巷道围岩松动圈支护理论_精品文档资料下载.pdf

巷道围岩松动圈支护理论_精品文档资料下载.pdf

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本文建议加强岩石桃视釜后究圈吉关键谒兰苎垒岩石分类苎碎胀力磊一般岩石力学多限于对岩石极限强度前的研究，而对开巷后围岩破裂过程中的力学特性以及它对支护的影响研究不够，因此地下工程目前虽然应用了现代力学，但是解决支护问题的可靠程度并没有因此而明显地提高，所以目前工程界还是依靠经验方法确定支护参数。

目前国际上流行的新奥法，也只是一种方法，也没能确切地回答支护荷载对象问题。

为了解决这个问题，我们从研究开巷后围岩状态着手，通过大量现场实测、实验室相似模拟试验和大量工程验证，提出了支护对象是围岩松动圈在形成过程中的岩石碎胀力。

它是开巷后围岩应力超过围岩强度而产生的破裂带。

这个破裂带是由声测方法获得的。

并且以此为基点，提出了以围岩松动圈尺寸为指标的围岩支护分类方法和各类围岩的锚喷支护机理以及参数确定方法，并进行了大量的工程验证工作。

从1980年至今，先后在淮北、平顶山、淮南、鸡西、开滦、兖州等约lO个矿区的各类围岩进行了工业试验，1990年统计已达万余米巷道。

与此同时，也有一些矿区在不同程度上应用了这一观点进行支护设计和改革，并称之为围岩松动圈支护理论。

目前这一观点虽已提出了支护理论、围岩分类和锚喷支护机理并形成体系，但是在应用中还是经验与理论参半。

因为松动圈的理论计算问题、各类围岩碎胀力定量问题，组合拱的强度问题等还需要作深入的研究。

待这些问题解决了，可以预见理论设计地下工程支护参数将成为可能。

1围岩物理力学状态巷遭开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开巷后围岩应力将发生两个显著变化。

一是车文1991-11-18收到199-0217改回赵德贤编辑维普资讯http:

/22煤凝学报1994年第l9卷巷道周边径向应力下降为零，围岩强度明显下降J二是围岩中出现应力集中现象，一般认为集中系数大于2。

如果集中应力小于岩体强度，那么围岩将处于弹塑性稳定状态，当应力超越围岩强度之后，巷道周边围岩将首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度取得三向应力平衡为止，此时围岩已过渡到破碎状态。

我们将围岩中产生的这种松弛破碎带定名为围岩松动圈，其力学特性表现为应力降低松动区之外为塑性极限平衡区及弹性区（图1）。

围岩的状态特征决定着支护能够起的作用，弹塑性状态的围岩能够自稳，多数不需要支护J只有当围岩进入到破碎状态之后才产生了支护问题。

因此对围岩状态进行了现场超声波测试和实验室相似模拟试验。

十几个矿区的测试结果表明，围岩松动圈普遍存在着（图2），真正只存在弹塑性状态的围岩极少同时在模拟条件下，改变围岩强度和应力的相互关系，可制造出不同大小的围岩松动圈（图3）。

图1理论分析围岩状态Fig1Theoreticalanalysisofsurroundingrocksstate图2超声测试围岩松动圈Fis2Ultrasonictestingofthebr0kenrockzone图3相似模拟试验松动圈Fig3Modeltestofthebtokerrrockzone（a）围岩松动匿|（b）相同材料不同应力下的松动圈（b）2围岩松动圈的性质对围岩松动圈性质的研究，可以导致新的支护理论围岩松动圈支护理论。

21围岩松动翻的形状根据实验室试验，当围岩各向同性时，如果垂直与水平应力相等，剜为圆形松动圈，维普资讯http:

/第1期董方庭等；

巷道围岩松动匿支护理论23图4均质围岩松动圈的形状Fig。

4ShapeofthebroknrockzoneFig。

intheisotropicrocks1一垂直与水平等应力-2一垂直应力大于水平应方图5非均质岩石围岩松动圈5ShapeofthebrokenrockzoilcintheanisotropicrocksI软岩橙动圈2一硬岩松动圈22置岩梧动形威的时间性伴随着围岩应力调整及其重分布，围岩松动圈的发展形成也有一个时间过程。

现场实澍表明，松动圈的形成时间小的需要37天，大的需要13个月。

巷道收敛量测表明，松动圈发展的时间与巷道收敛变形在时间上是一致的。

25岩梧动与支护的关系现场观测表明，当松动圈=0时，如果围岩出较完整，可以裸体不支护，当=0N40cm时，只喷混凝土就能有效维护1，如果L=130N150cm，一般常用的料石碹（刚性）支护就不适应了，当150cin，刚性支护已难以维护2）。

上述现象说明，松动圈越大，收敛变形量越大，支护越困难。

5巷道支护理论51巷道支妒对象问置巷道支护的对象是什么，不同的支护理论对此有着不同的认识和理解。

较早的支护理论（普氏、泰沙基）将坍落拱内的岩石重量作为支护荷载，并据此进行支护设计，即支护对象是坍落拱内岩石重力。

现代岩石力学中的弹塑性支护理论认为，开巷后围岩中塑性区的形成和变形是产生地压的原因，主张通过支护手段限制塑性区的发展，阻止围岩的松动破坏，将围岩控制在弹塑性状态。

支护对象显然是围岩的弹塑性变形和处于弹塑性状态的围岩。

有的又以塑性区岩石自重作为支护对象。

鉴于现行巷遭支护一不可能及时，二不可能一开始就与围岩密贴，只有静待日岩产生足够变形之后才赞提供支护阻力，因此它对弹性变形不可能产生支护作用，因为围岩在低围压条件下通常表现为脆性，破碎前所能产生的弹塑性极限变形量程小，一般都小于支架与围岩间的“自然空问”，因此对大多数支架而言，弹塑性变形不成为支护的主要对象。

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/24煤炭学报I994年第19卷松动圈支护理论是根据围岩中存在松动破碎带的客观状态提出的，巷道支护对象除秘动髑围岩自重和巷道深部围岩的部分弹塑性变形外，还有松动圈围岩的碎胀变形，后者往往占据着主导地位。

破裂了的围岩在集中应力作用下将沿破裂面滑移错动，越靠近巷道表面，裂缝扩张越明显。

超声法测松动圈时，耦和水常常从钻孔四周的岩体中流渗出来，有时甚至注不满水，足见围岩中裂隙发育扩张程度之显著。

从变形特征来看，碎胀变形以岩块为基本单位，既有岩块内部质点的连续移动（3个自由度），又有岩块的整体平移和转动（6个自由度），因此，它要比质点连续移动的弹塑性变形量大得多。

实际工程有力地证明了上述论断，凡裸体巷道，围岩松动圈都接近于零，此时的弹塑性变形依然存在，但它不需要支护松动圈越大收敛变形越大，支护也越困难，巷道收敛与松动圈形成在时间上的一致性，说明松动圈的发展是巷道收敛的主要原因。

软岩及采动巷遭，围岩收敛量常常以数百毫米计。

根据超声测孔波速曲线（图6）所计算出的破碎围岩的裂嚏空隙度达1O2Oc3】，任何围岩都不可能在破裂之前产生这样大的弹塑性（收敛）变形所以，围岩松动圈所产生的碎胀变形，爿是支护的主要对象。

岩石扩客，虽然也是微裂隙体积的膨胀，但是由于没能形成贯穿裂隙，表现不出滑移和错动变形，况且又是破坏前发生的量，与碎胀变形相比自然要小得多，同样作用不到支架之上。

只有当碎胀变形使支架与围岩密贴之后，因应力峰值向深部移动而产生的深部围岩的附加弹塑性及扩容变形，才得以作用于支架之上（锚喷支护除外）。

当井巷开挖在含有膨胀性矿物的地层中时，单单遇水膨胀也可以造成支护破坏，合理的支护总是能够有效地将水的影响减少到最低限度。

LmLm图B超声披耐孔曲线Fig6Curves0fultrasoaieholelogging综上所述，巷逋支护的对象主要是松动圈内围岩的碎胀变形和岩石的吸水膨胀变形（仅限膨胀性地层）|另外深部围岩的部分弹塑性，扩客变形和松动国岩自重也可能对支护产生压力工业试验及现场观测表明，当15m时，围岩的收敛变形量基本上仍在普通支护的适应范围之内，支护设计时可隐去巷道收敛的影响，而只按松动圈围岩自重确定支护参数J当15m后，围岩碎胀变形将呈指数关系（142）迅速增加，模型试验得出4=153C），变形压力成为支护的危险荷载，此时应根据支护一围岩共同作用原理指导支护参数设计与施工。

52圈岩松动支护理论围岩松动圈是开巷后地应力超过围岩强度的结果。

在现有支护条件下，试图采用支护手段阻止围岩的松动破坏是不可能的。

因此，松动圈支护理论认为：

支护的作用是限制围岩松动圆形成过程中碎胀力所造成的有害变形。

这一观点与支护对象论点一起构成了围岩松动圈巷遭支护理论的核心内容。

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/第l期董方庭等t巷道周岩松动罔支护理论25支护对破碎屠岩的维护作用，表现在松动圈发展变形过程中维持破碎岩块相互啮合不垮落，通过提供支护阻力限制破裂缝的过度扩张，从而减少巷道的收敛变形。

图7是松动圆形成过程中国岩的声波速变化曲线【5）。

从中可以看出支架围岩密贴之后，松动围岩又被重新挤压密实些了。

支护对破裂围岩的加固作用，体现在锚喷支护方面，我们曾做过一组试验（共做9块，规格20锄x20cmx20，材料为水泥砂浆。

有3块未加任何措施，另6块则加上模拟锚杆和细金属两约束，在单向压力