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1、巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术矿山压力及岩层控制矿山压力及岩层控制知识单元四知识单元四 巷道矿压显现规律及巷道围岩控制巷道矿压显现规律及巷道围岩控制巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术知识点知识点2：巷道维护原理和支护技术：巷道维护原理和支护技术教学内容教学内容p无煤柱护巷；无煤柱护巷；p巷道围岩卸压；巷道围岩卸压；p巷道金属支架；巷道金属支架；p巷道锚杆支护；巷道锚杆支护；p软岩巷道围岩变形规律及其支护技术；软岩巷道围岩变形规律及其支护技术；p巷道顶板灾害防治巷道顶板灾害防治护巷煤柱的稳定性分析；护巷煤柱的稳定性分析；锚杆支护理论；锚杆支护理论；巷道锚杆支护设计；巷道锚
2、杆支护设计；软岩巷道支护技术。软岩巷道支护技术。重点与难点重点与难点巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术本讲提要本讲提要1.1.软岩的基本属性岩的基本属性2.2.软岩巷道岩巷道围岩岩变形形规律律3.3.软岩巷道支岩巷道支护技技术 软岩巷道及其支护软岩巷道及其支护巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术1软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术1、软岩的基本属性、软岩的基本属性）软岩的概念）软岩的概念工程软岩：工程软岩：是指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。巷道是指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工
3、程岩体。巷道工程力是指作用在巷道工程岩体上的力的总和。工程力是指作用在巷道工程岩体上的力的总和。工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 2地质软岩：地质软岩：是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大响显著或含有大量膨胀性黏土矿物的量膨胀性黏土矿物的松、散、软、弱松、散、软、弱岩层的总称。岩层的总称。巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术1、软岩的基本属性、软岩的基本属性）软岩的基本属性）软岩的基本属性软岩巷
4、道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 3(1)软化临界载荷软化临界载荷(2)软化临界深度软化临界深度HC软化临界深度；软化临界深度；C软化临界载荷；软化临界载荷；i上覆岩层第上覆岩层第i层岩层体积力；层岩层体积力；H上覆岩层总厚度；上覆岩层总厚度；hi上覆岩层第上覆岩层第i层岩层厚度；层岩层厚度；N上覆岩层层数。上覆岩层层数。二者可相互推导求得。二者可相互推导求得。不考虑工程扰动力的影不考虑工程扰动力的影响，在无构造残余应力响，在无构造残余应力的矿区，其关系为：的矿区，其关系为：巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术对施工有利方面：对施工有利方面：岩体强度低，巷道容
5、易掘进。岩体强度低，巷道容易掘进。对施工不利方面：对施工不利方面：支护困难，采用普通支护形式、支护结构，不能成功。支护困难，采用普通支护形式、支护结构，不能成功。施工方法和支护的不统一：施工方法和支护的不统一：各矿地质条件（岩层的组成、结构、性质）不同，导致施工方法和支护方式不同。各矿地质条件（岩层的组成、结构、性质）不同，导致施工方法和支护方式不同。3 3）软岩巷道中施工存在的问题）软岩巷道中施工存在的问题软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 4巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术2 2、软岩巷道围岩变形规律、软岩巷道围岩变形规律软岩分类软岩分类软岩巷道围
6、岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 5膨胀性软岩膨胀性软岩(也称低强度软岩也称低强度软岩)高应力软岩高应力软岩节理化软岩节理化软岩复合型软岩复合型软岩巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术2 2、软岩巷道围岩变形规律、软岩巷道围岩变形规律围岩变形力学机制围岩变形力学机制软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 6即物化膨胀类型即物化膨胀类型(也称低强度软岩也称低强度软岩)：与矿物组成有关：与矿物组成有关应力扩容类型：与力源有关应力扩容类型：与力源有关结构变形类型：与硐室结构和结构面组合特征有关。结构变形类型：与硐室结构和结构面组合特征有关。巷道
7、维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术岩石本身性质。岩石本身性质。外部应力分布。外部应力分布。地下水和工程用水对膨胀性软岩危害大。地下水和工程用水对膨胀性软岩危害大。对外界扰动比较敏感。对外界扰动比较敏感。软岩具有明显的流变特性，时间也是不可忽略的影响因素。软岩具有明显的流变特性，时间也是不可忽略的影响因素。2 2、软岩巷道围岩变形规律、软岩巷道围岩变形规律1 1）软岩巷道围岩变形的影响因素）软岩巷道围岩变形的影响因素软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 7巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术明显的时间效应明显的时间效应环向受压，且为非对称性环向受压，且为
8、非对称性存在软化临界深度存在软化临界深度具有明显的方向性，自稳能力差，自稳时间短具有明显的方向性，自稳能力差，自稳时间短软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 82 2、软岩巷道围岩变形规律、软岩巷道围岩变形规律2 2）软岩巷道围岩变形规律）软岩巷道围岩变形规律巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 93 3、软岩巷道支护技术、软岩巷道支护技术l正确的确定软岩变形力学机制的复合型式正确的确定软岩变形力学机制的复合型式l复合变形机制的转化（单一型）复合变形机制的转化（单一型）l合理的运用复合型变形力学
9、机制的转化技术合理的运用复合型变形力学机制的转化技术）软岩巷道支护关键技术）软岩巷道支护关键技术l支护原理：支护原理：硬岩防止进入塑性；软岩达到最大塑性承载能力硬岩防止进入塑性；软岩达到最大塑性承载能力l最佳支护时间和时段最佳支护时间和时段：工程力：工程力+围岩自撑力达到最大围岩自撑力达到最大l最佳支护时间的物理意义最佳支护时间的物理意义 ：最大限度地发挥塑性区承载能力而又不出现松动破坏最大限度地发挥塑性区承载能力而又不出现松动破坏l关键部位支护关键部位支护）软岩巷道支护原理）软岩巷道支护原理巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术二次支护最佳支护时间：二次支护最佳支护时间：在围岩地压得到
10、释放、初始支护与围岩组成的支护系统基本稳定之后进行。在围岩地压得到释放、初始支护与围岩组成的支护系统基本稳定之后进行。围岩变形稳定所需时间影响因素：围岩变形稳定所需时间影响因素：岩层本身物理力学性质；岩层本身物理力学性质；初始支护时的支架刚度。初始支护时的支架刚度。为了保证二次支护的效果，所做的措施：为了保证二次支护的效果，所做的措施：进行围岩位移速度和位移量的监测，以确定最佳的二次支护时间。进行围岩位移速度和位移量的监测，以确定最佳的二次支护时间。软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 10巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术）软岩巷道常用支护形式）软岩巷道
11、常用支护形式软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 11锚喷网支护锚喷网支护 可缩性金属支架可缩性金属支架 U U型钢可塑性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性。型钢可塑性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性。弧板支护弧板支护 选择变形能释放时间和支护时间。选择变形能释放时间和支护时间。在软岩中可使用断面为圆形且可缩的碹体支护，能防治水的浸蚀和风化，可在软岩中可使用断面为圆形且可缩的碹体支护，能防治水的浸蚀和风化，可有效地控制底鼓。有效地控制底鼓。巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术1 1）巷道位置）巷道位置 选择巷道位置应着重考虑两个方面，一
12、是岩石性质，应尽量将巷道布置在选择巷道位置应着重考虑两个方面，一是岩石性质，应尽量将巷道布置在遇水膨胀量小、质地均匀坚硬的岩体内；二是支承压力的影响。根据应力遇水膨胀量小、质地均匀坚硬的岩体内；二是支承压力的影响。根据应力重新分布特点，应尽量避开支承压力影响，将巷道布置在减压区内。重新分布特点，应尽量避开支承压力影响，将巷道布置在减压区内。2 2）巷道断面形状）巷道断面形状 合理选择断面形状对维护软岩巷道的稳定尤其重要。巷道断面形状选择主合理选择断面形状对维护软岩巷道的稳定尤其重要。巷道断面形状选择主要应根据地压的大小和方向。要应根据地压的大小和方向。4 4、软岩巷道维护的几个问题、软岩巷道维
13、护的几个问题 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 12巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术3 3）破岩方式）破岩方式 在软岩中掘进巷道，破岩方法最好以不破坏或少破坏巷道围岩为原则。在软岩中掘进巷道，破岩方法最好以不破坏或少破坏巷道围岩为原则。4 4）支护方式和支护结构）支护方式和支护结构 对于这种特殊的不良地层，其支护结构应具有对于这种特殊的不良地层，其支护结构应具有“先柔后刚先柔后刚”的特性，的特性，一般需要二次支护。一般需要二次支护。5 5）加强巷道底板管理）加强巷道底板管理 6 6）重视防水封闭措施）重视防水封闭措施 7 7）重视围岩的监测）重视围岩
14、的监测 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 13巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术新奥法的全称是新奥法的全称是“新奥地利隧道施工法（新奥地利隧道施工法（New AustrainNew Austraintunneling tunneling methodmethod）”。由奥地利。由奥地利RabcewiczRabcewicz教授等一大批学者和工程技术人员在长期教授等一大批学者和工程技术人员在长期经验的基础上创立于经验的基础上创立于2020世纪世纪5050年代，并于年代，并于19621962年正式命名的一种隧道工程方年正式命名的一种隧道工程方法。法。基本原理
15、基本原理 充分利用或发挥围岩的自承能力；充分利用或发挥围岩的自承能力；5 5、新奥法施工基本思想、新奥法施工基本思想 增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，并允许围岩有一定程度的变形，增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，并允许围岩有一定程度的变形，以减小对支护的围岩压力；以减小对支护的围岩压力；利用现场的监测进行反馈施工。利用现场的监测进行反馈施工。软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 14巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术6 6、巷道底鼓机理和防治、巷道底鼓机理和防治巷道底鼓的力学机制巷道底鼓的力学机制:物化膨胀型、应力扩容型、结构变形型及复合型物化膨胀型
16、、应力扩容型、结构变形型及复合型巷道底鼓的形状巷道底鼓的形状:为折曲型、直线型和弧线型。为折曲型、直线型和弧线型。1 1）巷道底鼓的基本形式巷道底鼓的基本形式岩性状态岩性状态围岩应力状态围岩应力状态时间效应时间效应软岩物化性质及力学性质的相互影响软岩物化性质及力学性质的相互影响巷道支护强度巷道支护强度巷道断面形状巷道断面形状2 2）巷道底鼓的影响因素）巷道底鼓的影响因素软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 15巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术起底起底底板防治水（疏干、封底板防治水（疏干、封闭）支支护加固（加固（锚杆支杆支护、注、注浆、封、封闭式支架）式支
17、架）应力控制（采掘布置、力控制（采掘布置、应力力转移、巷旁卸移、巷旁卸压）联合支合支护方法方法）软岩巷道底鼓的防治）软岩巷道底鼓的防治软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 16软岩巷道底鼓的防治包含预防和治理两个方面，即在巷道产生显著底鼓之前，采取一些软岩巷道底鼓的防治包含预防和治理两个方面，即在巷道产生显著底鼓之前，采取一些措施阻止底鼓的产生和延缓底鼓产生的时间，或在巷道产生显著底鼓之后，采取一些措措施阻止底鼓的产生和延缓底鼓产生的时间，或在巷道产生显著底鼓之后，采取一些措施减小和控制底鼓。为了保持底板岩层和整个巷道围岩的稳定性，应当以预防为主、治施减小和控制底鼓
18、。为了保持底板岩层和整个巷道围岩的稳定性，应当以预防为主、治理为辅。理为辅。巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术锚杆支护底板锚杆支护底板 全断面布置，角部锚杆向外倾斜。锚杆长度不应小于底板跨度的全断面布置，角部锚杆向外倾斜。锚杆长度不应小于底板跨度的0.750.75倍，锚杆密度应在倍，锚杆密度应在2 2根根/m/m2 2以上，杆体要有足够的承载力，最好用以上，杆体要有足够的承载力，最好用高强度锚杆，锚杆不适于控制高强度锚杆，锚杆不适于控制低强度底板的鼓起。低强度底板的鼓起。软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 17巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术
19、底板注浆底板注浆软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 18巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术加反拱加反拱软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 19巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术切缝卸压法（适用于底板压力高引起的底鼓）切缝卸压法（适用于底板压力高引起的底鼓）软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 20巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术7、巷道围岩注浆加固、巷道围岩注浆加固l提高岩体强度提高岩体强度l形成承载结构形成承载结构l改善围岩赋存环境改善围岩赋存环境8、巷道支架壁后充填、巷道
20、支架壁后充填必要性：必要性：载荷分布、及时支撑载荷分布、及时支撑作用：作用：均匀受载、封闭围岩、加固围岩、抑制围岩变形均匀受载、封闭围岩、加固围岩、抑制围岩变形 改善支架被动承载的缺点、可缩性充填材料吸收变形能改善支架被动承载的缺点、可缩性充填材料吸收变形能软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 21 加固机理加固机理注浆材料注浆材料注浆工艺注浆工艺巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术9、软岩巷道锚注支护、软岩巷道锚注支护软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 22 利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是软岩巷道支护的一个新途径。利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是软岩巷道支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。1）锚注支护原理）锚注支护原理巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术9、软岩巷道锚注支护、软岩巷道锚注支护软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 232）锚注式锚杆结构和施工工艺锚注式锚杆结构和施工工艺