復合型軟巖支護對策

從以上分析軟巖巷道變形破壞機理看出，回風上山具有大變形、大地壓、難支護的特點，是因為軟巖并非具有單一變形力學機制，而是同時具有多種變形力學機制的“并發(fā)癥”和“綜合癥”復合型變形力學機制。因此，要想有效地進行軟巖巷道支護，單一的方法是難以奏效的，必須采取聯(lián)合支護方法。正確確定軟巖巷道的變形力學機制類型，成功地由復合型轉化到單一型的技術。

在回風上山區(qū)域范圍內存在著應力場，其最大水平主應力為22MPa，方向N75°E，和巷道軸向夾角60°。造成回風上山大部分巷道中心線向東西方向偏移，右?guī)烷_裂，收幫、尖頂、倒塌。其巨大水平應力場在巷道掘進前以彈性能儲存，掘進后支護體強度遠小于水平應力，造成巷道失穩(wěn)破壞，產(chǎn)生頂板下沉、冒落，底鼓；另一方面，巖層在巷道成型時，應力狀態(tài)從三維向二維轉變，在構造應力作用下，又極易發(fā)生破壞而產(chǎn)生非線性彈塑性變形，導致軟巖支護體破壞。

總之，回風上山變形破壞是由復合型軟巖和構造高應力多種機制共同作用形成的，在一些地方表現(xiàn)為單一機制%在許多地方表現(xiàn)為復合機制 。

回風上山處于粉砂巖、泥巖巖組中，富含伊利石、高嶺土等礦物，含量為15-30%。含伊蒙和高嶺土礦物的泥巖類膨脹性很強，遇水后，在粘粒周圍形成水化膜%使粘粒體積膨脹，軟巖進入平時所見的粘流狀態(tài)和液流狀態(tài)，特別是底版為開放式，長期受水浸泡，造成巷道底鼓，這是巷道底鼓破壞的主要原因。

這種類型的軟巖有別于單純碎脹型軟巖，這里特別強調對地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉化工作。

支護的首要任務是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開來，防止圍巖風化、潮解，減少巖體強度的降低。對于這類軟巖，如若制水得當，膨脹性軟巖可以轉化為較易支護的碎脹型軟巖；經(jīng)轉化后的膨脹性軟巖，如果松動圈不大，支護的阻力并不是一定要很大。

復合型軟巖，既有圍巖的吸水膨脹性變形，又產(chǎn)生了較大的松動圈，剪脹變形和巖石的吸水膨脹性變形都比較大，須采用防水和支護阻力較強的可塑性支護措施；復合型軟巖巷道施工之后一定要加強維護，因為在剪脹變形力作用下，一般用來防水的噴層很快就會開裂破壞，必須及時補噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同。

總之，在支護設計和施工之前，必須首先準確判定巷道的主要支護對象和把握圍巖支護難度，以便對癥下藥，采取相應的技術措施 。

采用錨注架棚聯(lián)合支護，架設封閉金屬支架→鋪網(wǎng)→充填冒落區(qū)→預埋注漿錨桿→第一次雙液注漿充填采空區(qū)→二次單液注漿加固圍巖，使支架、填充物、圍巖形成支護承載體 。2100433B

這兩種類型的軟巖有別于單純碎脹型軟巖，這里特別強調對地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉化工作。

支護的首要任務是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開來，防止圍巖風化、潮解，減少巖體強度的降低。對于這類軟巖，如若制水得當，膨脹性軟巖可以轉化為較易支護的碎脹型軟巖；經(jīng)轉化后的膨脹性軟巖，如果松動圈不大，支護的阻力并不是一定要很大。

復合型軟巖，既有圍巖的吸水膨脹性變形，又產(chǎn)生了較大的松動圈，剪脹變形和巖石的吸水膨脹性變形都比較大，須采用防水和支護阻力較強的可塑性支護措施；復合型軟巖巷道施工之后一定要加強維護，因為在剪脹變形力作用下，一般用來防水的噴層很快就會開裂破壞，必須及時補噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同 。2100433B

本書主要內容包括對內蒙古上海廟礦區(qū)2008～2018年軟巖支護與實踐工作進行回顧，列舉部分具有代表性支護的工程案例；對上海廟礦區(qū)開展的基礎測試工作和測試結果進行提煉、歸納和總結，結合現(xiàn)場實際，定性和定量地對上海廟礦區(qū)圍巖特性進行了分類和判別；系統(tǒng)分析和闡述上海廟礦區(qū)軟巖力學特性，計算礦區(qū)軟化臨界深度和強度，同時又針對上海廟礦區(qū)在工程設計和巷道施工中遵循的“大水防控、小水管理”和“兩中心 八原則”的綜合治軟理念進行闡述并列舉部分實例以供參考。

目錄

《博士后文庫》序言

前言

第1章 緒論 1

1.1引言 1

1.2國內外研究現(xiàn)狀 2

1.2.1軟巖的定義及分類 3

1.2.2軟巖巷道的主要特征 5

1.2.3軟巖巷道支護理論與支護技術國內外研究現(xiàn)狀 6

1.3開陽磷礦深部井巷支護存在的問題 10

1.4本書主要研究內容 11

第2章 深部軟巖巷道破壞情況現(xiàn)場調查與分析 14

2.1地質條件與巷道破壞現(xiàn)場調查 14

2.1.1開陽磷礦基本情況概述 14

2.1.2軟巖巷道破壞情況現(xiàn)場調查 14

2.1.3深部礦區(qū)軟巖巷道變形破壞特征 18

2.2所研區(qū)域巷道變形破壞的主客觀因素 19

2.2.1客觀因素 19

2.2.2主觀因素 20

2.3所研區(qū)域深部巷道底鼓的原因和機理分析 21

2.4本章小結 22

第3章 深部礦區(qū)原巖應力場分布規(guī)律的測試研究 24

3.1地應力測量對深部礦山安全高效開采的重要意義 25

3.2地應力理論及發(fā)展概述 26

3.2.1地應力理論的發(fā)展歷史 26

3.2.2影響地應力的主要因素和測量基本原則 28

3.2.3世界各國地應力測量的研究進展 30

3.2.4地應力測量在礦山工程中的主要應用 35

3.3地應力測量方法的選擇和確定 36

3.3.1地應力測量方法的分類與比較 36

3.3.2測量方法的初步確定 40

3.3.3孔壁應變解除法的基本原理 41

3.3.4開陽磷礦地應力測量存在的問題 43

3.3.5對地應力測量設備的技術改造 44

3.3.6自制LUT三軸應變計探頭 48

3.4礦區(qū)原巖應力的現(xiàn)場測試 51

3.4.1地應力測點的選擇確定 51

3.4.2原巖應力現(xiàn)場測量過程及步驟 53

3.4.3巖心筒彈性參數(shù)測定與計算 57

3.5三維地應力測量結果與分析 58

3.5.1專用三維地應力計算程序 58

3.5.2測點地應力的計算結果 58

3.5.3礦區(qū)主應力的赤平投影圖 59

3.5.4礦區(qū)原巖應力場分布規(guī)律 60

3.6本章小結 62

第4章 典型高應力軟巖工程力學屬性的測試研究 64

4.1紅頁巖的礦物成分及微觀結構分析 64

4.1.1頁巖的分類 64

4.1.2紅頁巖的微觀結構描述 66

4.2紅頁巖各向異性力學性質測試研究 68

4.2.1測試的儀器和設備 68

4.2.2現(xiàn)場取樣及試樣制備 69

4.2.3測試內容與測試過程 69

4.2.4各向異性紅頁巖試件的測試結果 72

4.3紅頁巖水理力學特性的測試研究 73

4.3.1紅頁巖吸水性的測試研究 74

4.3.2浸水時間（或吸水率）對紅頁巖強度的影響研究 76

4.3.3紅頁巖遇水膨脹性試驗研究 79

4.3.4紅頁巖遇水耐崩解性測試研究 82

4.4紅頁巖蠕變特性的試驗研究 84

4.4.1試驗方法的選擇 84

4.4.2試驗過程 84

4.4.3試驗結果及分析 86

4.5紅頁巖復合型變形力學機制分析 87

4.6本章小結 88

第5章 高應力軟巖巷道圍巖應力與變形的力學分析 90

5.1馬路坪礦深部高應力軟巖試驗巷道的數(shù)值模擬分析 90

5.1.1數(shù)值模擬方法的選擇 91

5.1.2離散元法的基本方程 92

5.1.3數(shù)值模擬計算模型的建立 93

5.1.4巷道開挖后圍巖應力與變形分析 95

5.2新開挖軟巖巷道變形規(guī)律的現(xiàn)場測試研究 100

5.2.1巷道斷面收斂位移監(jiān)測方案 101

5.2.2巷道表面位移監(jiān)測結果 106

5.3本章小結 108

第6章 高應力軟巖巷道圍巖松動圈分布特性的測試研究 110

6.1巷道圍巖松動圈的概念 110

6.2基于圍巖松動圈支護理論的軟巖巷道支護分析 110

6.2.1巷道支護載荷分析 111

6.2.2限制剪脹變形對控制圍巖松動圈的作用分析 111

6.2.3巷道支護對象分析 112

6.3巷道圍巖松動圈分布特性的測試研究 114

6.3.1圍巖松動圈測定對巷道支護設計的作用 114

6.3.2圍巖松動圈測試的儀器設備 114

6.3.3圍巖松動圈的現(xiàn)場測試 116

6.3.4測試結果及分析 118

6.4本章小結 122

第7章 復合型破壞高應力軟巖巷道支護技術研究 124

7.1軟巖巷道支護的基本原理 124

7.1.1軟巖巷道深部圍巖力學形態(tài)變化 124

7.1.2軟巖巷道支護的總體思路 125

7.2紅頁巖巷道支護對井下水的治理措施 126

7.3層狀底板撓曲褶皺性底鼓控制措施 128

7.3.1層狀巖體底鼓的控制方法 128

7.3.2層狀巖體底鼓的控制方法有效性研究 129

7.4高應力軟巖巷道圍巖控制技術的研究 137

7.4.1高應力軟巖巷道圍巖控制的主要原則和途徑 138

7.4.2最佳支護時間和最佳支護時段的確定 140

7.4.3支護關鍵部位耦合支護理論 143

7.5加固幫、角控制圍巖變形破壞技術研究 145

7.5.1加固幫、角對控制圍巖變形破壞的作用 145

7.5.2巷道圍巖幫、角加固的方法 145

7.6高應力大變形巖體的協(xié)調變形吸能錨桿的研制 146

7.6.1理想高應力大變形巖體支護錨桿的設計思路 146

7.6.2波浪式協(xié)調變形吸能錨桿的設計研發(fā) 147

7.6.3錨桿的彎曲吸能段波形參數(shù)的確定方法 149

7.6.4新型錨桿的加工制作 151

7.6.5波浪式協(xié)調變形吸能錨桿的安裝過程 151

7.7本章小結 153

第8章 工業(yè)試驗及效果檢驗 154

8.1現(xiàn)有支護方式評價 154

8.2新支護方案的設計 157

8.2.1新支護方案設計的依據(jù) 157

8.2.2新支護方案的設計 159

8.3支護參數(shù)的選取 160

8.3.1支護組件在支護體系中的作用 160

8.3.2錨桿支護參數(shù)的確定 161

8.3.3混凝土噴層參數(shù)的選擇 163

8.3.4擴網(wǎng)參數(shù)的選擇 164

8.3.5光面爆破參數(shù)的選擇 164

8.4支護工業(yè)試驗 165

8.4.1工業(yè)試驗方案布置 165

8.4.2效果檢驗 165

8.4.3支護方案及注意事項 168

8.5本章小結 170

第9章 結論與展望 171

9.1結論 171

9.2展望 173

參考文獻 1742100433B