關(guān)于煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定與支護幾個問題的認識

1、軟弱、裂隙發(fā)育軟弱、裂隙發(fā)育深部：埋深深部：埋深800米米 高地應(yīng)力高地應(yīng)力高滲透壓力高滲透壓力高溫度梯度高溫度梯度深部圍巖深部圍巖H二次應(yīng)力重分布ijijijp圍巖的完整性所處的應(yīng)力狀態(tài) Carrara大理巖強度及變形特性隨圍壓的變化 根據(jù)巖石力學試驗結(jié)果:任何巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下的強度高于二向應(yīng)力狀態(tài)高于單向應(yīng)力狀態(tài)下的強度；當圍巖處于三向應(yīng)力狀態(tài)時，隨著側(cè)向壓力增大，其峰值強度和殘余強度都會得到提高，并且峰值以后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線由應(yīng)變軟化逐漸向應(yīng)變硬化過渡，巖石由脆性向延性轉(zhuǎn)化。 圍巖穩(wěn)定性 圍巖固有強度),(Ct巷道開挖巷道開挖支護支護加固加固三向應(yīng)力狀態(tài)三向應(yīng)力狀態(tài)（開挖前）（開挖前

2、）圍巖穩(wěn)定圍巖穩(wěn)定恢復(fù)恢復(fù)三向應(yīng)力狀態(tài)三向應(yīng)力狀態(tài)二向應(yīng)力狀態(tài)二向應(yīng)力狀態(tài) 提高提高圍巖強度圍巖強度改善改善圍巖完整性圍巖完整性巷道開挖后必須盡快將圍巖的二向應(yīng)力狀態(tài)恢復(fù)到三向應(yīng)力狀態(tài)：改善和恢復(fù)應(yīng)力狀態(tài)的措施越及時，圍巖破裂擴展的程度越輕，圍巖的完整性保持得越好。必須在最短的時間內(nèi)施加足夠大的支護抗力：圍巖自由面上的壓應(yīng)力恢復(fù)的程度越高，圍巖完整性和強度保存度越高。必須給圍巖提供足夠高的抗剪強度：抗剪強度越高，圍巖內(nèi)部剪切滑移變形越小，越有利于保持圍巖完整性，保存圍巖整體強度。必須選擇適當?shù)臅r機對損傷的圍巖進行及時修復(fù)，使損失的強度得以恢復(fù)甚至提高，這是確保圍巖穩(wěn)定的重要預(yù)后措施。 不同類別

3、的深部圍巖，應(yīng)采取不同的圍巖穩(wěn)定控制對策不同類別的深部圍巖，應(yīng)采取不同的圍巖穩(wěn)定控制對策 研研究適合深部圍巖穩(wěn)定控制的圍巖分類體系。究適合深部圍巖穩(wěn)定控制的圍巖分類體系。深部圍巖分類體系深部圍巖分類體系 類：類：完整堅硬巖石與較硬巖石。遇水不易軟化，層間膠完整堅硬巖石與較硬巖石。遇水不易軟化，層間膠結(jié)好，無軟弱夾層；巖體縱波波速結(jié)好，無軟弱夾層；巖體縱波波速vp5000m/s，巖體強，巖體強度應(yīng)力比度應(yīng)力比2.0。45m跨度的毛洞無支護狀態(tài)下能夠穩(wěn)定跨度的毛洞無支護狀態(tài)下能夠穩(wěn)定一個月以上，會出現(xiàn)小塊掉落。巖種舉例：部分灰?guī)r、石一個月以上，會出現(xiàn)小塊掉落。巖種舉例：部分灰?guī)r、石英砂巖；膠結(jié)好的

4、砂礫巖、粗砂巖、中細粒砂巖等。如顧英砂巖；膠結(jié)好的砂礫巖、粗砂巖、中細粒砂巖等。如顧橋礦井底車場。橋礦井底車場。類：類：較完整堅硬巖石與較硬巖石；完整較軟巖石；塊狀堅較完整堅硬巖石與較硬巖石；完整較軟巖石；塊狀堅硬巖石。遇水不易軟化，層間膠結(jié)較好，結(jié)構(gòu)面以原生和硬巖石。遇水不易軟化，層間膠結(jié)較好，結(jié)構(gòu)面以原生和構(gòu)造節(jié)理為主，閉合不貫通，無軟弱夾層；較完整堅硬巖構(gòu)造節(jié)理為主，閉合不貫通，無軟弱夾層；較完整堅硬巖石，可能有少量小斷層，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，以原生和構(gòu)造節(jié)石，可能有少量小斷層，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，以原生和構(gòu)造節(jié)理為主，多數(shù)閉合，偶有泥質(zhì)充填。巖體縱波波速理為主，多數(shù)閉合，偶有泥質(zhì)充填。巖體縱波波速

5、4000m/svp5000m/s，巖體強度應(yīng)力比，巖體強度應(yīng)力比1.52.0。 45m跨度的毛洞無支護狀態(tài)下能夠穩(wěn)定跨度的毛洞無支護狀態(tài)下能夠穩(wěn)定1周以上。巖種舉例：周以上。巖種舉例：膠結(jié)稍差的粉砂巖、細砂巖、粗砂巖；部分灰?guī)r、石英砂膠結(jié)稍差的粉砂巖、細砂巖、粗砂巖；部分灰?guī)r、石英砂巖等。巖等。類：類：較完整較軟巖石；塊狀較硬巖石；完整軟弱巖石。層間膠結(jié)較好，偶較完整較軟巖石；塊狀較硬巖石；完整軟弱巖石。層間膠結(jié)較好，偶見軟弱夾層；結(jié)構(gòu)面發(fā)育，節(jié)理面多數(shù)閉合，少數(shù)有泥質(zhì)充填，塊體間牢固見軟弱夾層；結(jié)構(gòu)面發(fā)育，節(jié)理面多數(shù)閉合，少數(shù)有泥質(zhì)充填，塊體間牢固咬合。巖體縱波波速咬合。巖體縱波波速3000

6、m/svp4000m/s，巖體強度應(yīng)力比，巖體強度應(yīng)力比0.81.5。 45m跨度的毛洞無支護狀態(tài)下能夠穩(wěn)定跨度的毛洞無支護狀態(tài)下能夠穩(wěn)定13天。巖種舉例：砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)天。巖種舉例：砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)粘土巖、粘土巖、頁巖、粉砂質(zhì)粘土巖、砂頁巖互層；膠結(jié)較差的中粗砂巖、粘土巖、粘土巖、頁巖、粉砂質(zhì)粘土巖、砂頁巖互層；膠結(jié)較差的中粗砂巖、粉細砂巖等。粉細砂巖等。類：類：較完整軟弱巖石；塊狀較軟、軟弱巖石；破碎巖石。層間膠結(jié)差，易較完整軟弱巖石；塊狀較軟、軟弱巖石；破碎巖石。層間膠結(jié)差，易風化剝落或遇水易軟化；結(jié)構(gòu)面發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理、卸荷風化裂隙為主，貫風化剝落或遇水易軟化；結(jié)構(gòu)面發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理、卸

7、荷風化裂隙為主，貫通性好，多數(shù)張開、夾泥，夾泥厚度一般大于結(jié)構(gòu)面起伏高度，咬合力弱，通性好，多數(shù)張開、夾泥，夾泥厚度一般大于結(jié)構(gòu)面起伏高度，咬合力弱，構(gòu)成較多不穩(wěn)定塊體。巖體縱波波速構(gòu)成較多不穩(wěn)定塊體。巖體縱波波速vp3000m/s，巖體強度應(yīng)力比，巖體強度應(yīng)力比0.8。 45m跨度的毛洞無支護狀態(tài)下不能穩(wěn)定，開挖前必須進行超前支護，一般跨度的毛洞無支護狀態(tài)下不能穩(wěn)定，開挖前必須進行超前支護，一般需要采取錨噴、注漿、支架等多種手段聯(lián)合支護才能維護巷道長期穩(wěn)定。巖需要采取錨噴、注漿、支架等多種手段聯(lián)合支護才能維護巷道長期穩(wěn)定。巖種舉例：炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖、花斑狀泥巖、軟質(zhì)凝灰?guī)r、軟質(zhì)粘土巖、中種

8、舉例：炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖、花斑狀泥巖、軟質(zhì)凝灰?guī)r、軟質(zhì)粘土巖、中強風化頁巖、鋁土質(zhì)粘土巖、煤、破碎的各類巖石。如顧北礦井底車場。強風化頁巖、鋁土質(zhì)粘土巖、煤、破碎的各類巖石。如顧北礦井底車場。 1bvRkS02pvpvKv完整性定義：完整性定義：完整完整性系數(shù)Kv0.75，層厚與節(jié)理裂隙間距均大于1.5m；較完整完整性系數(shù)0.5Kv0.75，層厚大于1.0m，節(jié)理裂隙間距小于1.5m，大于1.0m；塊狀完整性系數(shù)0.3Kv0. 5，節(jié)理裂隙間距均小于1.0m，大于0.3m；破碎Kv0.3，節(jié)理裂隙間距小于0.3m。堅硬性定義：堅硬性定義：堅硬Rb60MPa；較硬40MPaRb60MPa；較軟2

9、0MPaRb40MPa；軟弱Rb20MPa。 層狀定義：層狀定義：厚層狀層間距1.5m；中厚層狀層間距1.0m1.5m；層狀0.5m1.0m；薄層狀0.5m。 圍圍巖巖類類別別密度密度/g/cm3內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦角角 /粘結(jié)粘結(jié)力力C / MPa抗拉強抗拉強度度t/MPa單軸抗壓單軸抗壓強度強度c/MPa彈性模彈性模量量E / GPa泊松泊松比比2.6540-451.5-2.00.70-0.836.43-9.6615-200.2252.6035-401.0-1.50.52-0.703.84-6.4310-150.252.5030-350.5-1.00.29-0.521.73-3.845-100.3

10、2.3525-300.2-0.50.13-0.290.63-1.732-50.325各類圍巖體主要物理力學性質(zhì)各類圍巖體主要物理力學性質(zhì) 高預(yù)應(yīng)力如何實現(xiàn)？高預(yù)應(yīng)力如何實現(xiàn)？圖圖5.3.1 MQS90J2型氣動錨桿安裝機型氣動錨桿安裝機 大扭矩預(yù)應(yīng)力施加機具是關(guān)鍵大扭矩預(yù)應(yīng)力施加機具是關(guān)鍵要求要求錨桿具有足夠的抗拉強度（達到錨桿具有足夠的抗拉強度（達到202025kN)25kN)。MPas350kNTs15MPas550kNTs20錨桿材料公稱直徑/mm屈服強度/MPa極限強度/MPa屈服荷載/kN極限荷載/kN伸長率/%級鋼2228038010614417級鋼2237041014115617

11、級鋼2248057018221715級鋼2260068022825812、級螺紋鋼作為桿體的樹脂錨桿能夠滿足基本技術(shù)要求。級螺紋鋼作為桿體的樹脂錨桿能夠滿足基本技術(shù)要求。每噸螺紋鋼鋼材僅比級螺紋鋼高300400元。 為深部圍巖支護采用高強、超高強錨桿提供了材料上的便利條件。 樹脂藥卷固化快能在最短的時間內(nèi)提供錨固力，高強桿體能夠提供足夠高的錨固力，能在最短的時間內(nèi)使圍巖恢復(fù)到有利于穩(wěn)定的三向應(yīng)力狀態(tài)。較大的軸向剛度限制了圍巖的張開變形，有利于圍巖穩(wěn)定。桿體具有足夠的抗剪強度與抗剪剛度，能有效阻止圍巖內(nèi)部的剪切變形與剪切滑動，提高圍巖體自身的峰值強度、殘余強度、內(nèi)聚力 c 值和內(nèi)摩擦角 值。 適

12、時的滯后注漿能夠使開挖擾動造成的圍巖損傷得到修復(fù)。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/MPa/()C*/MPa/0280.832.00.3531.50.01731.52282.632.60.3631.50.01831.53284.735.20.3633.50.01833.54288.239.30.3735.60.01835.65294.041.90.3737.10.01937.16299.743.20.3838.80.01938.88310.046.30.3940.40.02140.4不同錨固參數(shù)條件下錨固體力學性能改善情況不同錨固參

13、數(shù)條件下錨固體力學性能改善情況 不同錨固參數(shù)條件下不同錨固參數(shù)條件下錨固體強化系數(shù)對比錨固體強化系數(shù)對比錨桿密度/根*（400cm2）-1單向加載平面應(yīng)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

14、.5750.0811.271.352.170.751.321.4381.6750.0891.351.482.2750.821.381.56注：Kj，Kc分別為錨固體峰值強度和殘余強度的強化系數(shù) 1 超高強錨桿桿體超高強錨桿桿體 2 螺母螺母 3 預(yù)應(yīng)力標示桿預(yù)應(yīng)力標示桿 4 應(yīng)力松弛自補償彈簧應(yīng)力松弛自補償彈簧5 彈簧護筒彈簧護筒 6 減摩墊圈減摩墊圈 7 應(yīng)力擴散托盤應(yīng)力擴散托盤 8 高強樹脂錨固劑高強樹脂錨固劑 9 圍巖圍巖可控預(yù)應(yīng)力超高強錨桿概念圖可控預(yù)應(yīng)力超高強錨桿概念圖 對淺部或深部類圍巖，由于圍巖應(yīng)力與巖體強度的矛盾不突出，不采取專門的底板支護/加固措施，也能確保底板穩(wěn)定，不至于發(fā)生明顯的底臌量。對深部 類圍巖，由于高地應(yīng)力與圍巖體低強度之間的矛盾愈加突出，巷道底部（尤其是在應(yīng)力高度集中的兩角處）巖體很容易破裂失穩(wěn)，產(chǎn)生大的底臌。因而必須對巷道底板采取有效的支護措施。具體措施：長度適度的高強錨桿及與之相匹配的施工機具、工藝；適宜的注漿工藝（止?jié){層是關(guān)鍵）；聯(lián)合支護中的支架或反底拱 高質(zhì)量的光面爆破；初噴找平層科學布錨法一深部巖巷的圍巖穩(wěn)定受高地應(yīng)力、