永煤講稿-高應(yīng)力軟巖-張農(nóng)-09年7月

2023/2/51（三）高應(yīng)力軟巖巷道強(qiáng)化控制技術(shù)2023/2/521.引言深部高應(yīng)力巷道是個(gè)相對性概念，傳統(tǒng)的架棚支護(hù)、錨桿支護(hù)方式不能滿足支護(hù)要求的一類巷道，底鼓普遍而且強(qiáng)烈常常在掘進(jìn)時(shí)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(yīng)時(shí)間效應(yīng)強(qiáng)烈,變形速度快，衰減速度慢，不易長期維護(hù)人工有效支護(hù)的范圍沒有根本擴(kuò)大，錨固區(qū)整體移動(dòng)的現(xiàn)象增多了2023/2/53深井圍巖控制技術(shù)

應(yīng)力場的調(diào)整

1)區(qū)域應(yīng)力場的調(diào)整2)微觀應(yīng)力場的改善支護(hù)手段的創(chuàng)新1)支護(hù)強(qiáng)度的進(jìn)一步提高2)加固范圍的進(jìn)一步加大3)支護(hù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)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(dòng)態(tài)分步加固技術(shù)2023/2/54應(yīng)力場的調(diào)整---優(yōu)先考慮，提前布置區(qū)域應(yīng)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(yīng)力的思路深部大范圍地下采礦活動(dòng)也使得水平應(yīng)力的傳遞變得不再連續(xù)。掌握大范圍開采過程中應(yīng)力場的變化規(guī)律，特別是有效阻斷水平應(yīng)力的應(yīng)力調(diào)整規(guī)律，可以大大改善巷道的維護(hù)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(hù)難度2023/2/57雙巷布置保護(hù)了主要巷道2023/2/58微觀應(yīng)力場的改善

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

支護(hù)效能進(jìn)一步提高加固范圍進(jìn)一步加大支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步創(chuàng)新德國：“大斷面預(yù)留斷面---可縮性（封閉型）支架---壁后充填”支護(hù)我國：“個(gè)性化”支護(hù)

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

錨桿“強(qiáng)化控制技術(shù)”原理錨桿強(qiáng)化控制技術(shù)原理巷道圍巖應(yīng)力場優(yōu)化破裂圍巖體強(qiáng)度強(qiáng)化錨桿支護(hù)承載性能強(qiáng)化圍巖承載結(jié)構(gòu)強(qiáng)化調(diào)整區(qū)域應(yīng)力環(huán)境優(yōu)化微觀應(yīng)力場對巷道周圍低圍壓破裂巖石進(jìn)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(hù)特性曲線具有及時(shí)早強(qiáng)速增阻的特性頂板的安全控制弱化區(qū)的補(bǔ)強(qiáng)關(guān)鍵承載區(qū)的加強(qiáng)2023/2/511支護(hù)阻力與圍巖變形關(guān)系圖錨桿“強(qiáng)化控制技術(shù)”的實(shí)現(xiàn)方式和手段包括：

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

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

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

提高圍巖強(qiáng)度只有錨桿支護(hù)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上三種功能錨桿類支護(hù)替代U型鋼支護(hù)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(qiáng)化2023/2/5142.巷道圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化錨固體的力學(xué)性能改善注漿加固體的力學(xué)性能改善侯朝炯教授提出圍巖強(qiáng)度強(qiáng)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(shí)驗(yàn)2023/2/518錨固體力學(xué)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(qiáng)化系數(shù)錨桿密度/根*（400cm2）-1單向加載平面應(yīng)變加載極限強(qiáng)度/MPa殘余強(qiáng)度/MPaKjKc極限強(qiáng)度/MPa殘余強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)化很多軟巖支護(hù)失敗的原因是支護(hù)的重點(diǎn)仍然集中在頂部，幫、底支護(hù)強(qiáng)化措施沒有跟上2023/2/522二、動(dòng)壓巷道的施工過程控制技術(shù)2023/2/523深井高應(yīng)力巷道基本支護(hù)思想大斷面預(yù)留空間（頂板安全控制）高性能強(qiáng)化支護(hù)分步加固過程控制2023/2/524目前任何一種單一的支護(hù)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(hù)來維持軟巖穩(wěn)定。支護(hù)技術(shù)已發(fā)展到必須充分利用和調(diào)動(dòng)巷道圍巖強(qiáng)度和自身承載能力的圍巖控制階段。巷道圍巖與支護(hù)的相互作用是一個(gè)非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程 不同應(yīng)力路徑下巖體強(qiáng)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(yīng)力環(huán)境密切相關(guān)，由于應(yīng)力路徑不同，導(dǎo)致的巖體變形破壞過程也不同。開挖與支護(hù)方式、支護(hù)時(shí)機(jī)的不同組合導(dǎo)致的圍巖變形和破壞應(yīng)該是不同的。1.分階段動(dòng)態(tài)加固原理2023/2/5251.分階段動(dòng)態(tài)加固原理隨巷道開挖圍巖的賦存狀態(tài)是動(dòng)態(tài)變化的，是圍巖強(qiáng)度不斷降低的平衡過程；在這個(gè)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(xué)性能和強(qiáng)度變化規(guī)律各不相同，動(dòng)態(tài)監(jiān)測巷道圍巖的變形和強(qiáng)度弱化過程，針對性地采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施，才可能最經(jīng)濟(jì)地維護(hù)軟巖巷道的穩(wěn)定。2023/2/526不同支護(hù)技術(shù)的組合，同一支護(hù)的不同加固時(shí)機(jī)對巷道圍巖的變形和穩(wěn)定有不同的影響，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化選擇；支護(hù)選型應(yīng)以充分利用和維持圍巖自穩(wěn)能力，強(qiáng)化圍巖支撐結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先選擇主動(dòng)加固方式的支護(hù)技術(shù)，包括混凝土噴層、錨桿支護(hù)、圍巖注漿加固等技術(shù)。1.分階段動(dòng)態(tài)加固原理2023/2/5272、控制技術(shù)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力（錨桿）支護(hù)高性能錨桿預(yù)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(hù)的分步實(shí)施軟巖噴錨注分步加固技術(shù)煤巷組合支護(hù)的分步實(shí)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(hù)材料2023/2/528及時(shí)噴；體現(xiàn)“讓壓”、“護(hù)頂”適時(shí)錨；形成有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)和支護(hù)強(qiáng)度；采用新型的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿；滯后注漿；把握注漿時(shí)機(jī)；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(hù)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)鉆孔注漿加固。將注漿和錨桿統(tǒng)一起來的錨注支護(hù)技術(shù)。

較深部圍巖適宜作錨固位置，且應(yīng)按圍巖穩(wěn)定性的要求及時(shí)安裝；淺部圍巖適宜注漿加固，但應(yīng)在圍巖經(jīng)歷一定程度的變形破壞后，裂隙比較發(fā)育時(shí)實(shí)施。2023/2/530一項(xiàng)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(qiáng)度低注漿加固效果差充填注漿、灌注新型高強(qiáng)螺紋管式錨注一體化技術(shù)桿體強(qiáng)度高、錨固性能好化學(xué)注漿滲透性強(qiáng)裂隙加固Ⅱ5回風(fēng)上山在礦井二水平五采區(qū)的北部邊界，北邊緊臨Ⅱ3進(jìn)風(fēng)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(fēng)上山相連。總工程量930m。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(jìn)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(fēng)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(hù)上段架棚段270m和下段160m滯后注漿。試驗(yàn)概況施工技術(shù)方案及支護(hù)參數(shù)正常地段支護(hù)方案

特殊地段支護(hù)方案正常地段支護(hù)方案特殊地段支護(hù)方案頂區(qū)高性能預(yù)拉力超強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)錨固范圍及錨桿布置補(bǔ)打幫部錨桿及關(guān)鍵部位加強(qiáng)錨索支護(hù)布置圖U型鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面示意圖試驗(yàn)狀況實(shí)照試驗(yàn)狀況實(shí)照井下巷道維護(hù)情況實(shí)照試驗(yàn)狀況實(shí)照示例：孫疃煤礦南翼軌道大巷復(fù)雜地段合理支護(hù)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(zhǔn)確及兩條大斷層DF114（∠70°H=0~30m）、F28（∠