復(fù)合型軟巖

在回風(fēng)上山區(qū)域范圍內(nèi)存在著應(yīng)力場(chǎng)，其最大水平主應(yīng)力為22MPa，方向N75°E，和巷道軸向夾角60°。造成回風(fēng)上山大部分巷道中心線向東西方向偏移，右?guī)烷_(kāi)裂，收幫、尖頂、倒塌。其巨大水平應(yīng)力場(chǎng)在巷道掘進(jìn)前以彈性能儲(chǔ)存，掘進(jìn)后支護(hù)體強(qiáng)度遠(yuǎn)小于水平應(yīng)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(shí)，應(yīng)力狀態(tài)從三維向二維轉(zhuǎn)變，在構(gòu)造應(yīng)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(dǎo)致軟巖支護(hù)體破壞。

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

從以上分析軟巖巷道變形破壞機(jī)理看出，回風(fēng)上山具有大變形、大地壓、難支護(hù)的特點(diǎn)，是因?yàn)檐泿r并非具有單一變形力學(xué)機(jī)制，而是同時(shí)具有多種變形力學(xué)機(jī)制的“并發(fā)癥”和“綜合癥”復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制。因此，要想有效地進(jìn)行軟巖巷道支護(hù)，單一的方法是難以奏效的，必須采取聯(lián)合支護(hù)方法。正確確定軟巖巷道的變形力學(xué)機(jī)制類(lèi)型，成功地由復(fù)合型轉(zhuǎn)化到單一型的技術(shù)。

這種類(lèi)型的軟巖有別于單純碎脹型軟巖，這里特別強(qiáng)調(diào)對(duì)地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉(zhuǎn)化工作。

支護(hù)的首要任務(wù)是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開(kāi)來(lái)，防止圍巖風(fēng)化、潮解，減少巖體強(qiáng)度的降低。對(duì)于這類(lèi)軟巖，如若制水得當(dāng)，膨脹性軟巖可以轉(zhuǎn)化為較易支護(hù)的碎脹型軟巖；經(jīng)轉(zhuǎn)化后的膨脹性軟巖，如果松動(dòng)圈不大，支護(hù)的阻力并不是一定要很大。

復(fù)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(dòng)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(hù)阻力較強(qiáng)的可塑性支護(hù)措施；復(fù)合型軟巖巷道施工之后一定要加強(qiáng)維護(hù)，因?yàn)樵诩裘涀冃瘟ψ饔孟?，一般用?lái)防水的噴層很快就會(huì)開(kāi)裂破壞，必須及時(shí)補(bǔ)噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同。

總之，在支護(hù)設(shè)計(jì)和施工之前，必須首先準(zhǔn)確判定巷道的主要支護(hù)對(duì)象和把握圍巖支護(hù)難度，以便對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)的技術(shù)措施 。

回風(fēng)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(lèi)膨脹性很強(qiáng)，遇水后，在粘粒周?chē)纬伤?使粘粒體積膨脹，軟巖進(jìn)入平時(shí)所見(jiàn)的粘流狀態(tài)和液流狀態(tài)，特別是底版為開(kāi)放式，長(zhǎng)期受水浸泡，造成巷道底鼓，這是巷道底鼓破壞的主要原因。

采用錨注架棚聯(lián)合支護(hù)，架設(shè)封閉金屬支架→鋪網(wǎng)→充填冒落區(qū)→預(yù)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(hù)承載體 。2100433B

這兩種類(lèi)型的軟巖有別于單純碎脹型軟巖，這里特別強(qiáng)調(diào)對(duì)地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉(zhuǎn)化工作。

支護(hù)的首要任務(wù)是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開(kāi)來(lái)，防止圍巖風(fēng)化、潮解，減少巖體強(qiáng)度的降低。對(duì)于這類(lèi)軟巖，如若制水得當(dāng)，膨脹性軟巖可以轉(zhuǎn)化為較易支護(hù)的碎脹型軟巖；經(jīng)轉(zhuǎn)化后的膨脹性軟巖，如果松動(dòng)圈不大，支護(hù)的阻力并不是一定要很大。

復(fù)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(dòng)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(hù)阻力較強(qiáng)的可塑性支護(hù)措施；復(fù)合型軟巖巷道施工之后一定要加強(qiáng)維護(hù)，因?yàn)樵诩裘涀冃瘟ψ饔孟?，一般用?lái)防水的噴層很快就會(huì)開(kāi)裂破壞，必須及時(shí)補(bǔ)噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同 。2100433B

本書(shū)主要內(nèi)容包括對(duì)內(nèi)蒙古上海廟礦區(qū)2008～2018年軟巖支護(hù)與實(shí)踐工作進(jìn)行回顧，列舉部分具有代表性支護(hù)的工程案例；對(duì)上海廟礦區(qū)開(kāi)展的基礎(chǔ)測(cè)試工作和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行提煉、歸納和總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，定性和定量地對(duì)上海廟礦區(qū)圍巖特性進(jìn)行了分類(lèi)和判別；系統(tǒng)分析和闡述上海廟礦區(qū)軟巖力學(xué)特性，計(jì)算礦區(qū)軟化臨界深度和強(qiáng)度，同時(shí)又針對(duì)上海廟礦區(qū)在工程設(shè)計(jì)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(jìn)行闡述并列舉部分實(shí)例以供參考。

目錄

《博士后文庫(kù)》序言

前言

第1章 緒論 1

1.1引言 1

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2

1.2.1軟巖的定義及分類(lèi) 3

1.2.2軟巖巷道的主要特征 5

1.2.3軟巖巷道支護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6

1.3開(kāi)陽(yáng)磷礦深部井巷支護(hù)存在的問(wèn)題 10

1.4本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容 11

第2章 深部軟巖巷道破壞情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析 14

2.1地質(zhì)條件與巷道破壞現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 14

2.1.1開(kāi)陽(yáng)磷礦基本情況概述 14

2.1.2軟巖巷道破壞情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)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(jī)理分析 21

2.4本章小結(jié) 22

第3章 深部礦區(qū)原巖應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律的測(cè)試研究 24

3.1地應(yīng)力測(cè)量對(duì)深部礦山安全高效開(kāi)采的重要意義 25

3.2地應(yīng)力理論及發(fā)展概述 26

3.2.1地應(yīng)力理論的發(fā)展歷史 26

3.2.2影響地應(yīng)力的主要因素和測(cè)量基本原則 28

3.2.3世界各國(guó)地應(yīng)力測(cè)量的研究進(jìn)展 30

3.2.4地應(yīng)力測(cè)量在礦山工程中的主要應(yīng)用 35

3.3地應(yīng)力測(cè)量方法的選擇和確定 36

3.3.1地應(yīng)力測(cè)量方法的分類(lèi)與比較 36

3.3.2測(cè)量方法的初步確定 40

3.3.3孔壁應(yīng)變解除法的基本原理 41

3.3.4開(kāi)陽(yáng)磷礦地應(yīng)力測(cè)量存在的問(wèn)題 43

3.3.5對(duì)地應(yīng)力測(cè)量設(shè)備的技術(shù)改造 44

3.3.6自制LUT三軸應(yīng)變計(jì)探頭 48

3.4礦區(qū)原巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 51

3.4.1地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的選擇確定 51

3.4.2原巖應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程及步驟 53

3.4.3巖心筒彈性參數(shù)測(cè)定與計(jì)算 57

3.5三維地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果與分析 58

3.5.1專(zhuān)用三維地應(yīng)力計(jì)算程序 58

3.5.2測(cè)點(diǎn)地應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果 58

3.5.3礦區(qū)主應(yīng)力的赤平投影圖 59

3.5.4礦區(qū)原巖應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 60

3.6本章小結(jié) 62

第4章 典型高應(yīng)力軟巖工程力學(xué)屬性的測(cè)試研究 64

4.1紅頁(yè)巖的礦物成分及微觀結(jié)構(gòu)分析 64

4.1.1頁(yè)巖的分類(lèi) 64

4.1.2紅頁(yè)巖的微觀結(jié)構(gòu)描述 66

4.2紅頁(yè)巖各向異性力學(xué)性質(zhì)測(cè)試研究 68

4.2.1測(cè)試的儀器和設(shè)備 68

4.2.2現(xiàn)場(chǎng)取樣及試樣制備 69

4.2.3測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試過(guò)程 69

4.2.4各向異性紅頁(yè)巖試件的測(cè)試結(jié)果 72

4.3紅頁(yè)巖水理力學(xué)特性的測(cè)試研究 73

4.3.1紅頁(yè)巖吸水性的測(cè)試研究 74

4.3.2浸水時(shí)間（或吸水率）對(duì)紅頁(yè)巖強(qiáng)度的影響研究 76

4.3.3紅頁(yè)巖遇水膨脹性試驗(yàn)研究 79

4.3.4紅頁(yè)巖遇水耐崩解性測(cè)試研究 82

4.4紅頁(yè)巖蠕變特性的試驗(yàn)研究 84

4.4.1試驗(yàn)方法的選擇 84

4.4.2試驗(yàn)過(guò)程 84

4.4.3試驗(yàn)結(jié)果及分析 86

4.5紅頁(yè)巖復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制分析 87

4.6本章小結(jié) 88

第5章 高應(yīng)力軟巖巷道圍巖應(yīng)力與變形的力學(xué)分析 90

5.1馬路坪礦深部高應(yīng)力軟巖試驗(yàn)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(jì)算模型的建立 93

5.1.4巷道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力與變形分析 95

5.2新開(kāi)挖軟巖巷道變形規(guī)律的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究 100

5.2.1巷道斷面收斂位移監(jiān)測(cè)方案 101

5.2.2巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果 106

5.3本章小結(jié) 108

第6章 高應(yīng)力軟巖巷道圍巖松動(dòng)圈分布特性的測(cè)試研究 110

6.1巷道圍巖松動(dòng)圈的概念 110

6.2基于圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論的軟巖巷道支護(hù)分析 110

6.2.1巷道支護(hù)載荷分析 111

6.2.2限制剪脹變形對(duì)控制圍巖松動(dòng)圈的作用分析 111

6.2.3巷道支護(hù)對(duì)象分析 112

6.3巷道圍巖松動(dòng)圈分布特性的測(cè)試研究 114

6.3.1圍巖松動(dòng)圈測(cè)定對(duì)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的作用 114

6.3.2圍巖松動(dòng)圈測(cè)試的儀器設(shè)備 114

6.3.3圍巖松動(dòng)圈的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 116

6.3.4測(cè)試結(jié)果及分析 118

6.4本章小結(jié) 122

第7章 復(fù)合型破壞高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究 124

7.1軟巖巷道支護(hù)的基本原理 124

7.1.1軟巖巷道深部圍巖力學(xué)形態(tài)變化 124

7.1.2軟巖巷道支護(hù)的總體思路 125

7.2紅頁(yè)巖巷道支護(hù)對(duì)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(yīng)力軟巖巷道圍巖控制技術(shù)的研究 137

7.4.1高應(yīng)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(hù)時(shí)間和最佳支護(hù)時(shí)段的確定 140

7.4.3支護(hù)關(guān)鍵部位耦合支護(hù)理論 143

7.5加固幫、角控制圍巖變形破壞技術(shù)研究 145

7.5.1加固幫、角對(duì)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(yīng)力大變形巖體的協(xié)調(diào)變形吸能錨桿的研制 146

7.6.1理想高應(yīng)力大變形巖體支護(hù)錨桿的設(shè)計(jì)思路 146

7.6.2波浪式協(xié)調(diào)變形吸能錨桿的設(shè)計(jì)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(diào)變形吸能錨桿的安裝過(guò)程 151

7.7本章小結(jié) 153

第8章 工業(yè)試驗(yàn)及效果檢驗(yàn) 154

8.1現(xiàn)有支護(hù)方式評(píng)價(jià) 154

8.2新支護(hù)方案的設(shè)計(jì) 157

8.2.1新支護(hù)方案設(shè)計(jì)的依據(jù) 157

8.2.2新支護(hù)方案的設(shè)計(jì) 159

8.3支護(hù)參數(shù)的選取 160

8.3.1支護(hù)組件在支護(hù)體系中的作用 160

8.3.2錨桿支護(hù)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(kuò)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(hù)工業(yè)試驗(yàn) 165

8.4.1工業(yè)試驗(yàn)方案布置 165

8.4.2效果檢驗(yàn) 165

8.4.3支護(hù)方案及注意事項(xiàng) 168

8.5本章小結(jié) 170

第9章 結(jié)論與展望 171

9.1結(jié)論 171

9.2展望 173

參考文獻(xiàn) 1742100433B