深部软岩巷道支护的研究

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1、深部软岩巷道支护的研究屮图分类号：TD文献标识码：A文章编号：1007-0745(2014)01-0052-01摘要：通过对国内外深部巷道支护方法现状的分析，指出了围岩性质、地质构造、埋藏深度以及周I韦I环境等自然因素以及开采技术因素对深部软岩巷道变形、破坏的影响，探讨了动压下巷道支护方法存在的关键技术难题。对深部软岩巷道支护提出了几点认识。关键词：深部巷道软岩巷道变形特征支护原则r■、八—1>IJIJS冃前，我国赋存在1000m以下的煤炭资源约为2.95万亿t,占煤炭资源总量的53%。我国煤矿开采深度正在以每年8~12m的速度增加，预计大约在未来20a我国很多矿井将

2、进入到1000-1500m的深度。国内外的经验都表明，随着开采深度的增加，地应力增大、地温升高、涌水量等地质环境复杂性加大，将导致巷道支护成本急剧增加和突发性工程灾害以及重大恶性申故增加等一系列问题，为深部矿井开采均提出了严重的挑战［1,2］。2、国内外研究现状2.1国外研究现状Fenner等人提出的理想弹塑性模型，假设岩体服从摩尔-库仑屈服准则，分析计算了I韦I岩的应力，推导出目前工程上广泛用来求I韦I岩弹塑性区应力和弹塑性区半径的卡斯特纳方程。Cundall提出并发展了离散单元法,现今已出现二维和三维的可变形离散单元法及考虑动荷载的动力离散单元法。随着高应力软岩巷

3、道支护理论的不断深入研究，支护技术手段也取得了长足发展。徳国主要采用封闭式双层组合支架，还发展了一种主要由刚套管和让压件组成的组合支架，波兰主要采用重型金属可缩性封闭式支架⑶。2・2国内研究现状蒋斌松等采用非关联弹塑性分析，获得了应力和变形的封闭解；为解决巷道开挖过程中的围岩变形、破坏和控制问题，蒋金泉等运用FLAC、李宏业运用ANSYS、张后全等运用RFPA2D软件做了大量的研究，取得了很好的成绩。支护方式方面，近几年我国着重研究试验了锚网喷索、锚网喷索注浆加固二次支护、u型钢支架锚索、u型钢支架喷注、混凝土（或料石）a注浆加固、壁后充填全断面封闭式U型钢可缩支架等

4、，以及上述部分支护形式和锚网喷、卸压等联合支护技术，在工程实践中取得了一定的效果[3-5]o3、巷道围岩变形、破坏影响因素巷道维护的难易程度取决于围岩的变形。深部软岩巷道围岩的变形包括巷道周边及围岩深部在矿山压力作用下的变形和巷道围岩的流变。巷道围岩的变形也是矿山压力显现的主要表现形式,深部软岩巷道的围岩变形受到各种各样的因素影响，其主要因素有：3.1自然因素3.1.1围岩性质表征用岩的物理力学性质的主要因素包括岩体的弹性模量、单轴抗压强度、以及岩体的内摩擦角等，•般来说，物理力学性质越稳泄，岩体的单轴抗压强度和内摩擦如也会越人。围岩的物理力学性质决定着巷道的变形和破

5、坏。3.1.2地质构造岩层中包含的层理、节理及断层形成的弱面结构，使围岩岩体本身的各项强度都降低。因而，在地下受到构造应力的影响，围岩产牛强烈的变形。弱面容易产生离层，并受重力作用，较易发生冒落。3.1.3巷道埋藏深度围岩的稳定性受到矿井深度的影响，随着采深的增加，围岩的应力超过自身的强度，巷道就会发生剧烈变形形成塑性区，巷道就处于失稳状态。3.1.4水的作用软化现象可以使岩石的强度降低。泥质类软岩容易产生各种软化现象，围岩容易产生大的塑性变形。3.1.5时间的影响岩石都具有一定的流变性，即使岩石处于给定载荷状态，随着时间的变化，岩石也会产生变形，冇时会直至破坏。3・

6、2开采技术因素3.2.1巷道布置方式巷道布置的方式不同，受到的构造和采动影响的程度也不一样。巷道在掘进影响稳定后，受采动影响的变形较为明显，且初次采动的影响人于二次采动的影响。3.2.2护巷煤柱尺寸煤柱尺寸决定着巷道侧向支承压力的影响范围。我国煤矿屮常应用的是留小煤墙的沿空掘巷方式。3.2.3巷道开掘面积巷道的面积越大，破碎区的范围也会越大，因而围岩的位移也越大，闱岩的位移受巷道断面面积的影响较大。3.2.4采动的影响巷道既受到木工作面的釆动影响，乂同时受到相邻工作面的采动影响。整个影响阶段包括掘进影响阶段-掘进影响稳定阶段-采动影响阶段-采动影响稳定阶段-二次采动影

7、响阶段。4、软岩巷道变形破坏特征由于本构关系不同，决定了软岩巷道和硬岩巷道支护原理截然不同，硕岩巷道支护的日的是不允许岩石进入塑性状态，因为硕岩进入塑性状态就意味着丧失承载能力，然而软岩巷道的支护必须允许软岩进入塑性状态，目的是达到其最大塑性承载能力。如图1所示，软岩巷道支护的独特之处还在于莫巨大的塑性能必须以某种形式释放出来，软岩巷道的支护原理可以表示为：式中一开挖巷道岩石后使围岩向临空区运动的合力，包括重力、水作用力、膨胀力、构造应力和工程偏应力等；—以变形的形式软化的工程力，对于软岩來讲，主要是塑形能以变形的方式释放;—围岩自撑力，即围岩本身具