(精品)井巷施工技术10、难维护巷道围岩变形控制技术 (2).ppt

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1、难维护巷道围岩变形控制技术难维护巷道围岩变形控制技术概述概述难维护巷道的类型难维护巷道的类型围岩应力转移的控制原理与技术围岩应力转移的控制原理与技术巷道围岩注将加固原理与技术巷道围岩注将加固原理与技术合理的支护方法合理的支护方法工程实例工程实例岩巷难维护的原因岩巷难维护的原因一、概述围岩松软破碎：单轴抗压强度围岩松软破碎：单轴抗压强度1020MPa 深井（自重应力）深井（自重应力）高应力高应力 采动应力（原岩应力的采动应力（原岩应力的36倍）倍）构造应力构造应力松软破碎高应力松软破碎高应力uu该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，

2、蠕该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达1.02.0m1.02.0m。巷道。巷道。巷道。巷道在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类或三类的复合型，问题更为突出。或三类的复合型，问题更为突出。或三类的复合型，问题更

3、为突出。或三类的复合型，问题更为突出。uu破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。uu破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移

4、速度各不相同，总是破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐扩大，最终导致整个支护系统的失稳扩大，最终导致整个支护系统的失稳扩大，最终导致整个支护系统的失稳扩大，最终导致整个支护系统的失稳难维护岩巷的变形破坏特点难维护岩巷的变形破坏特点uu第一类，围岩软弱型，即软岩巷道第一类，围岩软弱型，即软岩巷道第一类，围岩软弱型，即软岩巷道第一类，围岩软弱型，即软岩巷道uu第二类，采动影响型

5、，即动压巷道第二类，采动影响型，即动压巷道第二类，采动影响型，即动压巷道第二类，采动影响型，即动压巷道uu第三类，深井高应力型，即深井巷道第三类，深井高应力型，即深井巷道第三类，深井高应力型，即深井巷道第三类，深井高应力型，即深井巷道uu第四类，上述三类巷道的复合型第四类，上述三类巷道的复合型第四类，上述三类巷道的复合型第四类，上述三类巷道的复合型难维护岩巷的类型难维护岩巷的类型二、难维护巷道的类型u动压巷道动压巷道uu煤层开采引起的采动应力通常煤层开采引起的采动应力通常煤层开采引起的采动应力通常煤层开采引起的采动应力通常在原岩应力的在原岩应力的在原岩应力的在原岩应力的310310倍左右，将倍

6、左右，将倍左右，将倍左右，将造成回采巷道、受跨采影响等造成回采巷道、受跨采影响等造成回采巷道、受跨采影响等造成回采巷道、受跨采影响等巷道的严重破坏。巷道的严重破坏。巷道的严重破坏。巷道的严重破坏。u软岩巷道软岩巷道uu是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自变形的巷道。工程力指作用在巷道围

7、岩的力之和，包括自重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀应力等。应力等。应力等。应力等。u地质软岩：地质软岩：单轴抗压强度在单轴抗压强度在0.525 MPa的松散、破碎、软弱及风化膨的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。胀性一类岩体的总称。u工程软岩：工程软岩：在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程岩。工程岩体是软岩工程研究的主要对象，包括岩块、结构面及其空间组合特征。体是软

8、岩工程研究的主要对象，包括岩块、结构面及其空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，可以是重力、构造残余应工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。显著塑性变形以塑性力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。显著塑性变形以塑性变形为主的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常变形为主的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用。包括显著的弹性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性使用。包括显著的弹性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性变形等。变形等。软岩的概念软岩的概念u深井巷道深井巷道uu根据我

9、国煤矿的巷道支护根据我国煤矿的巷道支护根据我国煤矿的巷道支护根据我国煤矿的巷道支护技术水平和地质条件，一技术水平和地质条件，一技术水平和地质条件，一技术水平和地质条件，一般将般将般将般将800m800m作为深部开采的作为深部开采的作为深部开采的作为深部开采的标准，部分软岩矿井的深标准，部分软岩矿井的深标准，部分软岩矿井的深标准，部分软岩矿井的深部开采标准可定为部开采标准可定为部开采标准可定为部开采标准可定为600m600m或或或或更浅。更浅。更浅。更浅。uu我国国有大中型煤矿开采深度每年约以我国国有大中型煤矿开采深度每年约以我国国有大中型煤矿开采深度每年约以我国国有大中型煤矿开采深度每年约以1

10、0m10m的速度向深部增加。的速度向深部增加。的速度向深部增加。的速度向深部增加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。uu开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐达到或超过岩体强度时，有关岩体力学

11、的若干问题由量变逐达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。uu我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大

12、于600 m 600 m 和和和和1000 m 1000 m 的储量分别占到的储量分别占到的储量分别占到的储量分别占到73.19%73.19%和和和和53.17%53.17%。难维护岩巷成为重点难维护岩巷成为重点式中：R塑性区半径；a巷道半径；P0原岩应力；Pi支护阻力；c岩石内聚力；岩石内摩擦角；u0巷道周边位移；G围岩剪切模量。u以往的研究多注重加固围岩和支护技术，但是位移以往的研究多注重加固围岩和支护技术，但是位移 u0随围随围岩应力岩应力P的变化非常显著，对此却研究很少。故降低围岩应的变化非常显著，对此却研究很少。故降低围岩应力是在深井、软岩、动压条件下保持巷道围岩稳定的重要技力是在深

13、井、软岩、动压条件下保持巷道围岩稳定的重要技术发展方向。术发展方向。三、围岩应力转移的控制原理与技术开槽孔开槽孔巷道周边开槽孔后的应力分布围岩应力较低区；应力升高区；原岩应力区 uu开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面松动爆破松动爆破巷道一侧或两侧布置巷峒巷道一侧或两侧布置巷峒 巷道一侧布置巷硐后效果示意图巷道一侧布置巷硐后效果示意图顶部构建软弱区应力转移原理与技术顶部构建软弱区应力转移原理与技术uu鲍店矿鲍店矿鲍店矿鲍店矿-430m-43

14、0m水平胶带输送机硐室围岩松软，分层开采的水平胶带输送机硐室围岩松软，分层开采的水平胶带输送机硐室围岩松软，分层开采的水平胶带输送机硐室围岩松软，分层开采的采煤工作面多次从大巷上方通过，需保护受强烈采动影响采煤工作面多次从大巷上方通过，需保护受强烈采动影响采煤工作面多次从大巷上方通过，需保护受强烈采动影响采煤工作面多次从大巷上方通过，需保护受强烈采动影响的机头硐室。方案：硐室顶部构建弱化区。的机头硐室。方案：硐室顶部构建弱化区。的机头硐室。方案：硐室顶部构建弱化区。的机头硐室。方案：硐室顶部构建弱化区。u技术关键：技术关键：在硐室上方两侧开掘两条与硐室平行的小断面巷在硐室上方两侧开掘两条与硐室

15、平行的小断面巷在硐室上方两侧开掘两条与硐室平行的小断面巷在硐室上方两侧开掘两条与硐室平行的小断面巷道，然后在巷道间进行松动爆破，在硐室上方构建一个宽道，然后在巷道间进行松动爆破，在硐室上方构建一个宽道，然后在巷道间进行松动爆破，在硐室上方构建一个宽道，然后在巷道间进行松动爆破，在硐室上方构建一个宽19m19m、长、长、长、长60m60m的松动弱化区。的松动弱化区。的松动弱化区。的松动弱化区。u效果：效果：应力转移后最大应应力转移后最大应应力转移后最大应应力转移后最大应力集中系数仅为力集中系数仅为力集中系数仅为力集中系数仅为2.62.6，是无，是无，是无，是无松动弱化区时的松动弱化区时的松动弱化

16、区时的松动弱化区时的30%30%。u实测表明：实测表明：受采动影响期受采动影响期受采动影响期受采动影响期间，硐室顶底板移近量间，硐室顶底板移近量间，硐室顶底板移近量间，硐室顶底板移近量24mm24mm，两帮移近量，两帮移近量，两帮移近量，两帮移近量31mm31mm，保持了硐室的长期稳定。，保持了硐室的长期稳定。，保持了硐室的长期稳定。，保持了硐室的长期稳定。底部构建软弱区应力转移原理与技术底部构建软弱区应力转移原理与技术uu蒋庄矿回采工作面从大巷胶带机硐室群上方通过，机头底部蒋庄矿回采工作面从大巷胶带机硐室群上方通过，机头底部蒋庄矿回采工作面从大巷胶带机硐室群上方通过，机头底部蒋庄矿回采工作面

17、从大巷胶带机硐室群上方通过，机头底部有有有有1.8m1.8m深的基础，要求不底鼓，基础不受破坏。为此在巷道深的基础，要求不底鼓，基础不受破坏。为此在巷道深的基础，要求不底鼓，基础不受破坏。为此在巷道深的基础，要求不底鼓，基础不受破坏。为此在巷道底板构筑松动弱化区，以降低硐室周围、特别是底板的围岩底板构筑松动弱化区，以降低硐室周围、特别是底板的围岩底板构筑松动弱化区，以降低硐室周围、特别是底板的围岩底板构筑松动弱化区，以降低硐室周围、特别是底板的围岩应力。硐室埋深约应力。硐室埋深约应力。硐室埋深约应力。硐室埋深约340m340m，围岩主要为砂质泥岩。，围岩主要为砂质泥岩。，围岩主要为砂质泥岩。，

18、围岩主要为砂质泥岩。uu煤层开采影响煤层开采影响煤层开采影响煤层开采影响uu硐室治理的技术思路硐室治理的技术思路硐室治理的技术思路硐室治理的技术思路uu现场实施方案现场实施方案现场实施方案现场实施方案u技术关键：技术关键：在硐室底板两侧开掘小巷道，两巷道之间深孔松动在硐室底板两侧开掘小巷道，两巷道之间深孔松动在硐室底板两侧开掘小巷道，两巷道之间深孔松动在硐室底板两侧开掘小巷道，两巷道之间深孔松动爆破形成弱化带，以达到应力转移的目的。爆破形成弱化带，以达到应力转移的目的。爆破形成弱化带，以达到应力转移的目的。爆破形成弱化带，以达到应力转移的目的。u效果：效果：应力转移后垂直应力减少了应力转移后垂

19、直应力减少了应力转移后垂直应力减少了应力转移后垂直应力减少了4/54/5左右。硐室两帮相对移左右。硐室两帮相对移左右。硐室两帮相对移左右。硐室两帮相对移近量小于近量小于近量小于近量小于40mm40mm，底鼓量小于，底鼓量小于，底鼓量小于，底鼓量小于10mm10mm，且为均匀底鼓，机头基，且为均匀底鼓，机头基，且为均匀底鼓，机头基，且为均匀底鼓，机头基础未受到破坏。础未受到破坏。础未受到破坏。础未受到破坏。上行开采的应力转移原理与技术上行开采的应力转移原理与技术u基本原理：基本原理：下部煤层先下部煤层先下部煤层先下部煤层先行开采后，在采空区上方行开采后，在采空区上方行开采后，在采空区上方行开采后

20、，在采空区上方形成冒落带、裂隙带、缓形成冒落带、裂隙带、缓形成冒落带、裂隙带、缓形成冒落带、裂隙带、缓沉带。此时上部裂隙带或沉带。此时上部裂隙带或沉带。此时上部裂隙带或沉带。此时上部裂隙带或缓沉带中的煤层巷道处于缓沉带中的煤层巷道处于缓沉带中的煤层巷道处于缓沉带中的煤层巷道处于低应力区，维护十分容易。低应力区，维护十分容易。低应力区，维护十分容易。低应力区，维护十分容易。四煤采空区二煤层uu孙村矿二煤在上，四煤在下，相距孙村矿二煤在上，四煤在下，相距孙村矿二煤在上，四煤在下，相距孙村矿二煤在上，四煤在下，相距22m22m。水平应力大，二煤。水平应力大，二煤。水平应力大，二煤。水平应力大，二煤埋

21、深千米。埋深千米。埋深千米。埋深千米。uu开掘二煤的开掘二煤的开掘二煤的开掘二煤的42184218、42194219两工作面顺槽时，巷道前掘后修，两工作面顺槽时，巷道前掘后修，两工作面顺槽时，巷道前掘后修，两工作面顺槽时，巷道前掘后修，顺槽无法维护而报废，掘不出顺槽工作面不能生产，两工顺槽无法维护而报废，掘不出顺槽工作面不能生产，两工顺槽无法维护而报废，掘不出顺槽工作面不能生产，两工顺槽无法维护而报废，掘不出顺槽工作面不能生产，两工作面申请并获省局批准报废。作面申请并获省局批准报废。作面申请并获省局批准报废。作面申请并获省局批准报废。uu为此，提出了先采四层煤，使二层煤顺槽处于低应力区的为此，

22、提出了先采四层煤，使二层煤顺槽处于低应力区的为此，提出了先采四层煤，使二层煤顺槽处于低应力区的为此，提出了先采四层煤，使二层煤顺槽处于低应力区的上行开采方案。上行开采方案。上行开采方案。上行开采方案。uu效果：四煤上行开采后，二煤围岩中的垂直应力仅为原岩应力的效果：四煤上行开采后，二煤围岩中的垂直应力仅为原岩应力的效果：四煤上行开采后，二煤围岩中的垂直应力仅为原岩应力的效果：四煤上行开采后，二煤围岩中的垂直应力仅为原岩应力的36366161，回采工作面前方支承压力系数仅为，回采工作面前方支承压力系数仅为，回采工作面前方支承压力系数仅为，回采工作面前方支承压力系数仅为1.261.261.601.

23、60。两巷顶底。两巷顶底。两巷顶底。两巷顶底板及两帮移近量均小于板及两帮移近量均小于板及两帮移近量均小于板及两帮移近量均小于250mm250mm，用矿工钢支架即能维护且不需维修，用矿工钢支架即能维护且不需维修，用矿工钢支架即能维护且不需维修，用矿工钢支架即能维护且不需维修，顺利采出了顺利采出了顺利采出了顺利采出了42184218、42194219两工作面两工作面两工作面两工作面4040万万万万t t煤炭。煤炭。煤炭。煤炭。uu效果：上行开采后，采用矿效果：上行开采后，采用矿效果：上行开采后，采用矿效果：上行开采后，采用矿工钢或锚带网即可正常维护工钢或锚带网即可正常维护工钢或锚带网即可正常维护工

24、钢或锚带网即可正常维护巷道，项目研究后，孙村矿巷道，项目研究后，孙村矿巷道，项目研究后，孙村矿巷道，项目研究后，孙村矿的二、四煤全部改为上行开的二、四煤全部改为上行开的二、四煤全部改为上行开的二、四煤全部改为上行开采布置。采布置。采布置。采布置。u技术方案：技术方案：底板半圆形面积内布孔，孔底松动爆破，应力底板半圆形面积内布孔，孔底松动爆破，应力底板半圆形面积内布孔，孔底松动爆破，应力底板半圆形面积内布孔，孔底松动爆破，应力转移至围岩深部且稳定后，注浆固结底板岩石。转移至围岩深部且稳定后，注浆固结底板岩石。转移至围岩深部且稳定后，注浆固结底板岩石。转移至围岩深部且稳定后，注浆固结底板岩石。巷道

25、底板深部反拱及应力转移原理与技术巷道底板深部反拱及应力转移原理与技术u实施效果：实施效果：平顶山六矿上山绞车房埋深平顶山六矿上山绞车房埋深平顶山六矿上山绞车房埋深平顶山六矿上山绞车房埋深550m550m，围岩松软，掘后，围岩松软，掘后，围岩松软，掘后，围岩松软，掘后不久即因严重底鼓而破坏。采用应力转移技术后，绞车房底鼓不久即因严重底鼓而破坏。采用应力转移技术后，绞车房底鼓不久即因严重底鼓而破坏。采用应力转移技术后，绞车房底鼓不久即因严重底鼓而破坏。采用应力转移技术后，绞车房底鼓显著降低，底鼓量仅为原底鼓量的显著降低，底鼓量仅为原底鼓量的显著降低，底鼓量仅为原底鼓量的显著降低，底鼓量仅为原底鼓量

26、的1/31/3，硐室保持了长期稳定。，硐室保持了长期稳定。，硐室保持了长期稳定。，硐室保持了长期稳定。掘进工作面超前钻孔应力转移原理与技术掘进工作面超前钻孔应力转移原理与技术u基本原理：基本原理：在迎头打超前钻孔将应力转移到深部后，迎头顶在迎头打超前钻孔将应力转移到深部后，迎头顶在迎头打超前钻孔将应力转移到深部后，迎头顶在迎头打超前钻孔将应力转移到深部后，迎头顶板应力减小，围岩变形量小，顶板完整，便于支护，解决了板应力减小，围岩变形量小，顶板完整，便于支护，解决了板应力减小，围岩变形量小，顶板完整，便于支护，解决了板应力减小，围岩变形量小，顶板完整，便于支护，解决了以前顶板破碎，锚杆无法施工的

27、难题。以前顶板破碎，锚杆无法施工的难题。以前顶板破碎，锚杆无法施工的难题。以前顶板破碎，锚杆无法施工的难题。u参数确定：参数确定：钻孔长度、直径、位置。钻孔长度、直径、位置。钻孔长度、直径、位置。钻孔长度、直径、位置。u实例：实例：平顶山十一矿己平顶山十一矿己平顶山十一矿己平顶山十一矿己16-17 2212016-17 22120工作面顺槽埋深工作面顺槽埋深工作面顺槽埋深工作面顺槽埋深846846 925m925m，迎头顶板破碎打不上锚杆，应力转移后迎头顶板，迎头顶板破碎打不上锚杆，应力转移后迎头顶板，迎头顶板破碎打不上锚杆，应力转移后迎头顶板，迎头顶板破碎打不上锚杆，应力转移后迎头顶板完整，

28、不但顺利打上了锚杆，且降低了围岩变形量。完整，不但顺利打上了锚杆，且降低了围岩变形量。完整，不但顺利打上了锚杆，且降低了围岩变形量。完整，不但顺利打上了锚杆，且降低了围岩变形量。四、巷道围岩注将加固原理与技术设计断面为设计断面为16m2的大巷，掘出数的大巷，掘出数月，框式支架就严重损伤破坏月，框式支架就严重损伤破坏极软岩锚网喷支护巷道，掘出数极软岩锚网喷支护巷道，掘出数月，就坍塌破坏。月，就坍塌破坏。注浆固化稳定围岩机理注浆固化稳定围岩机理uu提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度。提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度。提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度。提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度。uu浆液

29、固结体的网络骨架作用。浆液固结体的网络骨架作用。浆液固结体的网络骨架作用。浆液固结体的网络骨架作用。uu转变围岩破坏机制转变围岩破坏机制转变围岩破坏机制转变围岩破坏机制uu减小巷道围岩松动圈减小巷道围岩松动圈减小巷道围岩松动圈减小巷道围岩松动圈uu封闭水源封闭水源封闭水源封闭水源uu提高锚杆锚固力提高锚杆锚固力提高锚杆锚固力提高锚杆锚固力1杆体；2托盘；3压紧螺母；4螺纹丝扣；5挡环；6射浆孔；7钻孔；8环形密封锚固卷；9注浆嘴；10岩体注浆加固圈3浆液扩散情况注浆围岩岩芯照片锚注加固支护1普通锚杆；普通锚杆；2注浆锚杆；注浆锚杆；3金属网喷层；金属网喷层；4注浆加固圈；注浆加固圈；5锚杆加固

30、圈；锚杆加固圈；u 注浆与锚杆共同作用效果注浆与锚杆共同作用效果uu锚注支护中的锚注支护中的锚注支护中的锚注支护中的锚杆还可有效锚杆还可有效锚杆还可有效锚杆还可有效抑制结构面的抑制结构面的抑制结构面的抑制结构面的错动，从而提错动，从而提错动，从而提错动，从而提高围岩整体承高围岩整体承高围岩整体承高围岩整体承载能力。载能力。载能力。载能力。uu祁南矿运输大巷祁南矿运输大巷祁南矿运输大巷祁南矿运输大巷uu锚注支护前后的状况锚注支护前后的状况锚注支护前后的状况锚注支护前后的状况uu谢桥矿回风大巷锚注支护谢桥矿回风大巷锚注支护谢桥矿回风大巷锚注支护谢桥矿回风大巷锚注支护前后的状况前后的状况前后的状况前

31、后的状况u架棚：工字钢棚、架棚：工字钢棚、U型棚及其它异型棚。型棚及其它异型棚。u锚杆支护体系：锚杆、锚索、桁架、三维锚索。锚杆支护体系：锚杆、锚索、桁架、三维锚索。u砌碹类。砌碹类。u其它组合支护（介绍几种目前较典型的）。其它组合支护（介绍几种目前较典型的）。五、合理的支护方法uu支护的准则和要点主要有支护的准则和要点主要有支护的准则和要点主要有支护的准则和要点主要有4 4点：点：点：点：先让后抗；先让后抗；先柔后刚；先柔后刚；二次支护；二次支护；控制底鼓。控制底鼓。uu本质：本质：本质：本质：让、抗、柔、刚的合理选择与匹配。让、抗、柔、刚的合理选择与匹配。uu关键：关键：关键：关键：让、抗

32、、柔、刚的的程度、强度。让、抗、柔、刚的的程度、强度。难维护岩巷的支护原则难维护岩巷的支护原则设计尺寸设计尺寸预预留留尺尺寸寸设计尺寸设计尺寸掘掘进进尺尺寸寸构筑柔性层构筑柔性层应用实例应用实例1：u某矿某矿-850m二采区轨道下山位于砂质页岩和中砂岩互层中。二采区轨道下山位于砂质页岩和中砂岩互层中。砂质页岩灰色、性脆、具贝壳状断口；中砂岩灰白色，钙质砂质页岩灰色、性脆、具贝壳状断口；中砂岩灰白色，钙质胶结，成分以石英长石为主，含较多暗色矿物，围岩抗压强胶结，成分以石英长石为主，含较多暗色矿物，围岩抗压强度小。埋深度小。埋深9981065m。巷道长期流变、大变形、维护困难，。巷道长期流变、大变

33、形、维护困难，显现出深井、软岩岩巷围岩的变形破碎特征。显现出深井、软岩岩巷围岩的变形破碎特征。u一次支护锚杆间排距为一次支护锚杆间排距为800800mm，锚杆为直径，锚杆为直径22mm、长度、长度2.4m的左旋高强度螺纹钢锚杆。的左旋高强度螺纹钢锚杆。一次支护一次支护有限让压控制围岩有限让压控制围岩二次支护二次支护使围岩停止蠕变转使围岩停止蠕变转化到稳定状态化到稳定状态u二次支护采用锚杆支护与注浆加固，二次支护锚杆布置与一次锚二次支护采用锚杆支护与注浆加固，二次支护锚杆布置与一次锚杆布置呈五花型，间排距为杆布置呈五花型，间排距为800800mm，锚杆为直径，锚杆为直径22mm、长、长度度2.4

34、m的左旋高强度螺纹钢锚杆。注浆材料采用的左旋高强度螺纹钢锚杆。注浆材料采用ZKD高水速凝材高水速凝材料料，注浆孔深，注浆孔深2.5m。应用实例应用实例2：u某矿井底车场巷道群埋深某矿井底车场巷道群埋深520m，所处地层为二叠系石盒子组下，所处地层为二叠系石盒子组下部，位于泥岩、砂质泥岩和粉砂岩互层中，被落差部，位于泥岩、砂质泥岩和粉砂岩互层中，被落差45110m 3条大断层切割，围岩呈碎裂结构，层理紊乱，节理发育，粉砂条大断层切割，围岩呈碎裂结构，层理紊乱，节理发育，粉砂岩节理的平均间距小于、等于岩节理的平均间距小于、等于0.2m。围岩抗压强度小，泥岩中。围岩抗压强度小，泥岩中黏土矿物含量黏土

35、矿物含量75%78%，遇水易膨胀泥化。受围岩松软低强，遇水易膨胀泥化。受围岩松软低强度和埋深及地质构造应力大的双重作用影响，巷道变形初期来度和埋深及地质构造应力大的双重作用影响，巷道变形初期来压快、变形量大；稳定后围岩仍以一定速度长时间持续流变、压快、变形量大；稳定后围岩仍以一定速度长时间持续流变、大变形，巷道围岩变形强烈。大变形，巷道围岩变形强烈。u支护方式：一次支护：锚网喷，二次支护：锚网喷索支护方式：一次支护：锚网喷，二次支护：锚网喷索 u支护方式：一次支护：锚网喷、混凝土底拱支护方式：一次支护：锚网喷、混凝土底拱，二次支护：锚，二次支护：锚网喷索网喷索 u支护方式：一次支护：锚网喷，二

36、次支护：全断面半刚性料支护方式：一次支护：锚网喷，二次支护：全断面半刚性料石碹（单层）石碹（单层）巷道变形速度曲线00.10.20.30.40.56月22日9月10日11月29日2月17日5月8日时间（天）变形速度（mm/d）u支护方式：一次支护：锚网喷支护方式：一次支护：锚网喷 扩刷扩刷，二次支护：全断面，二次支护：全断面半刚性料石碹（双层）半刚性料石碹（双层）u二次支护后稳定期巷道变形速度二次支护后稳定期巷道变形速度应用实例应用实例3：u某矿西大巷埋深某矿西大巷埋深545m，位于泥岩和砂质泥岩互层中，构造复杂。，位于泥岩和砂质泥岩互层中，构造复杂。水平应力水平应力22.0MPa，是垂直应力

37、的，是垂直应力的2.0倍左右。水平应力与泥岩倍左右。水平应力与泥岩抗压强度之比为抗压强度之比为1.57，水平应力与砂质泥岩抗压强度之比为，水平应力与砂质泥岩抗压强度之比为1.14。u泥岩中粘土矿物含量为泥岩中粘土矿物含量为7589，其中伊蒙层含量为，其中伊蒙层含量为2533，伊利石含量为伊利石含量为24，高岭土含量为，高岭土含量为1433，绿泥石含量，绿泥石含量2532，强吸水、遇水急剧膨胀泥化，风化；层理破碎，层理，强吸水、遇水急剧膨胀泥化，风化；层理破碎，层理节理裂隙十分发育。节理组节理裂隙十分发育。节理组3，节理数平均为，节理数平均为1232条条/m3，平，平均间距均间距0.2m。西大巷

38、为典型的深井、软岩岩巷。西大巷为典型的深井、软岩岩巷。锚网喷网壳锚网喷网壳锚网喷网壳锚网喷网壳锚网喷注浆锚索锚网喷注浆锚索锚网喷注浆锚索锚网喷注浆锚索锚绳喷锚注锚绳喷锚注锚绳喷锚注锚绳喷锚注锚网喷拱形钢棚注浆锚网喷拱形钢棚注浆锚网喷拱形钢棚注浆锚网喷拱形钢棚注浆西大巷原采用的具有西大巷原采用的具有代表性的支护方式代表性的支护方式目前的支护方式：如锚杆支护、锚喷支护、锚杆目前的支护方式：如锚杆支护、锚喷支护、锚杆网壳支护、锚杆钢丝绳支护、工字钢拱形支护等网壳支护、锚杆钢丝绳支护、工字钢拱形支护等不能适应高应力软岩巷道剧烈变形，需要研究开发不能适应高应力软岩巷道剧烈变形，需要研究开发新型支护技术，

39、控制该类巷道围岩变形新型支护技术，控制该类巷道围岩变形。巷巷道道掘掘进进后后，46个个月月巷巷道道变变形形量量就就达达到到10002000mm，巷巷道道变变形形表表现现为为整整体体收收敛敛变形的特点。变形的特点。初初 期期 变变 形形 速速 度度 在在10mm/d以以上上，半半年年以以后后，变变形形速速度度仍仍然然保持在保持在38mm/d。1、变形量大、变形量大 原支护方式下围岩变形有如下特点：原支护方式下围岩变形有如下特点：目前支护方式不能适应巷道剧烈变形目前支护方式不能适应巷道剧烈变形目前支护方式不能适应巷道剧烈变形目前支护方式不能适应巷道剧烈变形 2、变形速度快、变形速度快 3、变形持续

40、时间长、变形持续时间长 从从已已经经施施工工的的巷巷道道维维护护状状况况来来看看，虽虽然然巷巷道道已已经经掘掘出出多多年年，但但巷巷道道并并没没有有稳稳定定，每每隔隔半半年年左左右右需需要要维维修修1次次。u采用采用“先让后抗、先柔后刚先让后抗、先柔后刚”的原则，即围岩卸压与加固相的原则，即围岩卸压与加固相结合的原则。结合的原则。u应力转移，降低浅部围岩应力应力转移，降低浅部围岩应力u采用二次支护，合理确定二次支护时机和支护强度。采用二次支护，合理确定二次支护时机和支护强度。u提出：一次支护采用有控主动卸压技术（锚杆封闭式金属提出：一次支护采用有控主动卸压技术（锚杆封闭式金属支架，有控主动破碎

41、一定厚度的围岩）。二次支护采用锚杆支架，有控主动破碎一定厚度的围岩）。二次支护采用锚杆注浆加固技术。注浆加固技术。采取的方法：采取的方法：u紧跟迎头安设封闭式工字钢圆形支架，按照一次支护的紧跟迎头安设封闭式工字钢圆形支架，按照一次支护的锚杆间排距安装锚杆；锚杆间排距安装锚杆；u完成一次支护后，当围岩变形过大挤压支架、挤压力达完成一次支护后，当围岩变形过大挤压支架、挤压力达到到1MPa时，主动破碎一定厚度的围岩，周而复始，直至时，主动破碎一定厚度的围岩，周而复始，直至围岩变形速度稳定；围岩变形速度稳定；u二次加强支护，安装锚杆并喷浆封闭围岩，用高水速凝二次加强支护，安装锚杆并喷浆封闭围岩，用高水

42、速凝材料进行注浆加固。材料进行注浆加固。施工步骤施工步骤合理的一次支护合理的一次支护uu方法一：方法一：方法一：方法一：有限让压合理控制围岩技术。如锚喷网、可缩有限让压合理控制围岩技术。如锚喷网、可缩性金属支架。性金属支架。uu关键：关键：关键：关键：确定合理的支护强度。选择不同锚杆间排距下锚确定合理的支护强度。选择不同锚杆间排距下锚固体对应的力学参数及原岩应力、岩体力学参数、巷道固体对应的力学参数及原岩应力、岩体力学参数、巷道半径、锚固区半径值，研究支护强度与围岩塑性区范围半径、锚固区半径值，研究支护强度与围岩塑性区范围的变化关系。的变化关系。uu支护参数的确定：支护参数的确定：支护参数的确

43、定：支护参数的确定：根据变化拐点的支护强度进行相关支根据变化拐点的支护强度进行相关支护参数的计算。护参数的计算。uu方法二：方法二：方法二：方法二：有控主动卸压技术。深部、软岩岩巷初期变形速有控主动卸压技术。深部、软岩岩巷初期变形速度通常都在度通常都在10 mm/d以上，围岩剧烈破坏、支护体失效以上，围岩剧烈破坏、支护体失效，掘进初期巨大的变形能必须以某种形式释放。掘进初期巨大的变形能必须以某种形式释放。uu关键：关键：关键：关键：巷道掘进时紧跟迎头打设顶板锚杆保证安全、架设巷道掘进时紧跟迎头打设顶板锚杆保证安全、架设棚式支架，当围岩变形挤压支架时，主动破碎一定厚度的棚式支架，当围岩变形挤压支

44、架时，主动破碎一定厚度的围岩，使围岩与支架之间留有一定的变形空间、释放变形围岩，使围岩与支架之间留有一定的变形空间、释放变形能，将高应力向深部转移。能，将高应力向深部转移。以往巷道卸压技术以往巷道卸压技术 卸卸压压程程度度过过高高，塑塑性性区区范范围围急急剧剧增增大大造造成成浅浅部部围围岩岩自自身身承承载载能能力大幅度降低，不利于巷道维护。力大幅度降低，不利于巷道维护。卸卸压压程程度度过过低低，应应力力转转移移效效果果将不明显，达不到卸压的目的。将不明显，达不到卸压的目的。不易控制卸压程度不易控制卸压程度有有控控主主动动卸卸压技术压技术控控制制围围岩岩变变形形空空间间（破破碎碎围围岩厚度）岩厚

45、度）合合理理的的卸卸压压程度程度二次支护时机二次支护时机 u一次支护一次支护后形成的塑性区具有显著的流变性质。后形成的塑性区具有显著的流变性质。u工程实践表明，二次支护过早将难以抗拒围岩的初期剧烈变形，工程实践表明，二次支护过早将难以抗拒围岩的初期剧烈变形，二次支护过晚，围岩破坏加剧，自身承载能力又会急剧下降，二次支护过晚，围岩破坏加剧，自身承载能力又会急剧下降，即二次支护在时间上与围岩变形特性不能协调。即二次支护在时间上与围岩变形特性不能协调。u二次支护二次支护时机是决定维护效果的关键因素。二次支护最佳时机时机是决定维护效果的关键因素。二次支护最佳时机是围岩应力、塑性区及变形速度趋于稳定，此

46、时围岩的膨胀变是围岩应力、塑性区及变形速度趋于稳定，此时围岩的膨胀变形能得到了充分释放而围岩自身承载能力又没有太多的损失。形能得到了充分释放而围岩自身承载能力又没有太多的损失。该时机的掌握可以通过对巷道表面位移监测，当巷道表面位移该时机的掌握可以通过对巷道表面位移监测，当巷道表面位移速度由快到趋于平缓的拐点附近为二次支护的最佳支护时机。速度由快到趋于平缓的拐点附近为二次支护的最佳支护时机。变形速度变形速度/10-6m s-1t/105su一次支护后围岩变形速度随时间变化曲线一次支护后围岩变形速度随时间变化曲线 应力应力/MPat/105su一次支护后巷道周边应力随时间变化曲线一次支护后巷道周边

47、应力随时间变化曲线 u难维护岩巷围岩产生大范围的破碎区、塑性区难以避免，难维护岩巷围岩产生大范围的破碎区、塑性区难以避免，一次支护控制高应力软岩巷道围岩大变形难以实现，应一次支护控制高应力软岩巷道围岩大变形难以实现，应进行二次支护。二次支护时机是决定维护效果的关键因进行二次支护。二次支护时机是决定维护效果的关键因素。二次支护最佳时机是围岩应力、塑性区及变形速度素。二次支护最佳时机是围岩应力、塑性区及变形速度趋于稳定，此时围岩的膨胀变形能得到了充分释放而围趋于稳定，此时围岩的膨胀变形能得到了充分释放而围岩自身承载能力又没有太多的损失。该时机的掌握可以岩自身承载能力又没有太多的损失。该时机的掌握可

48、以通过对巷道表面位移监测，当巷道表面位移速度由快到通过对巷道表面位移监测，当巷道表面位移速度由快到趋于平缓的拐点附近为二次支护的最佳支护时机。趋于平缓的拐点附近为二次支护的最佳支护时机。u软岩巷道的有效维护是煤矿开采面临的主要难题之一，目软岩巷道的有效维护是煤矿开采面临的主要难题之一，目前国内外仍未形成一种普遍适用的技术方法；前国内外仍未形成一种普遍适用的技术方法；u该类巷道的有效维护必须针对现场实际条件灵活运用锚杆、该类巷道的有效维护必须针对现场实际条件灵活运用锚杆、锚索、金属棚、注浆等技术互相组合，才能取得成功。锚索、金属棚、注浆等技术互相组合，才能取得成功。u在本研究中，应针对现场条件，

49、加强围岩变形破坏的监测，在本研究中，应针对现场条件，加强围岩变形破坏的监测，用时调整支护方案和参数，反复实验以形成适用于煤矿的用时调整支护方案和参数，反复实验以形成适用于煤矿的有效维护方法。有效维护方法。结束语结束语六、工程实例问题提出问题提出 卧龙湖煤矿南大巷前期调研结果卧龙湖煤矿南大巷前期调研结果采用的关键技术采用的关键技术新掘巷道初步技术方案新掘巷道初步技术方案修复巷道初步技术方案修复巷道初步技术方案u卧龙湖煤矿南翼主采煤层为卧龙湖煤矿南翼主采煤层为10煤，且为矿井的首采区域，为此掘进了煤，且为矿井的首采区域，为此掘进了三条大巷：南运、南回和南轨。三条大巷：南运、南回和南轨。1 1：问题

50、提出：问题提出 巷道位置巷道位置u南翼运输巷南翼运输巷起点标高为起点标高为-481.913-480.113 m，岩性以泥岩、细砂岩为，岩性以泥岩、细砂岩为主，泥岩厚度为主，泥岩厚度为5 m，细砂岩厚度为，细砂岩厚度为1.5 m，巷道断面为直墙半圆拱形，巷道断面为直墙半圆拱形，断面规格：净宽断面规格：净宽净高净高=38003200 mm。u南翼轨道巷南翼轨道巷起点标高为起点标高为-478.537 m，其顶板为细砂岩，底板为泥岩，其顶板为细砂岩，底板为泥岩，巷道断面为直墙半圆拱形，断面规格：净宽巷道断面为直墙半圆拱形，断面规格：净宽净高净高=40003600 mm。u南翼回风巷南翼回风巷起点标高为