巷道礦壓控制原理（課堂PPT）

1、1下篇：巷道支護(hù)設(shè)計下篇：巷道支護(hù)設(shè)計第七章第七章 巷道圍巖控制原理巷道圍巖控制原理第八章第八章 巷道礦壓控制設(shè)計巷道礦壓控制設(shè)計第九章第九章 錨桿支護(hù)設(shè)計錨桿支護(hù)設(shè)計2教材和參考書教材和參考書教材：教材：（1）姜福興 等 編著.礦壓控制設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社 1996；（2）侯朝炯主編.煤巷錨桿支護(hù),中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999。參考書：參考書：（1）姜福興 主編.礦山壓力與巖層控制,煤炭工業(yè)出版社，2004（2）錢鳴高 主編.礦山壓力及其控制，煤炭工業(yè)出版社，1991（3）陳炎光，陸士良 主編，中國煤礦巷道圍巖控制，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994。3煤礦巷道礦壓理論與支護(hù)技術(shù)體系煤礦巷道礦壓

2、理論與支護(hù)技術(shù)體系地質(zhì)條件、采掘技術(shù)地質(zhì)條件、采掘技術(shù) 巷道礦壓顯現(xiàn)巷道礦壓顯現(xiàn) 巷道礦壓控制巷道礦壓控制應(yīng)應(yīng) 力力 場場煤巖強(qiáng)度煤巖強(qiáng)度煤巖結(jié)構(gòu)煤巖結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定性圍巖穩(wěn)定性圍圍 巖巖 變變 形形圍圍 巖巖 破破 壞壞巷道布置巷道布置巷道支護(hù)巷道支護(hù)圍巖加固圍巖加固4概概 述述o巷道圍巖控制概念巷道圍巖控制概念o巷道圍巖控制的主要任務(wù)巷道圍巖控制的主要任務(wù)o巷道圍巖控制的方法和途徑巷道圍巖控制的方法和途徑5巷道圍巖控制巷道圍巖控制1）概念）概念控制巷道圍巖的礦山壓力和周邊位移措施的總和，其目的是保證巷道的正常使用，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造必要的條件。2）主要任務(wù)）主要任務(wù)（1）保證巷道使用期間所需的

3、巷道形狀和斷面大?。唬?）為保證人員和機(jī)械設(shè)備的安全和正常工作創(chuàng)造條件；（3）選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)最為合理的確保巷道圍巖穩(wěn)定性的維護(hù)措施和方法。63）巷道礦壓控制途徑與手段）巷道礦壓控制途徑與手段（1）控制原理：）控制原理：圍巖壓力和強(qiáng)度協(xié)調(diào)圍巖壓力和強(qiáng)度協(xié)調(diào)n“抗”，抵抗礦山壓力；n“讓”，釋放高壓；n“躲”，躲開高應(yīng)力區(qū)；n“移”，移走高壓。783）巷道礦壓控制途徑與手段）巷道礦壓控制途徑與手段（2）三種途徑）三種途徑n降低；n提高巷道；n合理選擇方式。（3）四種手段）四種手段n巷道布置；n巷道保護(hù)；n巷道支護(hù)；n巷道維護(hù)。9（3）四種控制手段：）四種控制手段：o巷道布置巷道布置巷道的位置位置、掘

4、進(jìn)順序掘進(jìn)順序，尤其是巷道與回采工作面的時空關(guān)系。o巷道保護(hù)巷道保護(hù)為使圍巖應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度相適應(yīng)圍巖應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度相適應(yīng)，以便預(yù)防巷道失穩(wěn)或有效減輕礦壓危害而采取的各種技術(shù)措施。如留設(shè)護(hù)巷煤巖柱，卸壓等。o巷道支護(hù)巷道支護(hù)借助于安設(shè)支架安設(shè)支架去預(yù)防圍巖產(chǎn)生過度變形和防止巷道失穩(wěn)，保證巷道正常的使用。o巷道維護(hù)巷道維護(hù)對已經(jīng)支護(hù)過的巷道，為了改善其惡化的維護(hù)狀況和改善其穩(wěn)定性而改善其惡化的維護(hù)狀況和改善其穩(wěn)定性而采取的措施采取的措施，如補(bǔ)棚、補(bǔ)柱、擴(kuò)幫、起底等。10（一）巷道布置（一）巷道布置巷道布置要求：巷道布置要求：o（1）在時空上，避開采掘活動避開采掘活動的影響，最好將巷道布置在煤層開采

5、形成的應(yīng)力降低區(qū)應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。o（2）如不能避免采動支承壓力影響，則應(yīng)盡量避免支承壓力疊加避免支承壓力疊加的強(qiáng)烈作用，或者盡量縮短支承壓力影響時間縮短支承壓力影響時間。o（3）在采礦系統(tǒng)允許的距離范圍內(nèi)，選擇穩(wěn)定的巖層或煤層穩(wěn)定的巖層或煤層布置巷道，盡量避免與水或松軟膨脹巖層接觸避免與水或松軟膨脹巖層接觸。o（4）巷道的軸線方向軸線方向盡可能與構(gòu)造應(yīng)力方向平行構(gòu)造應(yīng)力方向平行，過構(gòu)造地質(zhì)帶構(gòu)造地質(zhì)帶盡量垂直過垂直過。o（5）相鄰巷道或硐室相鄰巷道或硐室間選擇合適的巖柱寬度巖柱寬度。11o相鄰巷道相鄰巷道的巖柱寬度巖柱寬度n在我國煤礦目前的采深條件下，相鄰巷道間的距離以2040 m為宜，圍巖穩(wěn)定

6、時取小值，不穩(wěn)定時取大值；n在淺部和堅硬圍巖以及在急傾斜煤層條件下，巷道間距可減小至10 m左右；n在深部和松軟圍巖條件下，巷道間距可增大至50 m以上；n上、下山及集中巷的間距以1530 m為宜，圍巖穩(wěn)定時取小值，圍巖不穩(wěn)定時取大值。1213（二）巷道保護(hù)（二）巷道保護(hù)護(hù)巷要求：護(hù)巷要求：（1）區(qū)段間盡量采用無煤柱護(hù)巷無煤柱護(hù)巷；（2）沿空掘巷沿空掘巷應(yīng)在采空區(qū)上覆巖層穩(wěn)定上覆巖層穩(wěn)定之后再掘進(jìn)。（3）沿空留巷沿空留巷，在厚煤層開采中需要巷旁充填巷旁充填。（4）煤柱寬度煤柱寬度要合適。對于上山、大巷、石門等，煤柱寬度以它們不受或少受采動支承壓力為準(zhǔn)，或者采用跨采方式。1415巷道卸壓的要求：

7、巷道卸壓的要求：（1）位于松軟巖層內(nèi)鄰近回采工作面的重要硐室，若須避免回采引起的支承壓力作用，可采用在巷道頂部的巖層或薄煤層內(nèi)開挖卸壓槽巷道頂部的巖層或薄煤層內(nèi)開挖卸壓槽的措施。（2）在強(qiáng)烈底鼓的松軟巖層內(nèi)，可采用先使底板松動爆破底板松動爆破卸壓，然后灌灌漿加固漿加固的措施。（3）在底板松軟的薄煤層內(nèi)布置巷道，采用寬面掘巷寬面掘巷，可減少巷道的強(qiáng)烈底鼓。（4）巷道兩幫存在松軟的巖層或薄層煤松軟的巖層或薄層煤，可采用掘巷時挖掉軟巖掘巷時挖掉軟巖，然后進(jìn)行充填充填的措施。1617（三）巷道支護(hù)與圍巖加固（三）巷道支護(hù)與圍巖加固18191）支護(hù)方式分類）支護(hù)方式分類（1）表面支護(hù)和內(nèi)部支護(hù)）表面支護(hù)

8、和內(nèi)部支護(hù)表面支護(hù)表面支護(hù)是木支架、金屬支架、裝配式混凝土支架、砌碹、噴層等直接作用于巷道圍巖表面的支護(hù)。其作用就是提供表面約束支護(hù)力。內(nèi)部支護(hù)內(nèi)部支護(hù)是錨桿、錨索、注漿等深入圍巖內(nèi)部的支護(hù)。其作用主要是加固圍巖，錨桿(索)同時對圍巖表面提供約束支護(hù)力。（2）主動支護(hù)與被動支護(hù)）主動支護(hù)與被動支護(hù)注漿、有預(yù)緊力的錨桿(索)、有初撐力的表面支護(hù)屬主動支護(hù)。無預(yù)緊力的錨桿(索)、無初撐力的表面支護(hù)，屬被動支護(hù)。20（3）剛性支護(hù)與可縮性支護(hù)）剛性支護(hù)與可縮性支護(hù) 盡管各種支護(hù)均有一定的可縮性，但相差較大。一般而言，壁后充填的可縮性金屬支架、可拉伸錨桿、柔性噴層等支護(hù)可縮性較大，而其他支護(hù)的可縮性均

9、較小。這里的可縮性，必須是指產(chǎn)生縮量后巷道及支架仍能正常工作，支架結(jié)構(gòu)未遭到破壞的情況。因支架鉆底破頂或支架產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞的“縮量”，是不允許的，因此不屬于設(shè)計可縮性能的范疇。（4）臨時支護(hù)與永久支護(hù)）臨時支護(hù)與永久支護(hù) 巷道臨時支護(hù)指為保證安全全臨時支設(shè)的，需要撤除并反復(fù)使用的支架，如采煤工作曲附近巷道的超前支護(hù)或加強(qiáng)支護(hù)、掘進(jìn)工作面的臨時支護(hù)等；永久支護(hù)是指為維護(hù)巷道長期使用所采用的支護(hù)。21（5）一次支護(hù)與二次支護(hù)）一次支護(hù)與二次支護(hù) 不撤除的超前支護(hù)應(yīng)屬于一次支護(hù)，它同樣要在整個巷道服務(wù)期內(nèi)發(fā)揮作用。 滯后一次支護(hù)一定時間及距離的支護(hù)，為二次支護(hù)。（6）聯(lián)合支護(hù)和單一支護(hù)）聯(lián)合支護(hù)和單

10、一支護(hù)o聯(lián)合支護(hù)聯(lián)合支護(hù)指采用多種不同性能的單一支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)，即在聯(lián)合支護(hù)中各自充分發(fā)揮其固有的性能，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。o聯(lián)合支護(hù)要與混合支架聯(lián)合支護(hù)要與混合支架概念相區(qū)分，即兩種不同材質(zhì)組成的單一支護(hù)體。22o聯(lián)合支護(hù)也要與復(fù)合襯砌和復(fù)合材料聯(lián)合支護(hù)也要與復(fù)合襯砌和復(fù)合材料的概念相區(qū)分，在碹體支護(hù)中兩碹體間充以瀝青或塑料板等進(jìn)行復(fù)合襯砌，借以滿足工藝要求，不能稱為聯(lián)合支護(hù)。又如在同一噴層內(nèi)，外層、內(nèi)層采用不同彈模的纖維，只能稱作復(fù)合材料而不能稱為聯(lián)合支護(hù)。o聯(lián)合支護(hù)聯(lián)合支護(hù)必須是多種獨(dú)立的支護(hù)方法的組合如錨噴和U型鋼支架的聯(lián)合、錨噴和弧

11、板的聯(lián)合。（7）巷內(nèi)基本支架支護(hù)、巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)、巷旁支護(hù)。232）巷道支護(hù)裝備）巷道支護(hù)裝備（1）錨桿支護(hù)（2）金屬支架（3）其它傳統(tǒng)支護(hù)：混凝土、鋼筋混凝土、石材、木材（4）聯(lián)合支護(hù)。24o7.1 巷道圍巖應(yīng)力分布及其影響因素o7.2 巷道圍巖穩(wěn)定性及其判別o7.3 巷道圍巖控制的方法和途徑o7.4 巷道支護(hù)與加固原理及技術(shù)257.1 巷道圍巖應(yīng)力分布及影響因素巷道圍巖應(yīng)力分布及影響因素一、掘進(jìn)巷道引起的圍巖應(yīng)力分布一、掘進(jìn)巷道引起的圍巖應(yīng)力分布 應(yīng)力場（應(yīng)力在空間內(nèi)的分布情況）應(yīng)力場（應(yīng)力在空間內(nèi)的分布情況） 圓形圓形橢圓橢圓矩形矩形其它形狀；其它形狀； 彈性彈性彈塑性；彈塑性； 無支護(hù)無

12、支護(hù)有支護(hù)。有支護(hù)。26（一）圓形、彈性、無支護(hù)（一）圓形、彈性、無支護(hù)2sin321)1 (22cos31)1 (1)1 (22cos341)1 (1)1 (244220442204422220rrrrprrrrprrrrrrpaaraaaaar巷道邊界：巷道邊界：27K=0，28（二）橢圓形、彈性、無支護(hù)（二）橢圓形、彈性、無支護(hù))21()21()21 ()21 (0000aKbKpqKKpbaKpqKpBA00-)21 (pbapBAK=0, 0022pabpbaBAK=1,) 1()1 (00bapbapBAK=a/b,29（三）方形、彈性、無支護(hù)（三）方形、彈性、無支護(hù)30（四）圓形

13、、彈塑性、無支護(hù)（四）圓形、彈塑性、無支護(hù)31（五）（五）圓形、彈塑性、有支護(hù)圓形、彈塑性、有支護(hù)3233塑性區(qū)半徑塑性區(qū)半徑34巷道的穩(wěn)定性和周邊位移巷道的穩(wěn)定性和周邊位移主要取決于巖層的原始地應(yīng)力巖層的原始地應(yīng)力P，反映巖石，反映巖石強(qiáng)度性質(zhì)的內(nèi)摩擦角強(qiáng)度性質(zhì)的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力和內(nèi)聚力c，巷道支護(hù)阻力，巷道支護(hù)阻力Pi和半徑和半徑a等。 （1）巷道的周邊位移，隨巷道所處的原始應(yīng)力的增大呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系迅速增長。這是巷道隨開采深度增大或受回采影響后，圍巖變形急劇增長的重要原因。 (2)內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力越小，也就是圍巖強(qiáng)度愈低，則周邊位移值顯著增大。 （3）周邊位移與原始應(yīng)力P的關(guān)系中，指數(shù)的大

14、小取決于、c的變化， 、c的值越小，指數(shù)越高，周邊位移增長愈加迅速。且P值愈大， 、c的影響愈大。 這是圍巖松軟巷道隨開采深度增大或受采動影響時變形量比圍巖較穩(wěn)定的巷道要大得多的原因。35二、圍巖應(yīng)力分布的影響因素二、圍巖應(yīng)力分布的影響因素（一）側(cè)壓系數(shù)（一）側(cè)壓系數(shù)K（初始地應(yīng)力）（初始地應(yīng)力） K = 0，邊界的環(huán)向應(yīng)力最大值在邊墻，3p；最小值在拱頂，-p；這兩個值是極限值。 K = 1/3時，頂?shù)装彘_始出現(xiàn)拉應(yīng)力； K = 1，應(yīng)力分布與無關(guān)； K = 3，兩幫開始出現(xiàn)拉應(yīng)力。36（二）巷道形狀和尺寸（二）巷道形狀和尺寸1）形狀）形狀 平直的周邊易受拉； 轉(zhuǎn)角處應(yīng)力集中明顯，且存在很大

15、的剪應(yīng)力； 高寬比對應(yīng)力分布影響很大； 長軸與最大來壓方向一致，且使得巷道最大與最小尺寸比等于最大最小主應(yīng)力比。2）尺寸）尺寸 尺寸越大，應(yīng)力集中系數(shù)越大，應(yīng)力變化越大。37（三）圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)（三）圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)（四）塑性圈范圍（四）塑性圈范圍 應(yīng)力降低區(qū)（破裂區(qū)）、應(yīng)力升高區(qū)（強(qiáng)化區(qū)）。（五）支護(hù)強(qiáng)度和范圍（五）支護(hù)強(qiáng)度和范圍 對彈性分布影響小； 使塑性區(qū)變小，塑性圈內(nèi)巖體強(qiáng)度提高。38圍巖壓力及其影響因素圍巖壓力及其影響因素o概念概念為了防止圍巖變形和破壞，需要對圍巖進(jìn)行支護(hù)。這種圍巖變形受阻順作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)物上的擠壓力或塌落巖石的重力，統(tǒng)稱為圍巖壓力。o（一）分類（一）分類o根

16、據(jù)圍巖壓力的成因，可分為四種類型：n（1）松動圍巖壓力n（2）變形圍巖壓力n（3）膨脹圍巖壓力n（4）沖擊和撞擊圍巖壓力 39（1）松動圍巖壓力）松動圍巖壓力o由于巷道開挖而松動或塌落的巖體，以重力的形式直接作用于支架結(jié)構(gòu)物上的壓力，表現(xiàn)為松動圍巖壓力載荷形式。o如支護(hù)不能有效地控制圍巖變形的發(fā)展，同巖則形成松動垮塌圈出現(xiàn)，將導(dǎo)致松動圍巖壓力出現(xiàn)，通常頂壓顯現(xiàn)嚴(yán)重。（2）變形圍巖壓力）變形圍巖壓力o支護(hù)在控制圍巖變形的發(fā)展時，圍巖位移擠壓支架而產(chǎn)生的壓力，稱為變形圍巖壓力簡稱變形壓力。o變形壓力是由于圍巖的變形和破裂，圍巖向巷道空間位移，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受到的壓力，塑性變形是圍巖壓力的主要形式。40

17、（3）膨脹圍巖壓力）膨脹圍巖壓力o圍巖膨脹、崩解體積增大而施加于支護(hù)上的壓力，稱為膨脹壓力。o膨脹壓力與變形壓力從現(xiàn)象上看，居于變形壓力范疇，但兩者的變形機(jī)制截然不同。o膨脹圍巖壓力是指巖體與水發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)作用結(jié)果；變形圍巖壓力則是圍巖應(yīng)力與巖體結(jié)構(gòu)效應(yīng)。（ 4）沖擊和撞擊圍巖壓力）沖擊和撞擊圍巖壓力o沖擊圍巖壓力指圍巖積累了大量彈性變形能之后，突然釋放出來所產(chǎn)生的壓力；o撞擊圍巖壓力主要是采煤工作面上覆巖層劇烈運(yùn)動時對巷道支護(hù)體所產(chǎn)生的壓力。41（二）影響圍巖壓力的主要因索（二）影響圍巖壓力的主要因索 影響圍巖壓力的因素基本上可分為地質(zhì)因素地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素開采技術(shù)因素兩大類。n地質(zhì)

18、因素地質(zhì)因素是自然然條件決定的，主要包括：n原巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)、巖石的組成和膠結(jié)狀態(tài)、圍巖中水分的補(bǔ)給狀況等。n開采技術(shù)因素開采技術(shù)因素也稱人為因素，影響最大的是回采工作影響狀況，即巷道與采煤工作面相對空間、時間關(guān)系巷道與采煤工作面相對空間、時間關(guān)系。開采技術(shù)因素主要分為：巷道是處于一側(cè)、兩側(cè)或鄰近煤層采動影響；是受一次還是受多次采動影響；采動影響已經(jīng)穩(wěn)定還是正在采動過程中；巷道保護(hù)方法、巷旁支護(hù)方式、巷道斷面形狀和大?。幌锏谰蜻M(jìn)方法、巷道基本支護(hù)類型和參數(shù)等。427.2 圍巖穩(wěn)定性及其判別圍巖穩(wěn)定性及其判別o多數(shù)情況下，巷道周圍通常都有一個范圍不等的巖石破壞破壞區(qū)（松動圈）

19、。區(qū)（松動圈）。o對巷道來說，主要問題不是阻止巖體局部破壞和破壞區(qū)的不是阻止巖體局部破壞和破壞區(qū)的形成，而是確保巷道不發(fā)生不可控制的大位移，使巷道形成，而是確保巷道不發(fā)生不可控制的大位移，使巷道(包括支架包括支架)的形狀與尺寸及工作狀態(tài)滿足預(yù)定的使用要的形狀與尺寸及工作狀態(tài)滿足預(yù)定的使用要求，并防止冒頂事故求，并防止冒頂事故。o因此，圍巖大范圍失穩(wěn)破壞與巖石的局部破壞是有區(qū)別的，范圍有限的巖石破壞不一定意味著巷道圍巖穩(wěn)定性的破壞和巷道使用功能的完全喪失，但是二者又有密切關(guān)系，破裂區(qū)越大，表明巷道圍巖穩(wěn)定性越差，當(dāng)破壞區(qū)發(fā)展到一定程度時，必然導(dǎo)致巷道圍巖的大范圍失穩(wěn)破壞。43一、巷道穩(wěn)定性的影響

20、因素一、巷道穩(wěn)定性的影響因素（一）巖塊力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面的參數(shù)和力（一）巖塊力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面的參數(shù)和力學(xué)性質(zhì)。學(xué)性質(zhì)。（二）原巖應(yīng)力場（埋深、構(gòu)造等）（二）原巖應(yīng)力場（埋深、構(gòu)造等）（三）地下水（三）地下水（四）巷道形狀和尺寸（四）巷道形狀和尺寸（五）支護(hù)形式和參數(shù)（五）支護(hù)形式和參數(shù)（六）采動影響。（六）采動影響。次生應(yīng)力場次生應(yīng)力場44 二、巷道失穩(wěn)（變形與破壞）的形式二、巷道失穩(wěn)（變形與破壞）的形式 1）巷道頂板的變形與破壞 （1）頂板規(guī)則冒落； （2）頂板不規(guī)則冒落； （3）頂板彎曲沉降。 2）巷道底板的變形與破壞 （1）底板塑性膨脹； （2）底板鼓裂。 3）

21、巷道兩幫的變形與破壞 4）其他變形與破壞45影響巷道變形破壞的主要因素影響巷道變形破壞的主要因素（一）自然因素（一）自然因素1）圍巖性質(zhì)及其構(gòu)造 圍巖性質(zhì)對巷道變形與破壞有決定性影響。強(qiáng)度、裂隙等。2）巷道埋藏深度。3）煤層傾角。4）地質(zhì)構(gòu)造。5）水。6）時間因素。（二）開采技術(shù)因素（二）開采技術(shù)因素1）采動狀態(tài)；2）巷旁支護(hù)；3）巷道支護(hù)形式和參數(shù)；4）斷面形狀和斷面大?。?）與工作面的時空關(guān)系。46三、穩(wěn)定性判別（穩(wěn)定性系數(shù)法）三、穩(wěn)定性判別（穩(wěn)定性系數(shù)法）o穩(wěn)定性系數(shù)：穩(wěn)定性系數(shù)： 巷道附近的最大原始地應(yīng)力或者開挖后的最大應(yīng)力與圍巖綜合強(qiáng)度的比值Ky。式中，m巖石硬度系數(shù)(見表10-3)

22、；上覆巖層平均容重；h巷道埋深，m；c巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa； fT巖體構(gòu)造特性系數(shù)，均質(zhì)未破壞地段為1.0，層狀未破壞地段為0.95，均質(zhì)裂隙地段取0.9，均質(zhì)破壞地段取0.85，層狀裂隙地段為0.8，層狀破壞地段取0.70；支架參與對抵抗變形的影響系數(shù)；K圍巖應(yīng)力集中系數(shù)，橢圓形巷道，短軸與長軸比為1.5時，K取1.5；圓形巷道，K取2；圓拱形巷道，K取2.5；拱形巷道，K取3；直角形(梯形)巷道，K取3.5。cTymfhK1cTyfhKK4748圍巖穩(wěn)定性分類圍巖穩(wěn)定性分類o根據(jù)Ky值分為5類：（1）極穩(wěn)定（）極穩(wěn)定（0.2）5年，50mm，5mm/月，3050mm的噴砼支護(hù)。（2）穩(wěn)

23、定（）穩(wěn)定（0.3）局部變形的面積（10%），擴(kuò)展0.5m，100mm，10mm/月，50kg，不需要臨時支架，只要支撐式支架。（3）部分穩(wěn)定（）部分穩(wěn)定（0.4）變形（50%），擴(kuò)展1m，200250mm，2550mm/月，主動承載力的支架，保護(hù)方法時可用輕便支架。（4）不穩(wěn)定（）不穩(wěn)定（0.5）變形（50%），擴(kuò)展1m，500mm，100mm/月，臨時支架必須計算，必須實行保護(hù)。（5）極不穩(wěn)定（）極不穩(wěn)定（0.5）全部變形，擴(kuò)展=2m，500mm，150mm/月，加強(qiáng)支架或綜合保護(hù)，超前預(yù)支護(hù)。49圍巖類別松動圈支護(hù)方法備注小小I穩(wěn)定300二次支護(hù)無穩(wěn)定期四、圍巖松動圈分類法四、圍巖松動圈

24、分類法50五、圍巖內(nèi)外圈層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析五、圍巖內(nèi)外圈層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析o巷道圍巖范圍內(nèi)各部分巖體，由于其距巷道周邊的距離和巖性的不同對巷道穩(wěn)定性的影響作用是有顯著差別的。o根據(jù)這種作用的大小以及一般巷道支護(hù)控制作用的范圍，可將巷道圍巖分為內(nèi)層圍巖和外層圍巖內(nèi)層圍巖和外層圍巖兩部分，然后研究內(nèi)外層圍巖的結(jié)構(gòu)類型及其與圍巖穩(wěn)定性之間的關(guān)系，并提出相應(yīng)的圍巖控制原則。o內(nèi)層圍巖、外層圍巖。5152 1）定義）定義（1）內(nèi)層圍巖）內(nèi)層圍巖o內(nèi)層圍巖是指距巷道周邊較近的那部分巖體，其范圍與通常意義上的松動圈范圍松動圈范圍相當(dāng)。o內(nèi)層圍巖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對巷道穩(wěn)定性影響最大。o受開挖及風(fēng)化等影響嚴(yán)重，最易

25、出現(xiàn)破壞和冒落。o圍巖變形的絕大部分是由這部分巖體產(chǎn)生的，錨桿支護(hù)、注漿加固及人為卸壓等措施大致上也是在該范圍巖體中進(jìn)行的。o可見，內(nèi)層圍巖既是影響巷道穩(wěn)定性的關(guān)鍵部分關(guān)鍵部分，也是人為控制措施的主要的和直接的作用對象。53（2）外層圍巖）外層圍巖o是圍巖中距巷道周邊較遠(yuǎn)的那部分巖體。o與內(nèi)層圍巖相比，外層圍巖受開挖及風(fēng)化等影響較小，受支護(hù)控制作用的影響也較小；在圍巖變形中，外層圍巖所占比例很小，對巷道穩(wěn)定性的影響也較小。（3）內(nèi)外層圍巖之間的關(guān)系內(nèi)外層圍巖之間的關(guān)系o內(nèi)層圍巖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)內(nèi)層圍巖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是影響巷道穩(wěn)定性的決定因素巷道穩(wěn)定性的決定因素。o外層圍巖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對巷道穩(wěn)定性的影

26、響要通過內(nèi)層圍巖來實現(xiàn)；支支護(hù)控制的主要對象是內(nèi)層圍巖護(hù)控制的主要對象是內(nèi)層圍巖。o內(nèi)層圍巖往往與支護(hù)形成整體承載結(jié)構(gòu)，外層圍巖則是上覆巖層壓力向內(nèi)層圍巖和支護(hù)傳遞的中介。54 2）內(nèi)外層圍巖結(jié)構(gòu)類型）內(nèi)外層圍巖結(jié)構(gòu)類型(1)內(nèi)外層圍巖類別內(nèi)外層圍巖類別o穩(wěn)定型(Ia)： 不穩(wěn)定型(Ib)： o外層圍巖也可以分為穩(wěn)定型(II a)和不穩(wěn)定型(IIb)兩類。oI a類內(nèi)層結(jié)構(gòu)的巷道類內(nèi)層結(jié)構(gòu)的巷道：一般都較易維護(hù)，受外層圍巖穩(wěn)定性影響較小，巷道屬穩(wěn)定和比較穩(wěn)定類穩(wěn)定和比較穩(wěn)定類；oI b類內(nèi)層結(jié)構(gòu)的巷道類內(nèi)層結(jié)構(gòu)的巷道：屬于較不穩(wěn)定和不穩(wěn)定類較不穩(wěn)定和不穩(wěn)定類，且受外層圍巖穩(wěn)定性影響很大。外層圍

27、巖穩(wěn)定性對巷道的影響作用，主要取決于內(nèi)層圍巖的穩(wěn)定性。oIIa類外層圍巖，類外層圍巖，對內(nèi)層同巖起到“保護(hù)層”作用，有利于巷道穩(wěn)定，尤其當(dāng)內(nèi)層圍巖為不穩(wěn)定類時，IIa類外層圍巖的保護(hù)作用更加突出；oII b類外層結(jié)構(gòu)，類外層結(jié)構(gòu)，對內(nèi)層圍巖起到“加載”作用，對巷道穩(wěn)定不利，尤其當(dāng)內(nèi)層圍巖屬I b型時，這種不利影響更大。4 . 0ch4 . 0ch55圍巖整體結(jié)構(gòu)的四種組合類型：圍巖整體結(jié)構(gòu)的四種組合類型： IaIIa、IaIIb、IbIIa、IbIIb。o四種圍巖類型可以相互轉(zhuǎn)化。o若不考慮人為加固，圖中虛線所示的轉(zhuǎn)化一般不會發(fā)生，則僅有兩種可能的轉(zhuǎn)化形式。IaIIaIbIIa和IaIIbIb

28、IIb，它們均由內(nèi)層圍巖破壞失穩(wěn)引起。顯然，上述兩種轉(zhuǎn)化中后一種形式的危害最大，也最容易發(fā)生，應(yīng)該設(shè)法避免。o通過人為加固措施，實現(xiàn)I b II b I a II b轉(zhuǎn)化將收到最佳的加固效果。o而I aIIaI b IIa之間的轉(zhuǎn)化，對巷道穩(wěn)定性的影響相對較小，人為加固的效果也較小。56573）圍巖控制原則）圍巖控制原則(1)IaIIa類：類：易維護(hù)，可用輕型支護(hù)，甚至不支護(hù)。(2)IaIIb類：類：較易維護(hù)，但必須特別注意不要破壞內(nèi)層圍巖的穩(wěn)定，即要嚴(yán)格防止出現(xiàn)Ia型向I b型轉(zhuǎn)化。因為一旦這種轉(zhuǎn)化得以實現(xiàn)，則因外層圍巖為不穩(wěn)定型，圍巖整體結(jié)構(gòu)變?yōu)镮 bII b型，巷道維護(hù)將極為困難。 (3

29、)IbIIa類：類：較易維護(hù)。支護(hù)只需承擔(dān)內(nèi)層圍巖部分自重，而不需考慮外層圍巖；支護(hù)的重點是從安全角度考慮防止內(nèi)層頂板冒落，但若采用密集的支撐式支護(hù)，則可以允許內(nèi)層圍巖在架后冒落，不影響巷道穩(wěn)定性(因外層圍巖為穩(wěn)定型)。58(4)IbIIb類：類：難維護(hù)。o巷道布置時要設(shè)法避開這類圍巖，特別要防止其他類型圍巖向該類型的轉(zhuǎn)化。o當(dāng)巷道不得不布置在這類圍巖中時，則需采用復(fù)雜的、成本較高的綜合治理措施。支護(hù)不僅需支護(hù)內(nèi)層圍巖，而且必須承擔(dān)外層圍巖傳遞來的強(qiáng)大壓力作用。o常用的讓壓滯后支護(hù)、松動卸壓讓壓滯后支護(hù)、松動卸壓等方法在這類圍巖中一般難以奏效，相反有時會使圍巖穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化；普通的單錨支護(hù)也

30、往往會失敗。這類圍巖最忌多次翻修擾動，越修越壞是其突出特點。oIbIIb類圍巖的控制措施控制措施包括：巷道頂部布置卸壓巷硐或跨巷預(yù)采法進(jìn)行整巷卸壓整巷卸壓；加固內(nèi)層圍巖加固內(nèi)層圍巖如注漿等，實現(xiàn)IbIIb向IaIIb甚至向IaIIa類的轉(zhuǎn)化；巷道支護(hù)應(yīng)具有高阻可縮高阻可縮性能。594）結(jié)論）結(jié)論o (1)巷道圍巖由內(nèi)層圍巖和外層圍巖兩部分組成，內(nèi)層圍巖穩(wěn)定性是決定巷道圍巖穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素，外層圍巖起壓力傳遞作用，它對巷道穩(wěn)定性的影響要通過內(nèi)層圍巖實現(xiàn)。o (2)巷道圍巖結(jié)構(gòu)有四種類型：各類型之間可以相互轉(zhuǎn)化，圍巖控制的主要原則是促成有利的轉(zhuǎn)化而防止不利的轉(zhuǎn)化。o (3) IbIIb類圍巖是最

31、難維護(hù)的一類，巷道布置時要盡可能避開這類圍巖。整巷卸壓法、注漿加固法可以促進(jìn)這類圍巖向較穩(wěn)定類轉(zhuǎn)化；巷道支護(hù)方面，高阻力大可縮性是較理想可行的支護(hù)形式，如U型鋼支架壁后充填支護(hù)等。607.3 巷道支護(hù)與加固原理巷道支護(hù)與加固原理巷道穩(wěn)定性的影響因素：巷道穩(wěn)定性的影響因素：o1）原巖應(yīng)力場 無法改變；o2）圍巖性質(zhì) 可以改變，如注漿；o3）斷面形狀和尺寸 可以選擇；o4）地下水 較難改變；o5）施工方法 可以改變；o6）加固和支護(hù)）加固和支護(hù) 最積極的因素。最積極的因素。61一、支護(hù)和加固原理一、支護(hù)和加固原理（一）表面支護(hù)力對圍巖破裂區(qū)的影響o不會明顯改變圍巖的彈性應(yīng)力圍巖分布；o如果破壞是在

32、無支護(hù)條件發(fā)生的，表面支護(hù)難以阻止破壞的發(fā)生。o表面支護(hù)：圍巖二向受力三向受力。62o靜水壓力作用下的圓形巷道為例完整巖體完整巖體破裂巖體破裂巖體63o塑性區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)力為：o彈性區(qū)域應(yīng)力為：o分界處的應(yīng)力o塑性區(qū)半徑6465Poc=rrjzrrRRrR塑性區(qū)莫爾圓66內(nèi)摩擦角,f=35Pi=0.05P0C0=0.5P0re=1.99a67支護(hù)的主要作用支護(hù)的主要作用o維持破裂巖塊間接觸的連續(xù)性；o產(chǎn)生巷道邊界的徑向約束力。作用方式作用方式o巖塊間產(chǎn)生摩擦力，破裂區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生并保持較高的三向應(yīng)力狀態(tài)。68（二）支護(hù)力和圍巖變形的關(guān)系o圓形巷道周邊位移分布圖69o支護(hù)力和圍巖變形的定性關(guān)系圖支護(hù)力和圍巖變形的定性關(guān)系圖70控制圍巖位移控制圍巖位移是支護(hù)和加固系統(tǒng)的主要作用。是