分析等問題進(jìn)行研究，提出了適合軟道加固的滯后注漿技術(shù)和軟道錨注分階段加固技術(shù)

30、。通過大量的工程實(shí)踐，研究了圍巖動態(tài)變形過程中，注漿時機(jī)、注漿方式、注漿施工等相關(guān)問題。（6）錨索與錨注支護(hù)與錨桿支護(hù)相比，錨索支護(hù)具有錨固深度大、錨固力大、可施加較大的預(yù)緊力等諸多優(yōu)點(diǎn)，是大松動圈巷道支護(hù)加固不可缺少的重要。其加固范圍、支護(hù)強(qiáng)度、可靠性是普通錨桿支護(hù)所無法比擬的。錨索主要起懸吊作用，它把下部松動圈及可能不穩(wěn)定的巖層吊在上部穩(wěn)定的巖層，或者大松動圈之外。作為軟道礦壓顯現(xiàn)與巷道維護(hù)的有效之一，近年來錨注加固技術(shù)特別是全斷面錨注加固技術(shù)受到了人們越來越多的重視。巖體錨注加固技術(shù)是利用特種中空錨桿（索）兼作注漿管，融錨固、注漿工藝為一體，對巖體實(shí)施外錨內(nèi)注加固處理的一種加固方式。它是

31、巖體注漿加固技術(shù)同巖體錨桿（索）加固技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，充分利用注漿加固與錨桿（索）加固的各自優(yōu)點(diǎn)，全力調(diào)動整個巷道圍巖自身的承載能力。（7）井下移動式凍結(jié)裝置凍結(jié)圍巖法莫斯科近郊煤炭科學(xué)，對在流沙型巖層中掘進(jìn)水平巷道的方法和設(shè)備- 11 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)做了研究與改進(jìn)工作，最終，研制運(yùn)用了自動化的井下移動式凍結(jié)裝置，確定出主要參數(shù)并制定了井下凍結(jié)巖體的工藝。的莫斯科近郊和頓涅茨煤田的各礦井以及捷克斯洛伐克的一些礦井，復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下掘進(jìn)井下巷道時，運(yùn)用了所開發(fā)的巖體凍結(jié)工藝和設(shè)備。3 軟道支護(hù)理論及技術(shù)新發(fā)展3.1 巷道斷面形狀優(yōu)化數(shù)值計(jì)算分析

32、在煤礦巷道支護(hù)工程實(shí)際應(yīng)用過程中，支護(hù)方式的選擇及支護(hù)參數(shù)的確定往往是重點(diǎn)考慮的問題，而對巷道斷面形狀常常考慮不足，事實(shí)上，巷道斷面形狀以及圍巖對巷道圍巖穩(wěn)定性有著比較大的影響。為此，利用 FLAC 數(shù)值模擬軟件研究了不同斷面形狀對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。3.1.1 數(shù)值計(jì)算模型及有關(guān)參數(shù)數(shù)值計(jì)算采用 FLAC5.0 模型。模型外形為長寬=50m50m ，共劃分200200=40000 個單元。該模型左右兩側(cè)限制水平位移，底部限制垂直移動，模型上面取應(yīng)力邊界，施加均布載荷，為 18.75MPa，見圖 3-1。采用 Mohr-Coulomb模型。模型采用均質(zhì)材料，材料的物理力學(xué)參數(shù)見表 3-1。-

33、 12 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)P圖 3-1 數(shù)值模擬模型圖表 3-1 巖體的物理力學(xué)參數(shù)密度/kgm 3體積模量/MPa剪切模量/MPa內(nèi)摩擦角/()抗拉強(qiáng)度/MPa粘聚力/MPa250025001600260.60.6巷道圍巖的穩(wěn)定性決定于多種因素，其中斷面形狀對圍巖的穩(wěn)定性有重要影響。巷道圍巖失穩(wěn)的形式很多，比較有代表性的如圖 3-2 所示。a-頂板；b-巷幫破壞；c-斷面嚴(yán)重收縮圖 3-2 巷道圍巖失穩(wěn)的三種形式我國礦井使用巷道斷面形狀主要有折線形和曲線形兩大類，綜合這兩大類型的巷道，結(jié)合淮南礦業(yè)實(shí)際使用巷道斷面情況，性選取了幾種典型巷道- 13

34、 -巖體巷道50m50m北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)斷面形狀，如圖 3-3 所示，分別為矩形、直墻半圓拱形、馬蹄形和三心拱形、圓形以及橢圓形，各斷面均外接于半徑為 2.5m 圓，從巷道塑性區(qū)分布、應(yīng)力場分布以及圍巖變形特征等幾個方面，研究靜水條件下（即水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力相等）斷面形狀對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。(a) 矩形(b)(c) 三心拱直墻半圓拱(d) 馬蹄形(e) 橢圓(f) 圓形圖 3-3 巷道斷面形狀3.1.2 圍巖塑性區(qū)分布圖 3-4 為不同斷面形狀的巷道圍巖的塑性區(qū)分布。從圖中可以看出，巷道開挖后，頂板的基礎(chǔ)位于兩幫，在垂直應(yīng)力作用下，應(yīng)力不斷向圍

35、巖深部轉(zhuǎn)移，在兩幫形成較高的應(yīng)力集中，因此巷道兩幫塑性區(qū)影響范圍（至巷幫約為 9m）普遍略大于頂?shù)装宓挠绊懛秶? 14 -北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)(a) 矩形(b)直墻半圓拱(c) 三心拱(d) 馬蹄形(e) 橢圓(f) 圓形圖 3-4不同斷面形狀的巷道圍巖塑性區(qū)分布由于模型及巷道關(guān)于 Y 軸對稱，因此對不同斷面的巷道圍巖塑性區(qū)也呈現(xiàn)對稱分布的現(xiàn)象；巷道圍巖塑性區(qū)在垂直方向上的受圍巖自重應(yīng)力的影響相對較小，若巷道斷面對稱于 X 軸，塑性區(qū)的影響范圍也幾乎關(guān)于 X 軸對稱（見圖 3-4中 a、d、e 和 f），隨著巷道斷面關(guān)于 X 軸對稱的程度升高，其塑性

36、區(qū)的對稱程度也隨之升高。矩形巷道為折線形巷道，巷道四周產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，超過了圍巖的抗拉強(qiáng)- 15 -JOB TITLE : yuanxing(* 0 )0000 5000 0000 500- 000FLAC (Version 5.00)LEGEND27-Oct-09 1 :58step 9186-1. 00E 01 x 1. 00E 01-1. 00E 01 y 1. 00E 01Plastic ty Indicator* at y eld in shear or vol. X elastic, at yield in past sta eContour interval= 2.50E-01

37、 Minimum: 0.00E 00um: 2.00E 00- 000-0 5000 0000 500000(* 0 )JOB TITLE : tuoyuan(* 0 )0000 5000 000-0 500- 000FLAC (Version 5.00)LEGEND6-Nov-09 20:17step 11388-1. 00E 01 x 1. 00E 01-1. 00E 01 y 1. 00E 01Plasticity Ind cator* at yie d in shear or vol. X e ast c, at y eld in past s ateContour interval=

38、 2.50E-01 Minimum: 0.00E 00um: 2 00E 00- 000-0 5000 0000 500000(* 0 )JOB TITLE : yuanxing(* 0 )0000 5000 000-0 500- 000FLAC (Version 5.00)LEGEND27-Oct-09 20:07step 8 91-1. 00E 01 x 1. 00E 01-1. 00E 01 y 1. 00E 01Plasticity Ind cator* at yie d in shear or vol. X e as ic, at y eld in past s ateContour

39、 in erval= 2.50E-01 Minimum: 0.00E 00um: 2.00E 00- 000-0 5000 0000 500000(* 0 )JOB TITLE : sanxingong(* 0 )0000 5000 0000 500- 000FLAC (Version 5.00)LEGEND27-Oct-09 21:15step 929-1. 00E 01 x 1. 00E 01-1. 00E 01 y 1. 00E 01Plasticity Indica or* at yie d in shear or vol. X e as ic, at y eld in past o

40、at y eld in tens ons ateContour in erval= 5.00E-01 Minimum: 0.00E 00um: 3.00E 00- 000-0 5000 0000 500000(* 0 )JOB TITLE : banyuangong(* 0 )0000 5000 0000 500- 000FLAC (Version 5.00)LEGEND27-Oct-09 13:18step 12618-1. 00E 01 x 1. 00E 01-1. 00E 01 y 1. 00E 01P ast c ty Ind cator* at y eld in shear or v

41、ol. X elastic, at y eld in past o at yie d in tension stateContour interval= 5 00E-01 Minimum: 0.00E 00um: 3 00E 00- 000-0 5000 0000 500000(* 0 )JOB TITLE : juxing(* 0 )0000 5000 000-0 500- 000FLAC (Version 5.00)LEGEND5-Nov-09 21:02step 1330-1. 00E 01 x 1. 00E 01-1. 00E 01 y 1. 00E 01P ast city Indi

42、cator* at y eld in shear or vol. X elastic, at yie d in past o at yie d in ens on stateContour interval= 5 00E-01 Minimum: 0.00E 00um: 3.00E 00- 000-0 5000 0000 500000(* 0 )北一（6-2）上山采區(qū) 6 煤底板回風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)初步設(shè)計(jì)度，其圍巖除發(fā)生剪切破壞外，同時在巷道兩幫及頂?shù)装暹€產(chǎn)生拉應(yīng)力破壞，出現(xiàn)拉破壞區(qū)（見圖 3-4 中 a）；直墻半圓拱巷道和三心拱巷道由折線和曲線組成，由于局部采用曲線，降低巷道頂幫周邊拉應(yīng)力，

43、低于圍巖的抗拉強(qiáng)度，巷道斷面為曲線的部分沒有發(fā)生拉應(yīng)力破壞，僅在巷道底板出現(xiàn)拉應(yīng)力破壞（見圖 3-4 中的 b 和 c）；馬蹄形巷道、橢圓形巷道及圓形巷道斷面全部為曲線形，巷道周邊的拉應(yīng)力均較小，因此，巷道圍巖只發(fā)生剪切破壞，未產(chǎn)生拉應(yīng)力破壞（見圖3-4 中的 d、e 和 f）。說明曲線形巷道周邊的拉應(yīng)力較折線斷面巷道的拉應(yīng)力小，可以有效抑制巷道周邊發(fā)生拉應(yīng)力破壞。yyy圍巖圍巖圍巖承載環(huán)直墻半圓拱開挖斷面直墻半圓拱開挖斷面直墻半圓拱開挖斷面xxxx等效開挖區(qū)等效開挖區(qū)yyy = x(b) 等效開挖同徑巷道斷面y(a) 實(shí)際開挖巷道斷面(c) 產(chǎn)生開挖無效加固區(qū)圖 3-5 巷道等效開挖過程示意圖從圍巖塑