地下工程課程設(shè)計(jì)---暗斜井碎脹軟巖支護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　土木建筑學(xué)院</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)</p><p>　　課程名稱： 地 下 工 程 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目：煤礦—760m暗斜井碎脹軟巖支護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)(方向)：土木工程（巖土工程）班級(jí)：08級(jí)2班

2、</p><p>　　設(shè) 計(jì) 人： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　土木建筑學(xué)院</b></p><p>　　2011年 7 月 4 日</p><p><b>　　課程

3、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　專業(yè)（方向）：土木工程（巖土） 班級(jí)： 2008級(jí)2班 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目：煤礦-760m暗斜井碎脹軟巖支護(hù)設(shè)計(jì) </p><p>　　原始資料：

4、 </p><p>　　1、煤礦-760m暗斜井工程概況 </p><p>　　2、地質(zhì)條件 </p><

5、p>　　3、巷道破壞狀況 </p><p>　　設(shè)計(jì)應(yīng)解決下列主要問(wèn)題：</p><p>　　1、巷道破壞機(jī)理分析 </p><p>　　2、支護(hù)方案選擇

6、 </p><p>　　3、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)圖紙：</b></p><p>　　1、巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖

7、 </p><p>　　五、命題發(fā)出日期： 2011.7.4 設(shè)計(jì)應(yīng)完成日期： 2011.7.15 </p><p>　　設(shè)計(jì)指導(dǎo)人（簽章）： </p><p>　　日期： 年 月 日</p&g

8、t;<p>　　指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽章）： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　目 錄（小二、黑體）</p><p>　　1 原始條件（小三宋體、1.5倍行距） ………… …………………… … 5</

9、p><p>　　1.1 暗斜井工程概況 ………… ……………………………………………… 5</p><p>　　1.2 地質(zhì)條件…………………………………………………………………… 5</p><p>　　1.3 圍巖狀況分析………………………………………………………………7</p><p>　　1.4 圍巖破壞情況…………………………………

10、……………………………7</p><p>　　2 巷道破壞機(jī)理分析………………………………………………………………11</p><p>　　2.1巖體自身屬性……………………………………………………………… 11</p><p>　　2.2環(huán)境因素………………………………………………………………………13</p><p>　　2.3支護(hù)結(jié)構(gòu)…

11、…………………………………………………………………… 20</p><p>　　3 支護(hù)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………… 22</p><p>　　3.1支護(hù)原則確定………………………………………………………………… 22</p><p>　　3.2支護(hù)方案選擇……………………………………………………………………23</p>

12、<p>　　3.3支護(hù)參數(shù)計(jì)算……………………………………………………………………29</p><p>　　4結(jié)語(yǔ)…………………………………………………………………………………… 32</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………32</p><p><b>　　1原始條件</b>&l

13、t;/p><p>　　1.1暗斜井工程概況</p><p>　　新河礦暗斜井凈斷面圖</p><p>　　某煤礦地面標(biāo)高+45m。-760水平暗斜井包括軌道、皮帶、回風(fēng)三條暗斜井。其中回風(fēng)暗斜井全長(zhǎng)851.83m，傾角250；軌道暗斜井全長(zhǎng)960m，傾角220；膠帶暗斜井全長(zhǎng)996m，傾角210；-760m水平三條暗斜井設(shè)計(jì)斷面均為直墻半圓拱形，支護(hù)方式為錨帶網(wǎng)，其中錨

14、桿直徑為18mm、長(zhǎng)為2m的等強(qiáng)金屬螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，金屬網(wǎng)為直徑4.5mm、網(wǎng)孔100mm×100mm的冷拔絲焊結(jié)而成。</p><p>　　三條暗斜井掘進(jìn)300m左右時(shí)，其中回風(fēng)和軌道暗斜井破壞最為嚴(yán)重，后經(jīng)修復(fù)，目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2 地質(zhì)條件</b></p>&

15、lt;p>　　-760m水平三條暗斜井均位于坡劉莊保護(hù)煤柱內(nèi)，其中向北鄰近一采區(qū)，向東北鄰近工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱，當(dāng)三條暗斜井即回風(fēng)暗斜井、軌道暗斜井及膠帶暗斜分別到達(dá)大約-430、-456和-512水平時(shí)，將穿越嘉祥支三大斷層，該斷層傾角300，落差在120m～600m之間，預(yù)計(jì)斷層附近斷裂構(gòu)造將較為發(fā)育，也有可能伴生其它構(gòu)造，另外，由于對(duì)嘉祥支三大斷層勘探資料較少，對(duì)斷層的賦水性、導(dǎo)水性、斷層帶的寬度、充填狀況、膠結(jié)程度等還有待于

16、進(jìn)一步查明，或者當(dāng)工程快接近該斷層時(shí)，用打超前鉆孔的辦法詳細(xì)查明斷層的賦存狀況，以便為采取有針對(duì)性的措施提前作好準(zhǔn)備。</p><p>　　總之，-760m水平三條暗斜井將絕大部某煤礦地面標(biāo)高+45m。-760水平暗斜井包括軌道、皮帶、回風(fēng)三條暗斜井。其中回風(fēng)暗斜井全長(zhǎng)851.83m，傾角250；軌道暗斜井全長(zhǎng)960m，傾角220；膠帶暗斜井全長(zhǎng)996m，傾角210；-760m水平三條暗斜井設(shè)計(jì)斷面均為直墻半圓拱

17、形，支護(hù)方式為錨帶網(wǎng)，其中錨桿直徑為18mm、長(zhǎng)為2m的等強(qiáng)金屬螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，金屬網(wǎng)為直徑4.5mm、網(wǎng)孔100mm×100mm的冷拔絲焊結(jié)而成。</p><p>　　三條暗斜井掘進(jìn)300m左右時(shí)，其中回風(fēng)和軌道暗斜井破壞最為嚴(yán)重，后經(jīng)修復(fù)，目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　-760m水平三條暗斜井均位于坡劉莊保護(hù)煤柱內(nèi)，其中

18、向北鄰近一采區(qū)，向東北鄰近工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱，當(dāng)三條暗斜井即回風(fēng)暗斜井、軌道暗斜井及膠帶暗斜分別到達(dá)大約-430、-456和-512水平時(shí)，將穿越嘉祥支三大斷層，該斷層傾角300，落差在120m～600m之間，預(yù)計(jì)斷層附近斷裂構(gòu)造將較為發(fā)育，也有可能伴生其它構(gòu)造，另外，由于對(duì)嘉祥支三大斷層勘探資料較少，對(duì)斷層的賦水性、導(dǎo)水性、斷層帶的寬度、充填狀況、膠結(jié)程度等還有待于進(jìn)一步查明，或者當(dāng)工程快接近該斷層時(shí)，用打超前鉆孔的辦法詳細(xì)查明斷層的賦

19、存狀況，以便為采取有針對(duì)性的措施提前作好準(zhǔn)備。</p><p>　　總之，-760m水平三條暗斜井將絕大部</p><p>　　分在3煤頂板巖層中掘進(jìn)，預(yù)計(jì)到達(dá)-750m水平左右時(shí)可能穿過(guò)3煤并進(jìn)入底板巖層中。</p><p><b>　　1.3圍巖狀況分析</b></p><p>　　-760m水平三條暗斜井所穿越的巖

20、層從下往上為細(xì)砂巖、3煤、粉砂巖、中砂巖、泥巖、細(xì)砂巖、泥巖等等，而目前掘進(jìn)實(shí)際揭露的頂?shù)装寮皣鷰r卻為泥質(zhì)軟巖，平均堅(jiān)固性系數(shù)在3左右，其特征是易吸濕、易膨脹、易解體、易剝落以及塑性流變性能大等特征，這是泥巖類中屬于質(zhì)量最差、最難控制的一類泥質(zhì)軟巖。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)、巖樣初步實(shí)驗(yàn)及數(shù)碼照片的仔細(xì)研究，得出了兩點(diǎn)初步結(jié)論：</p><p>　?。?）三條暗斜井目前已揭露

21、的圍巖屬于標(biāo)準(zhǔn)的不良地層，其特點(diǎn)是：易吸濕、易膨脹、易解體、易剝落以及塑性流變大等特點(diǎn)，對(duì)該類圍巖有效控制變形難。</p><p>　?。?）三條暗斜井的圍巖經(jīng)過(guò)定量的劃分，屬于Ⅴ類圍巖，該類圍巖的力學(xué)特點(diǎn)是：不穩(wěn)定、無(wú)自穩(wěn)能力或自穩(wěn)時(shí)間很短；其破壞方式為：易冒頂、易片幫、易底臌、并隨時(shí)間的延續(xù)會(huì)發(fā)生較大的塑性流變變形。</p><p>　　1.4 圍巖破壞狀況</p>&l

22、t;p>　　-760m水平三條暗斜井幾乎是平行掘進(jìn)，各條掘進(jìn)進(jìn)尺大約都在300m左右，比較這三條暗斜井圍巖破壞狀況可以發(fā)現(xiàn)，膠帶暗斜井圍巖破壞狀況稍輕，回風(fēng)暗斜井和軌道暗斜井破壞狀況卻極為嚴(yán)重，后經(jīng)修復(fù)加固之后，目前仍處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　目前暗斜井的破壞狀況如圖1—圖4所示。</p><p>　　圖1 –760m水平回風(fēng)暗斜井距掘進(jìn)工作面5m處頂板破壞狀況<

23、/p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際考察和對(duì)圖1～4的分析研究，暗斜井圍巖的破壞狀況具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）爆破后，若支護(hù)不及時(shí)，頂板巖層便發(fā)生大面積的冒落，其冒落高度還有待于進(jìn)一步觀測(cè)。圖2～3為頂板巖層在及時(shí)支護(hù)的情況下，在不到幾天的時(shí)間里，頂板便發(fā)生了嚴(yán)重變形，下沉量達(dá)半米之多，同時(shí)還出現(xiàn)了噴層剝落及鋼筋裸露等現(xiàn)象，并伴有3～5cm寬的頂板斷裂縫隙，斷縫深度有待測(cè)試。<

24、;/p><p>　　（2）兩幫變形也極為嚴(yán)重，在沒(méi)有及時(shí)支護(hù)的情況下，將出現(xiàn)大面積的塌落或滑塌。圖4為及時(shí)支護(hù)之后兩幫的變形和破壞情況，雖然沒(méi)有出現(xiàn)大面積的整體滑塌現(xiàn)象，但卻出現(xiàn)了向臨空間的整體移動(dòng)，使得兩幫的相對(duì)移近量近一米，這樣已嚴(yán)重影響了行人安全和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　?。?）底板變形破壞極為嚴(yán)重，即底臌量大，截止到目前為止，底板累計(jì)底臌量已達(dá)近一米，出現(xiàn)了道軌扭曲，行人臺(tái)

25、階松動(dòng)變位等現(xiàn)象。圖5為最近臥底之后在不到幾天的時(shí)間里所表現(xiàn)出現(xiàn)的破壞狀況，可見(jiàn)底板變形仍處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，并隨著時(shí)間的延續(xù)還在繼續(xù)發(fā)展，其性質(zhì)具有塑性流變性。</p><p>　　總之，-760m水平暗斜井無(wú)論是頂板、底板、還是兩幫其礦壓顯現(xiàn)都極為嚴(yán)重，這種礦壓顯現(xiàn)將不同于一般的礦壓顯現(xiàn)，它還具有隨著時(shí)間的延續(xù)而表現(xiàn)出來(lái)的塑性流變性。所以，針對(duì)這種特殊性質(zhì)的礦壓顯現(xiàn)，，必須采取一種特種支護(hù)體系，才能長(zhǎng)期而有效的

26、控制住暗斜井變形破壞。</p><p>　　圖2 –760m水平回風(fēng)暗斜井掘進(jìn)工作面泥巖結(jié)構(gòu)狀況</p><p>　　圖3 –760m水平回風(fēng)暗斜井右?guī)蛧鷰r破壞狀況</p><p>　　圖4 –760m水平回風(fēng)暗斜井底臌及側(cè)幫破壞狀況</p><p><b>　　2巷道破壞機(jī)理分析</b></p>&

27、lt;p>　　所謂圍巖的破壞機(jī)理是指引起圍巖破壞的根本原因，它所涉及的因素是多方面的，即有環(huán)境因素（自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等），又有周邊采動(dòng)影響因素，還有支護(hù)設(shè)計(jì)、施工工藝等方面的因素，所以研究圍巖的破壞機(jī)理是非常復(fù)雜的。但這里面存在著一種因果關(guān)系，即圍巖破壞是果，引起圍巖破壞的是因，由果推因是完全有可能的，只要找到了引起圍巖破壞的原因，即機(jī)理，就有可能采取更有針對(duì)性的措施來(lái)控制圍巖的變形和破壞，從而達(dá)到治理的目的。主要從三個(gè)方面分析

28、-760m水平暗斜井圍巖破壞的機(jī)理。</p><p><b>　　2.1巖體自身屬性</b></p><p>　　2.1.1巖體的物理化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　該暗斜井圍巖屬于泥質(zhì)軟巖巷道,平均堅(jiān)固系數(shù)在3左右,特征為易吸濕，易膨脹，易解體，易剝落以及塑形流變性能大，屬于Ⅴ類圍巖。該類圍巖的力學(xué)特點(diǎn)是：不穩(wěn)定、無(wú)自穩(wěn)能力或自穩(wěn)時(shí)間很短；其破

29、壞方式為：易冒頂、易片幫、易底臌、并隨時(shí)間的延續(xù)會(huì)發(fā)生較大的塑性流變變形。</p><p>　　巖性是影響圍巖穩(wěn)定性的最基本因素，是物質(zhì)基礎(chǔ)。[6]由于礦物組成，巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，不同巖石的物理力學(xué)性質(zhì)差別很大。巖石中含有一定量的泥質(zhì)、伊利石、蒙脫石。這決定了巖體的巖性，屬于塑性圍巖，主要包括各類粘土質(zhì)巖石、破碎松散巖石以及某些易于吸水膨脹的巖石，通常具有風(fēng)化速度快，力學(xué)強(qiáng)度低以及遇水易于軟化，崩解等不良性質(zhì)，

30、因此對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性最為不利。怕風(fēng)、怕水、怕震，煤層頂?shù)装鍘r石都非常松軟破碎，易風(fēng)化。具有可塑性、膨脹性、崩解性、塑性流變性。</p><p>　　巷道圍巖巖性為泥巖, 且松散、破碎, 層理、節(jié)理和裂隙發(fā)育, 易風(fēng)化、水解、臌脹和軟化, 泥質(zhì)和炭質(zhì)膠結(jié),巖體和巖塊的強(qiáng)度均很低, 自穩(wěn)時(shí)間短, 屬于典型的松散破碎膨脹型軟巖巷道。無(wú)自穩(wěn)能力。</p><p>　　2.1.2巖體的力學(xué)性能<

31、;/p><p>　　巖體中泥質(zhì)礦物成分和結(jié)構(gòu)面決定了軟巖的力學(xué)特性。顯示出可塑性、膨脹性、崩解性、流變性和易擾動(dòng)性的特點(diǎn)。</p><p>　　可塑性是由于巖體受力后片架狀結(jié)構(gòu)的泥質(zhì)礦物發(fā)生滑移或泥質(zhì)礦物親水性引起的。節(jié)理化巖體是由于結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)和擴(kuò)容引起的，高應(yīng)力軟巖大多是上述兩種原因共同引起的。</p><p>　　軟巖的膨脹性質(zhì)是在物理、化學(xué)、力學(xué)等因素的作用下，產(chǎn)

32、生體積變化的現(xiàn)象，其膨脹機(jī)理有：內(nèi)部膨脹、外部膨脹和應(yīng)力擴(kuò)容膨脹三種。工程中的軟巖膨脹為復(fù)合膨脹形式。</p><p>　　軟巖的崩解性是指軟巖在物理、化學(xué)、力學(xué)等因素作用下，產(chǎn)生片狀解體。膨脹性軟巖崩解主要是粘土礦物集合體在水作用下，膨脹應(yīng)力不均勻造成的崩裂。節(jié)理化軟巖的崩解則是在工程力的作用下，由于裂隙發(fā)育不均勻造成局部張力引起的崩裂。高應(yīng)力軟巖則有可能多種崩解機(jī)制同時(shí)存在。</p><p

33、>　　軟巖的流變性是指軟巖受力變形過(guò)程中與時(shí)間有關(guān)，包括塑性流動(dòng)，粘性流動(dòng)，結(jié)構(gòu)面閉合和滑移變形。膨脹性軟巖主要是泥質(zhì)礦物發(fā)生粘性流動(dòng)，在工程力作用下，達(dá)到一定極限后，開(kāi)始塑性變形；節(jié)理化軟巖流變性主要指結(jié)構(gòu)面的擴(kuò)容和滑移；高應(yīng)力軟巖流變性多為諸形式的不同組合。巖石變形在應(yīng)力狀態(tài)不變的情況下不斷增長(zhǎng)，處于蠕變狀態(tài)；或在約束變形條件下，軟巖的強(qiáng)度隨時(shí)間變化而降低。</p><p>　　軟巖的易擾動(dòng)性指由于軟巖

34、軟弱裂隙發(fā)育，吸水膨脹等特性，導(dǎo)致軟巖抗外部環(huán)境擾動(dòng)的能力極差。對(duì)卸荷松動(dòng)、施工震動(dòng)等極為敏感，而且具有吸濕膨脹軟化、暴露風(fēng)化的特點(diǎn)。[5]</p><p>　　泥巖、細(xì)砂巖和粉砂巖等的單軸飽和抗壓強(qiáng)度5Mpa～15Mpa之間，甚至更低，內(nèi)摩擦角¢很小，，按堅(jiān)固性系數(shù)分類，其f＝３ ，特別是泥質(zhì)軟巖，單軸抗壓強(qiáng)度低于10 MPa，屬于標(biāo)準(zhǔn)工程軟巖巷道。結(jié)構(gòu)面屬于次生結(jié)構(gòu)面，巖體的抗壓強(qiáng)度同樣不能滿足巖體

35、在高應(yīng)力條件下自穩(wěn)[4]。</p><p>　　2.1.3巖體的自身結(jié)構(gòu)</p><p>　　巖體結(jié)構(gòu)面密集程度高，大部分屬于張開(kāi)型結(jié)構(gòu)面，80%以上結(jié)構(gòu)面屬于次生結(jié)構(gòu)面，即原生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面由于風(fēng)化等非地質(zhì)條件后天形成的強(qiáng)度極低的結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面間有粘性充填物，結(jié)構(gòu)面尺寸小，分布密集而無(wú)規(guī)律，有剪脹現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角為20º～30º，內(nèi)聚力0.05～0.10MPa

36、，為松散結(jié)構(gòu)，裂隙十分發(fā)育屬于各向異性結(jié)構(gòu)，這樣，巖體的自身結(jié)構(gòu)，決定了必須有一個(gè)完善的支護(hù)體系來(lái)穩(wěn)定巷道[1]。</p><p><b>　　2.2環(huán)境因素</b></p><p>　　2.2.1自重應(yīng)力[1]</p><p>　　任何地下工程都將受到上覆巖層自重應(yīng)力的影響，并同時(shí)引起相應(yīng)的水平應(yīng)力，軟巖巷道的破壞表現(xiàn)出明顯的與深度有關(guān)而與方

37、向無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。隨著開(kāi)采深度的增加，上覆巖層自重應(yīng)力有增大的趨勢(shì)。巷道所處地層越深,巷道所受圍巖靜壓就越大，巷道變性破壞變得越發(fā)嚴(yán)重，而破壞的方向性不甚明顯，這些特征往往表現(xiàn)為重力機(jī)制起作用的擴(kuò)容膨脹，頂板自重應(yīng)力計(jì)算方法如下:</p><p>　　σ=γH≈760m×35kN/m³=26.6MPa[4]</p><p>　　遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了泥質(zhì)軟巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度，因此必須

38、采取有效的支護(hù)措施才能維持巷道的穩(wěn)定。</p><p>　　2.2.2構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)</p><p>　　三條暗斜井均穿越嘉祥支三大斷層，則必有構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)存在。</p><p>　　構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是指由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力在空間上的分布規(guī)律。地殼運(yùn)動(dòng)形成的斷層褶皺潛藏著巨大的構(gòu)造應(yīng)力，靠近或位于這些構(gòu)造帶的地下工程一旦開(kāi)挖，這些應(yīng)力必將釋放并重新分布。在應(yīng)力重

39、新分布過(guò)程中，巷道支護(hù)體系必將受力，且更要承受殘余構(gòu)造應(yīng)力的影響，這是引起巷道失穩(wěn)、變形破壞的重要因素之一。[1] </p><p>　　巖層在巷道成形時(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，有極易發(fā)生破壞而產(chǎn)生非線性彈塑性變形，這是一種與時(shí)間有關(guān)的變形。這種變形往往導(dǎo)致軟巖支護(hù)的宏觀破壞，特征是方向性破壞明顯，破壞程度與深度無(wú)關(guān)。該構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主，巷道兩幫及底板的破壞極為明顯。</p

40、><p>　　-760m 暗斜井穿越三大斷層（落差120~600m）中，斷層在形成過(guò)程中又形成若干個(gè)大大小小的次生小斷層及節(jié)理，這也是造成硐室與巷道工程失穩(wěn)的因素之一。</p><p>　　圖1 構(gòu)造引力膨脹機(jī)制 gouzao</p><p>　　在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力場(chǎng)的聯(lián)合作用下，形成上圖所示三種區(qū)域，塑性區(qū)的出現(xiàn)改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，這種變化對(duì)支護(hù)來(lái)講具有兩個(gè)

41、力學(xué)效應(yīng):①圍巖中切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力降低，減小了作用于支護(hù)體上的荷載?②應(yīng)力集中區(qū)向深層偏移，減小了應(yīng)力集中的破壞作用。在巷道兩幫發(fā)生應(yīng)力集中時(shí)，兩幫巖石處于極不利的單軸受力狀態(tài)條件，極易產(chǎn)生片幫破壞而直墻半圓拱的塑性區(qū)域，區(qū)域變形形態(tài)，如下圖所示[10] </p><p>　　2.2.3底板受力分析[4]</p><p>　　在巷道底板不穩(wěn)定的情況下，在巷道底板以上巖層的重力下，巷道的重

42、力作用下，巷道底板產(chǎn)生塑性滑移，其塑性滑移線如圖所，</p><p>　　底板塑性滑移線及分區(qū)示意圖</p><p>　　據(jù)此可以簡(jiǎn)化得出底板支護(hù)荷載計(jì)算模型，</p><p>　　根據(jù)這些模型確定底鼓處理方法：</p><p>　　采用封閉式支架及混凝土反拱。采用反拱來(lái)防治隧道底鼓是一種普遍的方法。一般在實(shí)施混凝土反拱的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)隧道頂極

43、和兩壁的支護(hù)，以形成整體的支護(hù)。</p><p><b>　　2.2.4施工</b></p><p>　　（1）爆破掘進(jìn)中的錯(cuò)誤操作由于管理上的愿因及操作素質(zhì)問(wèn)題，“多打眼少裝藥原則”沒(méi)有得到規(guī)范實(shí)施，并且由于缺少準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以致措施中的爆破圖表難以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，結(jié)果巷道圍巖破壞,圍巖自身的承載力大大降低；同時(shí)巷道形成凸凹不平，使巷道支護(hù)力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，在這種情況下，

44、巷道凸起的地方就會(huì)首先破壞。沒(méi)有達(dá)到光面爆破的要求，超挖或欠挖尺寸超過(guò)了規(guī)范要求，給支護(hù)造成了很大的困難。 </p><p>　　假幫(頂)后空洞假幫(頂)后留下的空洞給圍巖的破壞提供了空間，無(wú)支護(hù)的圍巖向該空間不斷移動(dòng)，最終使空洞附近錨桿失效,導(dǎo)致巷道破壞。</p><p>　?。?）支護(hù)順序的錯(cuò)誤。先打錨桿掛網(wǎng)，后噴漿，再注漿是普遍做法，施工方便，然而這種做法極不合理。第一是圍巖風(fēng)化破

45、碎，使圍巖自身的承載力降低；第二使打錨桿時(shí)，圍巖容易片落，使托盤、網(wǎng)不貼巖面，托盤對(duì)圍巖沒(méi)有緊固力，使錨桿初期支護(hù)作用大打折扣，圍巖初期變形加大，錨噴支護(hù)體系有效支護(hù)期縮短；第三是軟巖極易風(fēng)化，如果噴漿時(shí)間太晚，外層圍巖已經(jīng)破碎剝落，圍巖破壞向里層層傳遞，最終使錨桿隨巖體一起移動(dòng)，失去錨固作用。</p><p>　　（3）施工質(zhì)量差。偷工減料，不按要求施工主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是錨桿間距過(guò)大，噴層厚度不足，造成支

46、護(hù)能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；二是以次充好，或減少水泥配比，或配料攪拌不均勻，使噴層的剛度和柔韌度受到不同程度的減弱，不但使支護(hù)體不能承受設(shè)計(jì)要求的荷載，而且也不能承受設(shè)計(jì)要求的變形量，致使巷道過(guò)早的遭到破壞。</p><p>　　（4）沒(méi)有把握好最佳支護(hù)時(shí)間段。</p><p>　　圖3 最佳支護(hù)時(shí)間 圖4 最佳支護(hù)時(shí)段</p><p>

47、　　最佳支護(hù)時(shí)間是指可以使圍巖壓力與工程支護(hù)力之和達(dá)到最大的時(shí)間，其意義如圖3所示。而在工程實(shí)踐中，最佳支護(hù)時(shí)間的確定非常困難，因此提出了最佳支護(hù)時(shí)間段的定義，意義及取值如圖4示。</p><p>　　對(duì)于該高應(yīng)力軟巖暗斜井支護(hù)來(lái)講，要允許出現(xiàn)穩(wěn)定塑性區(qū)，嚴(yán)格限制非穩(wěn)定塑性區(qū)的擴(kuò)展。其宏觀判別標(biāo)志就是最佳支護(hù)時(shí)間Ts。Ts前出現(xiàn)的變形稱穩(wěn)定變形，對(duì)應(yīng)的塑性區(qū)稱穩(wěn)定塑性區(qū)。所以最佳支護(hù)時(shí)間的力學(xué)含義就是最大限度地發(fā)

48、揮塑性區(qū)承載能力而又不出現(xiàn)松動(dòng)破壞時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，而對(duì)最佳支護(hù)時(shí)間段的把握直接決定支護(hù)的功能能否最大限度的發(fā)揮，以及支護(hù)與圍巖的耦合程度。所以這也是圍巖破壞機(jī)理之一。[1]</p><p>　　2.2.5工程偏應(yīng)力[1]</p><p>　　暗斜井開(kāi)挖以后，圍巖應(yīng)力發(fā)生了較大的變化，切向應(yīng)力在巖壁附近出現(xiàn)局部集中現(xiàn)象，越遠(yuǎn)則越接近原巖應(yīng)力狀態(tài)。同時(shí)，一個(gè)巷道在開(kāi)挖，對(duì)旁側(cè)相鄰巷道，圍巖有影

49、響。這種影響在巷道圍巖中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用二階應(yīng)力張量表示，此應(yīng)力張量可分解為兩部分：球形應(yīng)力張量和偏應(yīng)力張量。</p><p>　　球形應(yīng)力張量不變引起形變，它是一種三向均壓狀態(tài)。偏應(yīng)力張量引起巷道圍巖變形破壞，因此工程開(kāi)挖引起的偏應(yīng)力局部集中是軟巖巷道變形破壞的重要有原因之一。而三條暗斜井平行同時(shí)掘進(jìn)，以及巷道斷面形狀為直墻半圓拱，決定了偏應(yīng)力張量的一個(gè)相比將是決定性的。</p><p&

50、gt;　　2.2.6地下水的影響[1]</p><p>　　該暗斜井圍巖巖體中地下水的存在、活動(dòng)狀況，既影響圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，又影響圍巖的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面中的空隙水壓力的增大能減小結(jié)構(gòu)面上的有效正應(yīng)力，因而降低巖體沿結(jié)構(gòu)面的抗滑強(qiáng)度：地下水對(duì)含有蒙脫石、伊力石、高嶺石等粘土礦物成分的膨脹巖層產(chǎn)生軟化，泥化作用，使之產(chǎn)生顯著的體積膨脹、崩解和溶解等。當(dāng)在含水巖層中開(kāi)挖巷道時(shí)，圍巖穩(wěn)定首先受到地下水的影響，作為一種動(dòng)水壓力

51、作用使支護(hù)(如噴層等)難度增大。而一旦支護(hù)體形成，增加了支護(hù)體變形和破壞的可能性。另一方面，地下水的泄出，增加了其與其它泥質(zhì)巖體的接觸機(jī)會(huì)，使泥質(zhì)軟巖中有膨脹潛能的礦物急劇膨脹，最終會(huì)造成暗斜井變形不能滿足使用要求。</p><p>　　特別是暗斜井兩幫在受到地下水的作用后，支護(hù)會(huì)慢慢失效，巷道兩幫發(fā)生近似整體向內(nèi)平移的變形，巷道兩幫的移近量大于頂板下沉量。</p><p><b&g

52、t;　　2.3支護(hù)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2.3.1噴射混凝土</p><p>　　噴射混凝土強(qiáng)度太低，厚度太薄，噴層厚度不均局部的噴層太薄,支護(hù)必然最脆弱，最先遭到破壞，導(dǎo)致支護(hù)系統(tǒng)的最終失效，從而使暗斜井失修。而且光面爆破效果不佳，在不連續(xù)的地方會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使是不穩(wěn)定塑性區(qū)不斷擴(kuò)大，從而破壞，完全沒(méi)有起到封閉圍巖的效果。</p><

53、;p>　　2.3.2暗斜井的支護(hù)形式過(guò)于單一</p><p>　　沒(méi)有根據(jù)巷道的形式，地質(zhì)圍巖條件，合理的選擇支護(hù)形式。單一的采用錨網(wǎng)帶的支護(hù)方式難以控制圍巖的連續(xù)變形，圍巖松動(dòng)圈與錨桿網(wǎng)帶無(wú)法形成穩(wěn)定的平衡拱，在地下水以及破碎圍巖的共同影響下，松動(dòng)圈不斷過(guò)大，造成巷道頂板，兩幫，底板形成難以恢復(fù)的連續(xù)惡性循環(huán)破壞，必須采取有效的綜合支護(hù)措施，按照合理的順序，一次支護(hù)讓壓, 圍巖體受力達(dá)到較低變形速率下的力

54、學(xué)平衡, 充分發(fā)揮圍巖承載力; 二次大剛度高強(qiáng)度支護(hù), 減少巷道巖體偏應(yīng)力, 使巷道圍巖切向應(yīng)力相對(duì)降低, 徑向應(yīng)力相對(duì)升高, 應(yīng)力狀態(tài)優(yōu)化, 促進(jìn)圍巖應(yīng)力向穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化。[6]</p><p>　　2.3.3未重視底板支護(hù)[6]</p><p>　　對(duì)于該暗斜井，由于底板并未采取有效的支護(hù)穩(wěn)定底板，封閉底板，在構(gòu)造應(yīng)力，圍巖偏應(yīng)力，以及地下水及其產(chǎn)生的的動(dòng)水壓力，靜水壓力的共同影響下

55、。使壓力沿板底釋放，底臌嚴(yán)重并使兩幫底角向內(nèi)空收斂，造成兩幫的破壞失修。</p><p>　　2.3.4支護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理</p><p>　　(1)金屬網(wǎng)。金屬網(wǎng)做為錨、網(wǎng)、噴支護(hù)的重要組成部分，其主要作用是維護(hù)錨桿間比較破碎的巖石，防止巖塊的掉落；提高錨桿支護(hù)的整體效果，抵抗錨桿間破碎巖塊的碎脹壓力，提高對(duì)圍巖的支撐能力；在噴射混凝土內(nèi)可提高混凝土的柔性，防止噴射混凝土開(kāi)裂掉塊。<

56、;/p><p>　　冷拔絲焊接而成的鋼筋網(wǎng)在提高強(qiáng)度的同時(shí)，塑性變形能力大大降低，屈服強(qiáng)度降低，韌性降低，與圍巖的耦合變形能力能力降低，為發(fā)揮其支護(hù)能力，便會(huì)屈服破壞。金屬網(wǎng)直徑偏小，網(wǎng)格尺寸偏大，無(wú)法使圍巖在穩(wěn)定狀態(tài)下釋放變形能，充分發(fā)揮圍巖的自承能力。鋼筋網(wǎng)相互之間搭接長(zhǎng)度小，質(zhì)量差，致使鋼筋網(wǎng)整體性差，聯(lián)網(wǎng)不合格致使金屬網(wǎng)從連接處拉斷，使支護(hù)體不完整,形成弱點(diǎn)、線,使圍巖產(chǎn)生移動(dòng)空間而發(fā)生破壞。</p&g

57、t;<p>　　（2）錨桿。錨桿間排距大，不能形成有限的平衡穩(wěn)定的壓縮拱，錨桿間巖石是錨、網(wǎng)、噴支護(hù)破壞的起始點(diǎn)。而從維護(hù)錨桿間松動(dòng)巖塊穩(wěn)定性的角度出發(fā)，小的錨桿間排距較為有利。等強(qiáng)度金屬螺紋鋼錨桿，強(qiáng)度高，錨固力大，但錨桿剛度過(guò)大，沒(méi)有用樹(shù)脂或水泥錨固劑作全長(zhǎng)錨固，造成變形能力差，造成錨桿附近應(yīng)力高度集中，在共同作用的過(guò)程中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)支護(hù)體與圍巖的一體化，荷載的均勻化，支護(hù)體與圍巖無(wú)法達(dá)到剛度耦合的要求，變形不協(xié)調(diào)，同時(shí)

58、，沒(méi)有在圍巖結(jié)構(gòu)面部連續(xù)的關(guān)鍵部位（如直墻半圓拱的兩件部位，底板兩腳等部位）采取特殊的支護(hù)措施，加強(qiáng)支護(hù)，致使相關(guān)圍巖個(gè)別部位發(fā)生有害的變性損傷，結(jié)構(gòu)耦合的要求同樣無(wú)法滿足。</p><p><b>　　3支護(hù)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1支護(hù)原則確定</b></p><p><b>　　3.1

59、.1技術(shù)先進(jìn)</b></p><p>　　對(duì)于支護(hù)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)采用目前最為先進(jìn)，最為有效，施工最為快捷，方便的支護(hù)技術(shù)，例如，采用鋼纖維噴射混凝土，預(yù)應(yīng)力錨索，自鉆式錨桿，高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿，小孔徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索，高強(qiáng)讓壓錨桿[10],等先進(jìn)的支護(hù)構(gòu)構(gòu)件與技術(shù)。</p><p><b>　　3.1.2安全可靠</b></p><p>　　

60、在支護(hù)施工中，安全始終要放在最高位置，必須提起高度重視，在施工中要做到一絲不茍，將每一個(gè)支護(hù)構(gòu)件準(zhǔn)時(shí)安裝到位，通風(fēng)安全，施工安全，支護(hù)施工順序，支護(hù)時(shí)間確定，排水防水，瓦斯的排出與爆炸預(yù)防措施，均要在確定時(shí)嚴(yán)格遵照規(guī)范，確保安全可靠。</p><p><b>　　3.1.3經(jīng)濟(jì)合理</b></p><p>　　巷道沒(méi)米的支護(hù)成本隨著支護(hù)方法的變化有較大的浮動(dòng)，而巷道總

61、長(zhǎng)達(dá)到2500m以上，每米支護(hù)成本的變化對(duì)支護(hù)成本的節(jié)省有重要意義，所以在安全可靠合理的前提下，必須是支護(hù)成本達(dá)到最低，以節(jié)省經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，提高煤礦整體利潤(rùn)，具體做法是在錨桿錨索的選用，混凝土的使用量，噴射層厚度的確定組合等許多方面達(dá)到最佳組合，并且加快施工進(jìn)程，使支護(hù)成本達(dá)到最低，而支護(hù)又能維持巷道長(zhǎng)期未定服務(wù)的優(yōu)化組合。</p><p><b>　　3.1.4操作簡(jiǎn)便</b></p&g

62、t;<p>　　在支護(hù)過(guò)程中須有一定的讓壓變形時(shí)間，以使圍巖的自承能力達(dá)到最大，因此必須提高施工效率，加快施工速度。由此可以得出，必須使支護(hù)操作簡(jiǎn)便，以加快施工速度，減少施工支護(hù)成本，相應(yīng)的采取機(jī)械化施工，優(yōu)化施工組合與支護(hù)順序。</p><p>　　3.1.4支護(hù)與軟巖的耦合[1]</p><p>　?。?）強(qiáng)度耦合 充分釋放膨脹能等非線性能量，最大限度的保護(hù)圍巖承載能力，

63、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度耦合；</p><p>　?。?）剛度耦合 在圍巖與支護(hù)體共同作用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)支護(hù)一體化、荷載均勻化，實(shí)現(xiàn)剛度耦合；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)耦合 在結(jié)構(gòu)面不連續(xù)變形，而支護(hù)體不連續(xù)變形的特殊位置采取相應(yīng)的關(guān)鍵部位支護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)耦合。</p><p>　　綜上所述，支護(hù)體應(yīng)具有充分的柔度以適應(yīng)圍巖大變形，同時(shí)又具有足夠的強(qiáng)度恰到好處地、及時(shí)地限制圍巖

64、發(fā)生有害的變形損傷。</p><p>　　3.1.5全面考慮 對(duì)癥下藥</p><p>　　在支護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需綜合考慮以上各個(gè)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合工程實(shí)際，采取相應(yīng)最有效的支護(hù)措施，達(dá)到最佳的組合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，操作簡(jiǎn)便以及支護(hù)體與圍巖的耦合，并在實(shí)踐過(guò)程中不斷根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化整合，使支護(hù)達(dá)到最優(yōu)。</p><p><b>　　3.2支護(hù)方

65、案選擇</b></p><p>　　3.2.1傳統(tǒng)支護(hù)方案的缺點(diǎn)與不足</p><p>　　(1)礦用工字鋼金屬棚[10]</p><p>　　是一種被動(dòng)支護(hù)形式，巷道變形量大、修復(fù)困難；</p><p>　　頂板易離層、棚梁上方形成的煤層破碎區(qū)，易自然發(fā)火；</p><p>　　支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工速度慢

66、，支護(hù)成本高。</p><p>　　(2)新奧法支護(hù)[1]</p><p>　　是一種被動(dòng)支護(hù)形式，被動(dòng)等穩(wěn)；</p><p>　　適用于地質(zhì)條件優(yōu)良地應(yīng)力低的巷道支護(hù)；</p><p>　　只能調(diào)動(dòng)淺部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)高應(yīng)力軟巖支護(hù)效果差；</p><p><b>　　（3）原支護(hù)方案</b>&l

67、t;/p><p>　　圍巖自承能力沒(méi)有得到充分發(fā)揮；</p><p>　　支護(hù)形式單一，支護(hù)體與軟巖剛度強(qiáng)度不耦合；</p><p>　　支護(hù)構(gòu)件的選取不盡合理；</p><p>　　沒(méi)有形成有效的平衡拱；</p><p>　　（4）單一的錨注或預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)</p><p>　　松動(dòng)圈圍巖中，圍巖

68、松動(dòng)破裂范圍普遍大于錨桿長(zhǎng)度，因而錨桿不能夠把破碎圍巖錨固在穩(wěn)定巖層中；</p><p>　　當(dāng)巷道或硐室斷面較大時(shí)，其輪廓線上的曲率半徑較大，特別是位于拱基線以上的破碎圍巖，錨桿支護(hù)的組合拱效應(yīng)并不明顯，而且組合拱的強(qiáng)度往往也不能保持圍巖的穩(wěn)定；</p><p>　　錨固范圍外的破裂巖體，在膨脹過(guò)程中對(duì)錨固部分的巖體和錨桿施加較大的壓剪力，在工程中往往發(fā)生錨桿擠出、錨桿間破碎圍巖松動(dòng)掉落

69、等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致發(fā)生冒頂事故；</p><p>　　3.2.2可用的先進(jìn)支護(hù)方案</p><p>　　（一）方案一：錨、噴、網(wǎng)、索、注聯(lián)合支護(hù)方案</p><p><b>　　支護(hù)機(jī)理[7]</b></p><p>　　改變松動(dòng)圈內(nèi)圍巖松散破碎、整體性差的狀況，以提高圍巖的整體性和強(qiáng)度；</p><p

70、>　　充分利用松動(dòng)圈外較穩(wěn)定巖體的抗破壞能力和巷道松動(dòng)圈內(nèi)破裂巖體，一起抵抗圍巖的變形失穩(wěn)，并且對(duì)圍巖內(nèi)側(cè)提供較強(qiáng)的應(yīng)力和位移約束，限制圍巖表面的過(guò)大變形；</p><p>　　錨注支護(hù)可以使破碎圍巖保持較好的整體性、較高的承載力和較強(qiáng)的讓壓與抗變形能力;</p><p>　　預(yù)應(yīng)力錨索通過(guò)施加較高的預(yù)應(yīng)力，可以對(duì)圍巖施加外部應(yīng)力和位移約束，相當(dāng)于提高了圍巖的側(cè)向圍壓，從而可以提高松

71、動(dòng)圈內(nèi)圍巖的強(qiáng)度，而其獨(dú)有的長(zhǎng)度優(yōu)勢(shì)，則可以達(dá)到充分利用深部圍巖強(qiáng)度，以增加松動(dòng)圈內(nèi)破裂巖體抗破壞、抗變形的能力；</p><p>　　錨注和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)合使用，可以滿足高應(yīng)力軟巖巷道中軟弱破碎圍巖的支護(hù)要求。而且錨注和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)合使用時(shí)，兩者不僅可以單獨(dú)起作用，還可以對(duì)圍巖形成多重連續(xù)的加固區(qū)，如下圖所示，從而使破碎圍巖和完整巖體形成一個(gè)有機(jī)的整體，使破碎圍巖的受力更加有利，從而使其轉(zhuǎn)化為變形破壞可控

72、的穩(wěn)定圍巖。</p><p>　　錨注與預(yù)應(yīng)力錨索加固結(jié)構(gòu)圖[7]</p><p>　　預(yù)應(yīng)力錨索；2-注漿錨桿；3-噴網(wǎng)層；4-錨桿壓力拱；5-注漿擴(kuò)散范圍；6-錨索壓力拱區(qū)</p><p>　?。ǘ┓桨付簲U(kuò)大斷面二次支護(hù)方案</p><p><b>　　支護(hù)機(jī)理[8]</b></p><p&g

73、t;　　擴(kuò)大斷面二次支護(hù)即掘進(jìn)采用錨噴支護(hù)，斷面擴(kuò)大沿邊擴(kuò)大100—200mm，施工中對(duì)巷道進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)錨噴層出現(xiàn)變形，裂紋時(shí)上二次支護(hù)，即架設(shè)剛性支架或再錨噴一次。一般能使巷道道保持穩(wěn)定。，第一次支護(hù)變形或破壞將卸去部分應(yīng)力，膨脹量將大幅減少。再上剛性支架，將阻止圍巖繼續(xù)變形，這就是所謂先讓后抗；</p><p>　　最佳二次組合支護(hù)時(shí)段，其原理是既要使圍巖變形能得到有效釋放，又要使初次支護(hù)能力得到充分發(fā)揮。當(dāng)

74、圍巖放壓曲線與支護(hù)系統(tǒng)讓壓曲線相交時(shí)，所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為最佳二次組合支護(hù)時(shí)間。此時(shí)，圍巖放壓在優(yōu)化意義上達(dá)到了充分大，又保護(hù)了圍巖強(qiáng)度，同時(shí)，支護(hù)體讓壓在優(yōu)化意義上也達(dá)到了充分大；</p><p>　　采用二次支護(hù)后,巷道抗壓能力明顯加強(qiáng);同采用其他支護(hù)方式相對(duì)比,不需要后期維修,減少了維修量;巷道支護(hù)穩(wěn)定,頂板沒(méi)有開(kāi)裂的現(xiàn)象,提高了安全性;在服務(wù)年限長(zhǎng)的巷道,能夠確保巷道的服務(wù)年限；</p><

75、p>　　二次支護(hù)適應(yīng)了深部原始地應(yīng)力釋放的特點(diǎn)。深部原始地應(yīng)力較大,巷道開(kāi)挖初期,地應(yīng)力急劇釋放,此時(shí)圍巖變形速率大,趨于不穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)?shù)貞?yīng)力釋放到一定程度,變形速率下降,圍巖趨于基本穩(wěn)定,再進(jìn)行二次支護(hù)后,使支護(hù)獲得了較小的支撐力,保證了支護(hù)體系的完整。</p><p>　　3.2.3支護(hù)方案的最終確定[2]</p><p>　　采用方案二，擴(kuò)大斷面二次支護(hù)，因?yàn)榘敌本泿r巷道服務(wù)

76、年限很長(zhǎng)，圍巖變形量大，具有流變性，為了防止在使用過(guò)程中，巷道空間因圍巖變形而變小，無(wú)法正常使用，因而確定使用該方案?；舅枷霝椋悍忾]圍巖、提高威嚴(yán)強(qiáng)度、預(yù)留變形和加固底角。具體方案如下：</p><p>　　光面爆破，預(yù)留100mm的變形；</p><p>　　初噴鋼纖維混凝土封閉圍巖，底板做成剛勁混凝土反底拱，并預(yù)留注漿孔；</p><p>　　選定最佳支護(hù)時(shí)間

77、，安裝頂錨桿；</p><p><b>　　掛鋼絲網(wǎng)；</b></p><p><b>　　安裝幫錨桿；</b></p><p>　　噴鋼纖維混凝土，厚度25mm，以保證注漿壓力和注漿效果；</p><p>　　打錨索孔，安裝錨索，并將錨索用錨索梁連接；</p><p>　　

78、打注漿錨桿孔，安裝注漿錨桿，注漿；</p><p>　　復(fù)噴鋼纖維混凝土80mm，復(fù)注漿，作為永久支護(hù)。</p><p><b>　　3.3支護(hù)參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　由于暗斜井的圍巖屬于V類圍巖，松動(dòng)圈的厚度為200～300cm[4],屬于大松動(dòng)圈，所以在計(jì)算支護(hù)參數(shù)時(shí)，應(yīng)采用組合拱理論[10]，該理論認(rèn)為：在拱形巷道圍巖的破裂

79、區(qū)中安裝錨桿后，形成一個(gè)較大厚度和較高的強(qiáng)度承壓拱，以承受荷載。</p><p>　　3.3.1支護(hù)參數(shù)的理論計(jì)算</p><p><b>　?。?）錨桿參數(shù)</b></p><p>　?、馘^桿長(zhǎng)度 由下式確定</p><p>　　L=N·（1.1+W/10）[9]</p><p>　　

80、L—錨桿有效長(zhǎng)度，m；</p><p>　　N—圍巖影響系數(shù)，Ⅴ類圍巖取1.3；</p><p>　　W—巷道跨度，取4m.</p><p><b>　　數(shù)據(jù)代入后得：</b></p><p>　　L=1.3×（1.1+0.4）=1.95m</p><p>　?、阱^桿直徑 由下式確定：&

81、lt;/p><p><b>　　d=L/110</b></p><p>　　d—錨桿直徑，mm;</p><p>　　L—錨桿有效長(zhǎng)度，據(jù)計(jì)算為1950mm。</p><p>　　則d=1950÷110≈18mm</p><p>　?、坼^桿間排距 由下式確定：</p><

82、p><b>　　A≤0.5L</b></p><p>　　A—錨桿間排距，mm；</p><p>　　L—錨桿有效長(zhǎng)度，據(jù)計(jì)算為1950mm；</p><p>　　則 A≤0.5×1950=975mm</p><p>　?。?）組合拱厚度 由下式確定：</p><p>　　b＝（L

83、×tgα－A)/tgα＝L－A[9]</p><p><b>　　b—組合拱的厚度；</b></p><p><b>　　L—錨桿的長(zhǎng)度；</b></p><p><b>　　a—錨桿的間排距；</b></p><p>　　α—錨桿對(duì)破裂巖體的壓力角，經(jīng)試驗(yàn)知α接近4

84、5º。</p><p>　　b=1950-975=975mm</p><p>　　按工程實(shí)踐，組合拱的厚度應(yīng)在1m以上。</p><p><b>　?。?）錨索參數(shù)</b></p><p>　?、馘^索長(zhǎng)度 由下式確定：</p><p>　　L=KLp+L1+L2[9]</p>

85、<p><b>　　L—錨索長(zhǎng)度，m；</b></p><p>　　K—安全系數(shù)，取3.0；</p><p>　　Lp—圍巖松動(dòng)圈厚度，取2.5m；</p><p>　　L1—錨索錨入松動(dòng)圈以外穩(wěn)定圍巖的厚度，取0.3m；</p><p>　　L2—錨索外露長(zhǎng)度，取0.2m。</p><

86、p>　　則： L=3.0×2.5+0.3+0.2=8.1m</p><p><b>　?、阱^索直徑</b></p><p><b>　　取18～22mm。</b></p><p>　?、坼^索間排距2m～3m</p><p>　　3.3.2一次支護(hù)參數(shù)的最終確定</p>

87、<p>　?。?）鋼纖維噴射混凝土。初噴厚度50mm。</p><p><b>　　材料要求：</b></p><p>　　鋼纖維：噴射用鋼纖維除滿足韌度系數(shù)力學(xué)性能要求外，還必須滿足攪拌不結(jié)團(tuán)和噴射不堵管的要求(規(guī)格：1=30mm，d=0．5mm，鋼絲冷拉而成，兩端有彎鉤，每3O一5O根用水溶性膠合劑粘結(jié)成一束鋼纖維束，鋼纖維束遇水后即迅速分散)。<

88、/p><p>　　砂：中粗砂，模度細(xì)數(shù)大于2．5，用5mm篩網(wǎng)過(guò)篩。</p><p>　　粗骨料：最大粒徑為lOmm的連續(xù)級(jí)配骨料，機(jī)制骨料應(yīng)用5mm和lOmm篩網(wǎng)分別篩去石粉和大粒徑骨料。</p><p>　　水泥：525號(hào)普通硅酸鹽水泥(或更高標(biāo)號(hào))</p><p>　　速凝劑：水灰比0．4的凈漿試驗(yàn)滿足初凝小于5min，終凝小于lOmin；

89、 </p><p>　　減水劑：高效減水劑(根據(jù)需要添加)。[3]</p><p><b>　?。?）錨桿。</b></p><p>　　①頂板：20MnSiII級(jí)建筑用螺紋鋼錨桿，直徑20mm、長(zhǎng)2400mm，錨固力30t左右，樹(shù)脂藥卷全長(zhǎng)錨固，間排距700mm×700mm，外露長(zhǎng)度150mm。</p><p&g

90、t;　　②兩幫：普通螺紋鋼錨桿,長(zhǎng)度2. 2 m, 直徑20 mm, 間排距700 mm ×700mm, 端頭錨固, 每根錨桿使用兩根長(zhǎng)度為600 mm的樹(shù)脂錨固劑錨固, 兩幫拱基線處的錨桿應(yīng)向頂板傾斜30º, 為了控制底鼓, 兩底角錨桿應(yīng)向底板傾斜45º, 其余幫錨桿與兩幫巖面垂直。[5]端頭錨固。螺母: 六方等強(qiáng)快速安裝螺母 托板: M 型托板, 140mm×130mm×8mm。&l

91、t;/p><p>　?、圩{錨桿：注漿孔間排距1400mm×2000mm，注漿孔直徑30mm</p><p>　　，深度2500mm，注漿壓力1.5MPa。采用純水泥砂漿，注漿水灰比1.2:1。由于膨脹型軟巖巷道在掘進(jìn)早期就出現(xiàn)較大變形，圍巖裂隙非常發(fā)育，因此注漿施工可在錨、網(wǎng)、索、帶支護(hù)完成之后立即進(jìn)行。注漿施工一半滯后掘進(jìn)迎頭7～10m進(jìn)行。</p><p&g

92、t;　?。?）金屬網(wǎng)。直徑4.5mm、網(wǎng)孔80mm×80mm的冷拉絲焊接而成。</p><p>　?。?）錨索。采用注漿錨索，直徑17.8mm，鉆孔直徑32mm，長(zhǎng)度8000mm，樹(shù)脂錨固長(zhǎng)度1400mm，間排距取2000mm。錨索梁: 選用16# 槽鋼, 沿巷道軸向布置,長(zhǎng)度為1. 6m, 通過(guò)兩根錨索懸吊至頂板, 形成組合錨索結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　3.

93、3.3二次支護(hù)</b></p><p>　　二次支護(hù)包括復(fù)噴鋼纖維混凝土和復(fù)注漿。復(fù)噴混凝土厚度80mm。復(fù)注漿需根據(jù)圍巖的變形情況具體確定，主要針對(duì)變形較嚴(yán)重的地段，注漿工藝同前所述。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，確定二次支護(hù)滯后迎頭60天。</p><p><b>　　4 結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　?。?）極軟巖巷道圍巖松散破碎，圍

94、巖中含有大量的蒙脫石、高嶺石、高嶺石、伊利石等膨脹性礦物成分，支護(hù)難度大采用砌碹或錨、網(wǎng)、噴等支護(hù)方式不能保證巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定，影響礦井安全生產(chǎn)。采用擴(kuò)大斷面二次支護(hù)即錨、噴、網(wǎng)、索、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，巷道維護(hù)情況將大大改善。</p><p>　　（2）高地應(yīng)力極軟巖巷道圍巖控制的關(guān)鍵是提高巷道掘進(jìn)早期的支護(hù)強(qiáng)度、注漿加固圍巖和適時(shí)的二次支護(hù)。</p><p>　?。?）根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)條件，優(yōu)化支

95、護(hù)參數(shù)，降低支護(hù)成本是支護(hù)技術(shù)有待于進(jìn)一步改進(jìn)、探索、研究的問(wèn)題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]何滿潮，孫曉明，等. 中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南. 北京：科學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[2]李樹(shù)清，李達(dá)軍. 錨、噴、網(wǎng)、索、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在極軟巖巷道中的應(yīng)用. 湖南

96、科技大學(xué)，2008.</p><p>　　[3]崔明宇. 淺談鋼纖維混凝土及施工工藝. 中鐵十三局集團(tuán)有限公司.</p><p>　　[4]王渭明，楊更社等. 巖石力學(xué). 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社. 2010.</p><p>　　[5]閆文德，薄福利等. 松散破碎型軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究. 盛源礦業(yè)有限公司. </p><p>　　[6]

97、宋曉輝. 錨固加固軟巖巷道機(jī)理及合理注漿時(shí)間的確定. 山東科技大學(xué)碩士論文. 2008.</p><p>　　[7]張偉. 深井高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究. 山東科技大學(xué)碩士論文.2007.</p><p>　　[8] 張向東，張樹(shù)光，劉松，等. 錨桿支護(hù)配套技術(shù)與施工. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.</p><p>　　[9]袁亮等. 軟巖