巷道围岩稳定性分类与支护决策智能研究

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1、巷道围岩稳定性分类与支护决策智能研究1绪论1.1研究目的及意义我国的煤炭产量居世界第一位，煤炭在我国一次性能源结构中位于主导地位。随着我国经济的发展，能源的需求量不断上升，煤炭的消耗也越来越大，预计在未来几十年内，煤炭仍将是我国的重要能源和重要的战略物资。我国的煤炭有95%以上是井工开采，进过长期的大规模开采后，埋藏于浅部的煤炭资源已经大大减少，大部分矿井开始向深部延伸。我国有六成以上的煤炭资源埋藏在800m以下，为了提高煤炭的产出量，煤矿开釆方向将向着开采那些赋存条件差、深度大的煤层。近年来，我国矿井采深平均每年增加8-12米，东部地区煤矿采深增加更快，两淮地区许多矿井进入了深部开釆。随

2、着开采深度的增加，巷道围岩的支护难度加大，围岩变得更加不稳定，这对支护技术提出了新的要求。现有的巷道围岩支护理论通常是建立在理论分析、现场观测和经验类比等基础上的。锚杆支护是目前煤矿岩石巷道的主要支护方式之一，具有施工快速、工人劳动强度低、成本低廉的优点。因此在锚杆支护理论基础上发展起来的如锚喷支护、锚网喷支护、销网索喷支护等发展非常迅速，是今后煤矿巷道支护技术的主要发展方向。但是，锚杆支护的参数往往是借助以往巷道支护的工程经验类比得到的，虽然也有理论计算公式，但对众多影响因素做了简化和省略，难以全面的反映实际的支护需求。另外，锚杆支护的很多先进技术停留在少数科研单位或者研宄院所，实际支护

3、中，矿井技术人员和工人还是按照自己的经验来进行操作。错杆支护成套技术规定了各种技术规范和标准，设计人员要面对大量繁琐、复杂的参数和理论，这使得更先进的锚杆支护技术推广和发展进步受到阻碍。..1.2国内外研究现状围岩分类作为一种实用的工程类比方法，在目前的地下工程设计中有着非常广泛的应用。二十世纪六十年代之前，围岩分类只有岩石强度一种单一性的指标，此类方法较为简单，但以今天的眼光来看，围岩稳定性的影响因素错综复杂，显然这种单一性指标不够严谨，可靠度不够。此后，随着地下工程围岩分类研究的进步，研宄人员把岩体机构的完整性概念引入了相关的研究当中，并且在九十年代的末期使得围岩分类研宄取得长足的进步

4、。到现在为止，国内外学者与研究人员提出的围岩分类方法多达几十上百种。不同的分类方法其标准和侧重点是不同的，地下工程尤其是采矿工程所涉及到情况是复杂多变的，甚至细致到同一条巷道的不同区段的地址条件也可能是不同的，某些地段可能围岩强度起主导作用，另一些地段可能会是结构面或者水文状况对围岩强度起主要影响作用。所以想用一种分类方法来囊括整个地下工程面临的问题是不可能的。因此，对于不同的分类方法，首先要考虑地下工程围岩的真实情况，分析重点，做到对其具体的问题有针对性。围岩的工程地质特点与物理力学性质是进行围岩分类的基础，对围岩稳定性分类进行研究，从而建立不同的应用模型，以方便技术人员设计以及施工。同

5、时，围岩稳定性分类的研宄，有助于总结以前的施工经验和教训，更好的选择支护参数和合理的施工方法，节省人力物力。对现行的地下工程围岩分类系统进行归纳总结，总体上可归为单因素分类法、多因素分类法、多因素单指标分类法等。..2巷道围岩稳定性与支护形式的影响因素2.1巷道围岩破坏形式与稳定性巷道围岩的破坏形式有很多种，在巷道的不同位置和不同的破坏阶段，其破坏形式也是不相同的，根据巷道围岩破坏的具体形态、过程和原因，大致上可分为如下几种类型[32]:在稳定与不稳定的巷道围岩中都会出现局部落石破坏，这主要是由于施工和地质的因素造成的。例如围岩结构面与开挖空洞面直接的构造组合不妥、结构面风化与潮解，爆破掘

6、进导致的围岩松动破坏和巷道断面不规则等。重力作用是导致落石破坏的主要原因，而围岩应力占次要位置，通常围岩应力对防止落石还是有一定作用的。落石破坏的位置通常是巷道顶部，其次是巷道两帮。落石破坏的主要形式为岩块沿软弱面滑移和拉断，岩块滑落或坊塌。在抗拉强度低、岩体破碎和软弱面结构中，经常导致围岩受拉而破坏，称为拉断破坏。通常有拉裂破坏和折曲两种形式。当侧压系数;1<1时，巷道顶部围岩会因拉应力的存在，且在重力作用下竖直方向受拉而导致顶部冒落。在顶板相对较平缓的巷道如矩形和梯形断面巷道中更容易存在拉裂破坏。拉裂现象通常沿结构面发展，因此落石的形状通常很不规则。当测压系数;1>1时，巷

7、道两侧处于受压状态，对于脆性和垂直节理发育的岩体，巷道两帮会由于垂直压力的作用而导致垂直向拉裂。另外拉断破坏也会出现在巷道岩柱和导洞壁上。折曲破坏属于围岩拉断破坏形式的一种，主要出现在层状岩体中。当巷道顶底板有水平层状岩体时，会出现沿径向的折曲破坏。当巷道两帮位置存在沿着垂直方向的层状岩体时，帮部会出现凸向帮部的折曲破坏。通常在岩层较薄的巷道中比较容易出现朝着巷道内的折断破坏。..2.2巷道锚喷支护及影响因素锚喷支护是锚