高应力软岩回采巷道锚网索耦合支护技术分析

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1、1绪论[19][20]冯豫、陆家梁、郑雨天等提出联合支护，认为对于巷道支护，如果一直对其实施刚度支护，是不可能达到支护效果的，应该先让其释放一部分能量，让其有一定的变形量，然后在选择合适的时机进行支护，最终达到稳定巷道的目的。[21][22]孙均、郑雨天及朱效嘉提出锚喷一弧板支护理论，进一步发展了联合支护，强调对软岩巷道不能一直让其变形，而是要在一定的变形范围内加以高强度的钢筋混凝土支护，以阻止围岩的变形位移。董方庭教授等人根据巷道开挖空间产生的松动圈及其在支护的作用和地位，提出了[23~25]膨胀性围岩松动圈理论，并建立了松动圈大小与支护

2、力大小的经验关系。认为一般不需要支护就能稳定的巷道，围岩松动圈基本为零，虽然存在弹塑性变形，但并不影响巷道的使用，而松动圈范围与支护难度成正比关系，我们支护就是为了阻止松动圈继续发展扩大，影响巷道稳定性。[26]方祖烈提出主次承载区的支护理论，认为在巷道施工后，在围岩中就会形成一定的拉压域；主要体现在压缩域集中在围岩的深部，反映出围岩的自撑能力，对航道的维护起到主要的承载作用，为主承载区。张拉应力区形成在巷道周围，通过锚杆索的支护进行加固，也可以形成稳定巷道的一定的承载力，只是相对主承载区来说，仅仅起到辅助的作用，因此称之为次承载区。[27

3、]应力控制理论起源于前苏联，主要是通过一定的技术手段改变某些部分围岩的物理力学性质，从而改善围岩内的应力及能量分布，降低支撑压力区围岩的承载能力，使支承压力向围岩深部转移，加强围岩稳定。[28~32]软岩工程理论是何满潮以软岩巷道围岩变形力学分析为基础，提出以复合型围岩变形力学原理的基础的支护理论，包括软岩的一些基本定义、性质以及软岩巷道的破坏原理等，以及以此为基础确定支护参数的方法等内容。[33]王明恕提出全长锚固中性点理论，认为锚杆可以利用自己的锚尾阻止围岩向表面移动，而围岩深处的岩石可以减缓锚杆进入深处的位移速度。锚杆受到的剪力方向相

4、反的界别点处所受的剪应力为零，而拉应力却最大。由此点向锚杆两端变化的过程中，锚杆所受剪应力缓慢增大，而轴向拉应力逐步减小。[34]围岩强度的强化理论由侯朝炯、勾攀峰教授提出，认为：①锚杆系统布置可以提高岩体的弹性模量E、内聚力C，却不能提高内摩擦角φ；②锚固区域围岩具有正交异性，沿着试件的轴向围岩的弹性模量E随着锚杆密度的增加而增大，而增加内摩擦角φ可以提高围岩强度；③有效设计出锚杆支护能大大改变围岩所受的应力应变状态，带锚岩体不相同的弹性模量也会带来不同锚固效果；④锚固效果的优良与采用的锚杆材料性质有关，并设计出最好的锚杆的布置方案；⑤锚

5、固区的变形及破坏符合摩尔强度准则；⑥锚杆的支护作用相当于对孔硐周围岩体施加径向约束力。能量支护假说是以能量守恒定律和能量相互转化为理论基础，认为锚杆与岩体在一3西安科技大学硕士学位论文起，可以吸收一部分围岩的能量，围岩又释放锚杆吸收不完的能量，总能量不变，这就是能量自动补偿作用。弹塑性体理论认为，巷道开挖后，如果在巷道内壁不施加任何作用力，由于应力的重分布，会逐渐形成一个塑性区。在塑性区的外围仍然是弹性区，交界处应力是连续的。而巷道内有径向力时，塑性区的范围将发生变化。[35]关键块理论：认为根据节理倾角、倾向，利用分析法找到能够有滑动可能

6、的关键块。再把关键块的几何性质以及地质参数以节理锥JP、开挖锥EP和切割锥BP=JP∩EP表示。当一凸形块体切割锥为空集，而节理锥非空时，块体是可以滑动的，否则块体稳定。1.2.3国外回采巷道锚杆支护研究现状上世纪初海姆（A.Haim）、朗金（W.J.M.Rankine）和金尼克(А.Н.HHK)提出的古[36][37]典压力理论。认为作用在支护体上的作用力相当于是上覆的岩层重量H。海姆则2认为测压系数为1，而朗金以松散体的理论得出tan(45/2)°,而金尼克则以弹性理论分析出为/(1)，其中、、分别代表岩体泊松比、内摩

7、擦角及体积质量。随着开采深度增加的越来越快，出现了散体压力理论。该理论认为地下工程埋藏较大时，作用在支护上的压力仅仅只是围岩坍塌形成的拱形内岩体重量，代表有太沙基[38](K.Terzaghi)和普氏(М.М.Протодъяконов)理论。太沙基理论认为坍落拱形状为矩形，而普氏则认为巷道开挖后，松散岩块就会垮落形成类似于抛物线样的拱形，待拱形平衡后，上面的岩层会在原始应力条件下保持平衡，而下方垮落岩块才是容易破裂的区域；而散体理论的最大贡献是提出巷道围岩具有自承能力。20世纪50年代以来，随着弹塑性力学的发展，许多学者以此为基础，阐述了

8、诸多[38][40]巷道支护难题，最著名的芬纳(R.Fenner)公式和卡斯特纳(H.Kasterner)公式。弹塑性支护理论通过对“支护—围岩”共同作用系统的分析，从而揭示出支