永煤講稿-高應力軟巖-張農(nóng)-09年7月

2023/2/51（三）高應力軟巖巷道強化控制技術(shù)2023/2/521.引言深部高應力巷道是個相對性概念，傳統(tǒng)的架棚支護、錨桿支護方式不能滿足支護要求的一類巷道，底鼓普遍而且強烈常常在掘進時就需要多次臥底、返修。圍巖顯著破壞的區(qū)域增加了，參與變形的圍巖范圍大大拓展了,不易形成結(jié)構(gòu)效應時間效應強烈,變形速度快，衰減速度慢，不易長期維護人工有效支護的范圍沒有根本擴大，錨固區(qū)整體移動的現(xiàn)象增多了2023/2/53深井圍巖控制技術(shù)

應力場的調(diào)整

1)區(qū)域應力場的調(diào)整2)微觀應力場的改善支護手段的創(chuàng)新1)支護強度的進一步提高2)加固范圍的進一步加大3)支護結(jié)構(gòu)的進一步創(chuàng)新圍巖條件的改善注漿、錨固綜合治理技術(shù)噴錨注動態(tài)分步加固技術(shù)2023/2/54應力場的調(diào)整---優(yōu)先考慮，提前布置區(qū)域應力場的調(diào)整 深部巷道布置、開采部署和最終形成的開采邊界條件對巷道穩(wěn)定性影響很大，由此產(chǎn)生的巷道變形差異很大。上行開采大范圍轉(zhuǎn)移圍巖應力的思路深部大范圍地下采礦活動也使得水平應力的傳遞變得不再連續(xù)。掌握大范圍開采過程中應力場的變化規(guī)律，特別是有效阻斷水平應力的應力調(diào)整規(guī)律，可以大大改善巷道的維護狀況。2023/2/55解放層開采解放了巷道壓力2023/2/56合理規(guī)劃近距離煤層開采順序和巷道位置緩解了支護難度2023/2/57雙巷布置保護了主要巷道2023/2/58微觀應力場的改善

卸壓技術(shù)是將巷道上方及周圍巖體的高應力區(qū)及高應力值降低，并將其高應力區(qū)及高應力值向煤體深部轉(zhuǎn)移，使巷道上方及周圍巖體的應力增高區(qū)變?yōu)閼档蛥^(qū)的一種高新技術(shù)。卸壓技術(shù)的設(shè)計思想是：通過鉆孔等方法在巷道圍巖深部形成一個弱化區(qū)和弱化帶，為圍巖在應力釋放過程中產(chǎn)生的膨脹變形提供一個補償空間。2023/2/59高應力軟巖巷道高性能強化支護錨桿承載能力的強化巷道圍巖強度的強化關(guān)鍵承載部位的強化

支護效能進一步提高加固范圍進一步加大支護結(jié)構(gòu)進一步創(chuàng)新德國：“大斷面預留斷面---可縮性（封閉型）支架---壁后充填”支護我國：“個性化”支護

“應力場測定—圍巖狀態(tài)量化描述—數(shù)值計算(物理模擬)—支護設(shè)計(包括錨索的作用)—現(xiàn)場檢測—修改設(shè)計”2023/2/510

錨桿“強化控制技術(shù)”原理錨桿強化控制技術(shù)原理巷道圍巖應力場優(yōu)化破裂圍巖體強度強化錨桿支護承載性能強化圍巖承載結(jié)構(gòu)強化調(diào)整區(qū)域應力環(huán)境優(yōu)化微觀應力場對巷道周圍低圍壓破裂巖石進行有效加固，通常采用錨桿和注漿兩種方式促使其錨桿支護特性曲線具有及時早強速增阻的特性頂板的安全控制弱化區(qū)的補強關(guān)鍵承載區(qū)的加強2023/2/511支護阻力與圍巖變形關(guān)系圖錨桿“強化控制技術(shù)”的實現(xiàn)方式和手段包括：

①高性能超高強錨桿及其附件（高性能指高預拉力、高剛度、高強度等）；②幫部桁架支護結(jié)構(gòu)及配件；③錨索梁承載結(jié)構(gòu)。

巷道采用“強化控制技術(shù)”后，支護阻力與圍巖變形關(guān)系如右圖中曲線4所示。

錨桿“強化控制技術(shù)”的實現(xiàn)方式2023/2/5121.錨桿承載性能的強化錨固技術(shù)取得突破錨桿支護材料強度迅速提高錨桿載荷實測曲線錨桿的精細化加工增大托盤提高預緊力矩增加錨固長度2023/2/513巷道開挖支護加固三向應力狀態(tài)穩(wěn)定圍巖恢復三向應力狀態(tài)改善圍巖完整性二向應力狀態(tài)

提高圍巖強度只有錨桿支護能同時實現(xiàn)以上三種功能錨桿類支護替代U型鋼支護是目前技術(shù)階段的必然選擇，是技術(shù)追求的方向1.錨桿承載性能的強化2023/2/5142.巷道圍巖強度的強化錨固體的力學性能改善注漿加固體的力學性能改善侯朝炯教授提出圍巖強度強化理論2023/2/515破裂巖石的注漿固結(jié)性能2023/2/5162023/2/517松散煤巖體的粘結(jié)實驗2023/2/518錨固體力學性能錨桿密度/根×(400cm2)-1彈性模量E/MPa軟化模量M/MPa錨固體破壞前錨固體破壞后C/MPaφ/(°)C*φ*/MPa/°0280.832.00.3531.50.01731.52282.632.60.3631.50.01831.53284.735.20.3633.50.01833.54288.239.30.3735.60.01835.65294.041.90.3737.10.01937.16299.743.20.3838.80.01938.88310.046.30.3940.40.02140.42023/2/519錨固體強化系數(shù)錨桿密度/根*（400cm2）-1單向加載平面應變加載極限強度/MPa殘余強度/MPaKjKc極限強度/MPa殘余強度/MPaKjKc01.2380.0601.001.001.650.5251.001.0021.2750.0651.031.081.7250.5881.041.1231.350.0681.091.131.8320.6251.111.1941.430.0721.161.191.9280.6681.171.2751.500.0751.211.252.0750.71.261.3361.5750.0811.271.352.170.751.321.4381.6750.0891.351.482.2750.821.381.562023/2/5203.關(guān)鍵承載部位的強化關(guān)鍵破壞區(qū)域是客觀存在的由于圍巖的賦存不均勻性，有軟弱區(qū)域由于圍巖應力場的非對稱性，有不同的破壞特征淺埋巷道治理的中心是頂板，建立了梁式、拱式等非封閉式承載結(jié)構(gòu)深井高應力軟巖巷道是全方位大范圍變形破壞，必須形成封閉式環(huán)形對稱或非對稱承載結(jié)構(gòu)2023/2/521關(guān)鍵部位的強化很多軟巖支護失敗的原因是支護的重點仍然集中在頂部，幫、底支護強化措施沒有跟上2023/2/522二、動壓巷道的施工過程控制技術(shù)2023/2/523深井高應力巷道基本支護思想大斷面預留空間（頂板安全控制）高性能強化支護分步加固過程控制2023/2/524目前任何一種單一的支護方式都不能滿足圍巖變形的要求，客觀上要求通過綜合治理聯(lián)合支護來維持軟巖穩(wěn)定。支護技術(shù)已發(fā)展到必須充分利用和調(diào)動巷道圍巖強度和自身承載能力的圍巖控制階段。巷道圍巖與支護的相互作用是一個非線性動態(tài)響應過程 不同應力路徑下巖體強度特性的研究揭示出巖體的變形破壞與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)和所處的應力環(huán)境密切相關(guān)，由于應力路徑不同，導致的巖體變形破壞過程也不同。開挖與支護方式、支護時機的不同組合導致的圍巖變形和破壞應該是不同的。1.分階段動態(tài)加固原理2023/2/5251.分階段動態(tài)加固原理隨巷道開挖圍巖的賦存狀態(tài)是動態(tài)變化的，是圍巖強度不斷降低的平衡過程；在這個過程中巷道圍巖總能保持一定的自穩(wěn)能力，但隨其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部約束的變化而消長；巷道圍巖變形和破壞表現(xiàn)為明顯的階段性特征，各階段的力學性能和強度變化規(guī)律各不相同，動態(tài)監(jiān)測巷道圍巖的變形和強度弱化過程，針對性地采取加固補強措施，才可能最經(jīng)濟地維護軟巖巷道的穩(wěn)定。2023/2/526不同支護技術(shù)的組合，同一支護的不同加固時機對巷道圍巖的變形和穩(wěn)定有不同的影響，應當優(yōu)化選擇；支護選型應以充分利用和維持圍巖自穩(wěn)能力，強化圍巖支撐結(jié)構(gòu)為標準，優(yōu)先選擇主動加固方式的支護技術(shù)，包括混凝土噴層、錨桿支護、圍巖注漿加固等技術(shù)。1.分階段動態(tài)加固原理2023/2/5272、控制技術(shù)高強預應力（錨桿）支護高性能錨桿預拉力鋼絞線桁架M型鋼帶大孔徑錨索、組合錨索滯后注漿加固技術(shù)組合支護的分步實施軟巖噴錨注分步加固技術(shù)煤巷組合支護的分步實施破碎煤巖體的加固技術(shù)注漿錨索鉆錨注一體化技術(shù)；自固式錨桿玻璃鋼錨桿等新型支護材料2023/2/528及時噴；體現(xiàn)“讓壓”、“護頂”適時錨；形成有效的支護結(jié)構(gòu)和支護強度；采用新型的高強預應力錨桿；滯后注漿；把握注漿時機；注漿材料2023/2/529軟巖巷道注漿加固主要采用兩種方式在其它支護的基礎(chǔ)上，單獨鉆孔注漿加固。將注漿和錨桿統(tǒng)一起來的錨注支護技術(shù)。

較深部圍巖適宜作錨固位置，且應按圍巖穩(wěn)定性的要求及時安裝；淺部圍巖適宜注漿加固，但應在圍巖經(jīng)歷一定程度的變形破壞后，裂隙比較發(fā)育時實施。2023/2/530一項新技術(shù)：新型錨注技術(shù)薄壁管式錨桿和水泥漿為基礎(chǔ)的錨注技術(shù)錨桿強度低注漿加固效果差充填注漿、灌注新型高強螺紋管式錨注一體化技術(shù)桿體強度高、錨固性能好化學注漿滲透性強裂隙加固Ⅱ5回風上山在礦井二水平五采區(qū)的北部邊界，北邊緊臨Ⅱ3進風行人上山和二水平付暗斜井。巷道下部與二水平五采區(qū)底大巷相連，上部與二水平總回風上山相連?？偣こ塘?30m。上山主體坡度17.75°。巷道斷面規(guī)格：凈寬×凈高（5.6×4.4m）。掘進斷面27.4m2。示例：朱仙莊二水平巷道治理2023/2/532示例：朱仙莊二水平巷道治理2023/2/533回風上山下段158m為架全封閉U型鋼棚+噴砼上段280m采用錨網(wǎng)索+噴砼中段492m采用錨桿+架全封閉U型鋼棚+噴砼支護上段架棚段270m和下段160m滯后注漿。試驗概況施工技術(shù)方案及支護參數(shù)正常地段支護方案

特殊地段支護方案正常地段支護方案特殊地段支護方案頂區(qū)高性能預拉力超強錨網(wǎng)支護錨固范圍及錨桿布置補打幫部錨桿及關(guān)鍵部位加強錨索支護布置圖U型鋼支護結(jié)構(gòu)斷面示意圖試驗狀況實照試驗狀況實照井下巷道維護情況實照試驗狀況實照示例：孫疃煤礦南翼軌道大巷復雜地段合理支護南軌大巷基本上布置在7煤層頂板以上10余米至8煤底板以下20余米。圍巖為煤線、泥巖、粉砂巖為主，見圖1。南翼軌道大巷（第六提升斜巷至F28斷層段）因地質(zhì)資料的不準確及兩條大斷層DF114（∠70°H=0~30m）、F28（∠