1郭屯礦富水巷道與硐室錨注支護(hù)技術(shù)研究第一篇郭屯礦富水巷道與硐室錨注支護(hù)技術(shù)研究1研究課題的提出郭屯煤礦是山東魯能荷澤煤電公司在巨野礦區(qū)投資建設(shè)的一座大型現(xiàn)代化礦井。礦井由中煤國(guó)際工程集團(tuán)南京設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原煤生產(chǎn)能力為240萬(wàn)t。采用立井開拓方式，工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)設(shè)有主、副、風(fēng)三個(gè)井筒。其中主、副、風(fēng)三個(gè)井筒設(shè)計(jì)凈直徑分別為5.0m、6.5m和5.5m,表穿過表土層厚分別為580.05m,578.0m和579.7m,三個(gè)井筒表土及基巖風(fēng)化段礦區(qū)總體呈走向大致南北傾向東的單斜構(gòu)造，發(fā)育寬緩褶曲，并伴有一定數(shù)量的斷層，構(gòu)造復(fù)雜程度中等。全區(qū)呈寬緩褶曲構(gòu)造，次一級(jí)褶曲區(qū)內(nèi)共解釋、組合斷層35條，按走向分為近南北向、北東向、北西向及東西向四組，其中近南北向斷層最多，北東向和北西向斷層次(1)開拓布置井底車場(chǎng)型式采用“刀式”環(huán)形布置型式，井下主要硐室包括：主井井下裝載硐室包括底煤倉(cāng)、裝載膠帶輸送機(jī)巷、箕斗裝載硐室、配煤膠副井清理斜巷、井下調(diào)度室、中央水泵房、中央變電所、水倉(cāng)、管子道、2采區(qū)采用走向長(zhǎng)壁開采法。根據(jù)運(yùn)輸、通風(fēng)及煤礦安全規(guī)程要求，沿采區(qū)中部布置三條上山，即軌道上山、膠帶輸送機(jī)上山和回風(fēng)上山。軌道上山在采區(qū)上部和下部布置為平巷，中部沿煤層傾斜布置。回風(fēng)及膠帶輸送機(jī)上山均全煤巷布置。三條上山分別相距40m,上山兩側(cè)各留70m的保護(hù)煤柱。采區(qū)上山通過中部車場(chǎng)、聯(lián)絡(luò)斜巷等方式與工作面兩順槽聯(lián)系。(2)井巷支護(hù)伴有少量泥巖。鑒于本礦井開采深度較大，地壓顯現(xiàn)明顯，井底車場(chǎng)主要巷道全部采用錨噴掛網(wǎng)支護(hù)，對(duì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域和巖性較差區(qū)域，增加錨索本井田位于巨野向斜西翼，為全隱蔽的華北型石炭二迭系煤田，煤系以中、下奧陶統(tǒng)為基底，沉積了石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組、二迭系下統(tǒng)山西組和下石盒子組及上石盒子組，其上被新生界第三系和第四系所覆蓋。井田內(nèi)新生界厚度一般為530～650m,平均590m。主要含煤地層為太原組和山西組，其中山西組所含3煤層是本礦井主要可采煤層。(1)地層1)第四系(Q)褐色、棕黃色粘土、砂質(zhì)粘土夾粉細(xì)砂及中砂薄層，松散且透水性好，是夾粘土質(zhì)砂等，底部為一層粘土層，隔水性良好，屬河湖相沉積，不整合2)上第三系(N)3兩段：上段：厚91.80～385.20m,平均285.97m。上部以棕黃、淺紅色厚為上第三系主要含水段。下段：厚85.80～229.50m,平均157.77m。主要3)二迭系(P)細(xì)砂巖組成。與下伏地層呈整合接觸。下統(tǒng)包括下石盒子組和山西組。兩下石盒子組厚33.00～87.00m,平均53.08m,上部為紫色、灰綠色泥巖、粉砂巖夾砂巖。下部為灰色、灰白色砂巖夾灰綠色粉砂巖、泥巖，底山西組厚44.30～85.20m,平均66.66m,由淺灰至灰白色砂巖、深灰4)石炭系(C)粉砂巖、薄層灰?guī)r及煤層組成，底部有雜色含鮪粒泥巖，局部地段有巖漿砂巖及石灰?guī)r組成。底部常為一層紫紅色鋁鐵質(zhì)泥巖。與下伏奧陶系地層5)奧陶系中、下統(tǒng)(O?-2)井田內(nèi)共有9個(gè)鉆孔揭露，揭露厚度2.97～54.98m。主要為灰至深灰4為煤系下伏地層主要充水含水層。(2)地質(zhì)構(gòu)造巨野煤田位于魯西南斷塊坳餡的西北部，魯西南地區(qū)的基本構(gòu)造特征明顯表現(xiàn)為斷塊型，無(wú)論褶曲斷層均與大地構(gòu)造位置、區(qū)域構(gòu)造單元的相互組合及變化有明顯關(guān)系，早期以北東、東西向褶曲為主，并伴有東西向本區(qū)總體呈走向大致南北傾向東的單斜構(gòu)造，發(fā)育寬緩褶曲，并伴有一定數(shù)量的斷層，構(gòu)造復(fù)雜程度中等。1)地層產(chǎn)狀及主要褶曲全區(qū)呈寬緩褶曲構(gòu)造，次一級(jí)褶曲發(fā)育，翼部?jī)A角較緩，為5～10°,由于向陽(yáng)斷層、東董斷層、八里河斷層、八里莊斷層、田橋斷層等的影響，井田北部?jī)A角較陡，縱觀全區(qū)地層呈西、南部緩，北、東部陡的趨勢(shì)。井一田內(nèi)褶曲從東向西依次為丁官屯背斜、丁里長(zhǎng)向斜、八里河背斜、郭屯向斜、文莊背斜、王營(yíng)向斜、車樓背斜、郭莊向斜、辛莊向斜、辛莊向斜、付莊背斜、付莊向斜、李垓背斜、王老虎向斜、高莊背斜、吳廟向斜等。主要褶曲見表1-1。序褶曲名稱延展長(zhǎng)度幅度兩翼地層傾角(度)控制程度1丁官屯背斜基本查明～初步控制2丁里長(zhǎng)向斜基本查明～初步控制3八里河背斜初步控制4郭屯向斜基本查明5文莊背斜查明6王營(yíng)向斜查明7車樓背斜查明～基本查明58郭莊向斜查明～基本查明9辛莊背斜8查明～基本查明0辛莊向斜基本查明2)斷層區(qū)內(nèi)共解釋、組合斷層35條，按走向分為近南北向、北東向、北西向及東西向四組，其中近南北向斷層最多，北東向和北西向斷層次之。按落差分，落差大于100m的斷層5條，落差50～100m的斷層6條，落差30~50m的斷層5條，落差小于30m的斷層19條。主要斷層詳見表1-2。主要斷層一覽表表1-2序斷層組別斷層名稱層性質(zhì)延展長(zhǎng)度落差產(chǎn)狀控制程度向傾角(度)1近向斷層組田橋斷層正E基本查明～初步控制2田橋支斷層正E基本查明～初步控制3正W基本查明4八里莊斷層正W基本查明5紅廟東斷層正4E基本查明6紅廟斷層正E基本查明7八里河斷層正W基本查明8東董斷層正E查明～基本查明9向陽(yáng)斷層正W查明～基本查明0后營(yíng)斷層正1W初步控制1正W查明～基本查明2正3E基本查明63向正2E基本查明4東張斷層正5E基本查明3)巖漿巖全井田共有61個(gè)鉆孔，其中有20個(gè)鉆孔揭露巖漿巖，占33%,主要分布在井田的南部、西部及東北部。主要為灰色、灰綠色，致密堅(jiān)硬，裂據(jù)資料分析，巖漿巖經(jīng)早期形成的區(qū)域性大斷層上升，沿較松軟的地層以巖床等形式順層侵入到3煤中，其厚度雖小，卻使煤層厚度、結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，使井田南部及西北部3煤層大面積變?yōu)樘烊唤够蛎航够旌?，本井?煤層中有南、北兩大塊遭受巖漿巖侵入，其中南部侵入面積一24.0km2,北部侵入面積9.7km2,共計(jì)33.7km2。(1)含水層區(qū)內(nèi)含水層自上而下依次是Q+N砂礫層、二迭系上、下石盒子組砂1)新生界松散含水層第四系地層厚100.7～156.4m,廣布全區(qū)，由粘土、亞粘土、砂質(zhì)粘4～6層，砂層厚度19.1～77.10m,連續(xù)性較好，透水性較強(qiáng)，據(jù)梁寶寺井上第三系厚227.8～542.75m,平均443.74m,由粘土、砂質(zhì)粘土和砂715層，砂層厚度70.0～149.2m,富水性較強(qiáng)，料，單位涌水量0.0857～0.17172)二迭系上、下石盒子組砂巖含水層為中、細(xì)砂巖裂隙含水層，有36個(gè)鉆孔穿過，21個(gè)孔漏水，漏水孔率58.3%。主要漏水點(diǎn)多分布于斷層附近及基巖風(fēng)化帶，表明了其含水性是由于構(gòu)造或風(fēng)化所形成的裂隙所致。據(jù)鄰近梁寶寺井田抽水資料，單位涌水量0.0141L/s·m,富水性弱。該段含水層距3煤層間距絕大部分大于100m,一般位于采煤裂隙帶之上，正常情況下對(duì)3煤層開采無(wú)直接充水影3)3煤頂、底板砂巖裂隙含水層3煤頂?shù)装迳皫r厚約6.58～40.32m,平均28.28m。共發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)18層次，漏水孔率32%。該層位J-12、J-17孔抽水2次，單位涌水量0.0074~0.02371L/s·m,富水性弱。該層是3煤層開采時(shí)的直接充水含水層。4)三灰?guī)r溶裂隙含水層10個(gè)孔漏水，漏水孔率22.7%,主要分布在3煤露頭附近，據(jù)J-13、J-17為3煤開采的直接充水含水層。5)十下灰含水層厚4.40～6.65m,平均5.80m,淺部裂隙發(fā)育，局部有溶蝕現(xiàn)象，鉆孔漏水點(diǎn)多位于淺部及斷層附近。據(jù)239孔抽水資料，單位涌水量0.2617386)奧灰?guī)r溶裂隙含水層區(qū)內(nèi)僅有9個(gè)孔揭露，揭露厚度最大53.98m,該層裂隙較發(fā)育。有2個(gè)孔漏水，漏水孔率25%。據(jù)梁寶寺井田抽水資料，該層單位涌水量(2)隔水層隔水層有第四系、上第三系粘土類隔水層；上二迭統(tǒng)泥巖、粉砂巖、鋁土巖等隔水層；下二迭統(tǒng)雜色泥巖、粉砂巖隔水層，太原組泥巖、粉砂類隔水層；本溪組鐵鋁質(zhì)泥巖為奧灰含水層的壓蓋隔水1)第四系粘土層：以灰綠、棕黃色粘土為主，厚51.4～120.6m,占全層段的41.2～84.6%;塑性指數(shù)17.1～24.8,部分呈軟塑狀態(tài)。在第四系2)上第三系下段：以粘土、砂質(zhì)粘土為主，占地層總厚度的15.4~84.9%,由上至下固結(jié)程度漸增，局部鈣質(zhì)粘土層呈堅(jiān)硬狀態(tài)，據(jù)J—7孔系統(tǒng)物理力學(xué)取樣測(cè)試，底部近百米段粘土塑性指數(shù)17.6～27.0,凝聚力柱狀或板狀石膏晶體，富含蒙脫石礦物，易膨脹，鉆進(jìn)中鉆孔常常發(fā)生縮本井田第四系、上第三系的粘土層分布廣泛，厚度穩(wěn)定，隔水層性能粘土巖，下石盒子組主要巖性為雜色泥巖和粉砂巖，局部夾有厚層狀砂巖透鏡體，由于此隔水層的厚度較大，隔水層性能良好，進(jìn)一步阻隔了上部4)下組煤與奧灰間的壓蓋隔水層：下組煤最下一層大部可采煤層169包括16上煤層至本溪組頂界之間以泥巖、粉砂巖為主，本溪組以泥巖為主，包括鋁土巖、薄層灰?guī)r，共同組成一個(gè)較好的隔水層組，壓蓋在奧灰之上，奧灰頂至16:煤的間距為26.18～44.21m,平均33.41m,由于其厚度小，而埋藏深，其抵抗奧灰水底鼓壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，因此奧灰水將對(duì)開采下組煤除上述隔水層組外，石炭、二迭系含煤地層中的泥巖、粉砂巖占地層的比例較大，它們的隔水性能較好，阻隔了各含水層間的水力聯(lián)系。(3)斷層導(dǎo)水性、富水性斷層導(dǎo)水性包括兩個(gè)方面，其一是斷層兩盤含水層地下水是否通過斷層帶發(fā)生水平補(bǔ)給；其二是斷層同一盤含水層地下水能否通過斷層帶或附近裂隙發(fā)生垂直補(bǔ)給，決定斷層是否導(dǎo)水的主要因素是斷層的力學(xué)性質(zhì)、斷層兩盤含水層接觸關(guān)系及斷層帶充填物的膠結(jié)程度。據(jù)部分礦井的實(shí)際生產(chǎn)資料表明，隔水層中的斷層不導(dǎo)水，斷層兩側(cè)含水層與含水層對(duì)接時(shí)才具有導(dǎo)水性。根據(jù)11個(gè)揭露斷點(diǎn)的鉆孔統(tǒng)計(jì)，泥漿消耗量未發(fā)現(xiàn)明顯的增大和漏失現(xiàn)象，這從一個(gè)側(cè)面反映了斷層帶不富水的特征。但是從基巖含水層漏水鉆孔分布特征看，一般漏水點(diǎn)均位于含水層隱伏露頭及斷層附近的事實(shí)說明，在大的斷層附近，巖石較破碎，裂隙發(fā)育，常伴生一些次級(jí)小斷層，而充填程度又較差，因此大斷層兩側(cè)及交匯部位常形成相對(duì)富水區(qū)。根據(jù)鄰區(qū)資料分析，一條斷層是否導(dǎo)水不可簡(jiǎn)單論之，主要取決于斷層的活動(dòng)性和兩盤含水層的對(duì)口情況。據(jù)此分析，本井田的主要邊界斷層—田橋斷層西升東降，使井田內(nèi)的煤系含水層與井田外的二疊系地層對(duì)盤，對(duì)盤無(wú)強(qiáng)含水層，因此可能是阻水的。井田內(nèi)落差大于100m的斷層，使三灰、十下灰與奧灰接近和對(duì)口，因此在落差較大的斷層附近應(yīng)防止斷層導(dǎo)水。(4)地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件根據(jù)區(qū)域規(guī)律，井田未開發(fā)前，淺層地下水順地勢(shì)逕流，深層地下水隨著補(bǔ)給與排泄區(qū)的分布變化而變化，地下水循環(huán)慢，逕流微弱，受礦區(qū)排水影響后，各含水層水位將發(fā)生分異。由各含水層靜止水位及抽水試驗(yàn)過程分析，各含水層靜止水位差別不大，水力聯(lián)系程度差，多數(shù)無(wú)直接聯(lián)系；3砂含水層抽水后水位恢復(fù)緩慢，雖經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)的恢復(fù)，其水位還比原靜止水位低4.73m,表現(xiàn)以靜儲(chǔ)量為主。通過地質(zhì)構(gòu)造對(duì)比，含水層的埋藏、補(bǔ)給條件分析，本井田含水層的補(bǔ)給條件要比兗州煤田、濟(jì)寧煤田、滕縣煤田差些，其它含水層抽水后水位雖能較快恢復(fù)，可能十是抽水試驗(yàn)時(shí)間短、強(qiáng)度較低、靜水壓力較大、導(dǎo)水性較好的原因，預(yù)計(jì)其地下水儲(chǔ)量也應(yīng)以靜儲(chǔ)量為主(奧灰水除外)。由于本井田無(wú)水位動(dòng)態(tài)長(zhǎng)觀孔，各基巖含水層的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及與大氣降水的水力聯(lián)系尚不清楚。建議礦井開發(fā)時(shí)做好含水層的水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作，以便正確進(jìn)行井田水文地質(zhì)條件分析和預(yù)報(bào)礦井涌水量，防止發(fā)生礦井突水災(zāi)害。(5)水文地質(zhì)類型綜上所述，本井田上組煤的直接充水含水層分為3煤層頂、底板砂巖和太原組“三灰”含水層。3砂裂隙含水層，富水性弱，“三灰”巖溶裂隙含水層的富水性弱至中等，上述兩含水層的補(bǔ)給條件較差，故本井田上組煤的水文地質(zhì)類型為裂隙、巖溶類簡(jiǎn)單～中等類型。下組煤的直接充水含水層為太原組十-灰和奧灰。十+灰的富水性弱至中等，但基底奧灰含水層的富水性較強(qiáng)，補(bǔ)給較充沛，采下組煤時(shí)有底鼓水的威脅。故下組煤的水文地質(zhì)類型為裂隙巖溶類中等類型。(6)礦井涌水量精查地質(zhì)報(bào)告對(duì)礦井開采時(shí)的涌水量進(jìn)行了預(yù)計(jì)，計(jì)算用開采水平為一750m,用“大井法”計(jì)算的3煤頂?shù)装迳皫r正常涌水量為211m3/h,用“大井法”計(jì)算的三灰涌水量為91.19m3/h。需要指出的是，地質(zhì)報(bào)告提供的礦井涌水量是按照初期開采水平標(biāo)高-750m計(jì)算的，但根據(jù)初步設(shè)計(jì)井田開拓方案，初期開采水平標(biāo)高-808m,初期最大采深近-900m。為此，設(shè)計(jì)通過計(jì)算，取3砂正常涌水量230.2m3/h,三灰正常涌水量105.6lm3/h,礦井正常涌水量335.81m3/h?？紤]井筒淋水及井下生產(chǎn)用水，礦井正常排水量取415m3/h。礦井最大排水量取700m3/h。通過對(duì)礦井基本條件以及地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)情況的分析，郭屯礦井水平井底車場(chǎng)硐室埋深在853～858m左右，屬于深部高壓力礦井，根據(jù)已揭露的巖層結(jié)構(gòu)分析，井底車場(chǎng)巷道與硐室所處的巖層多為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖或交互層，而且節(jié)理、裂隙發(fā)育，水滲透性強(qiáng)。1.2支護(hù)技術(shù)研究課題的提出(研究的必要性和急迫性)山東省巨野礦區(qū)郭屯礦地面標(biāo)高為+45m,開采水平-808m,主要巷道、硐室埋深在853m以下，僅表土厚度達(dá)620m,井筒凍結(jié)鑿井深度達(dá)702m,是目前國(guó)內(nèi)最深的凍結(jié)井；地應(yīng)力高達(dá)36Mpa,屬于典型的深井厚表土礦井。-808m水平褶曲發(fā)育，較大斷層有11條，落差大于40m以上的有5條，工程穿過的巖層多為泥巖、泥頁(yè)巖、粉砂巖、細(xì)砂巖交互層，多數(shù)巖層f值不超過3,而且層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育，圍巖多屬于不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定的類型。屬于厚表土覆蓋下的高應(yīng)力軟巖礦井，且?guī)r層含水量大，對(duì)巖層的穩(wěn)定性有顯著影響。是典型的“節(jié)理裂隙發(fā)育的高應(yīng)力富水軟弱性碎脹巖層”。某礦井曾因地壓大巖層軟，發(fā)生3000多米巷道、硐室被壓垮，重新修復(fù)直接費(fèi)用2700萬(wàn)元，造成投資增加，工期延長(zhǎng)11個(gè)月。為避免出現(xiàn)類似問題，公司領(lǐng)導(dǎo)高瞻遠(yuǎn)矚，在未開工建設(shè)前就組織專家論證，目的是：利用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究科學(xué)的支護(hù)方案、工藝、材料達(dá)到高應(yīng)力富水巖層穩(wěn)定的目的。我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始，富含水巷道治理就引起各方面的注意。雖然各個(gè)專家在對(duì)巷道的礦壓顯現(xiàn)、掘進(jìn)方法、支護(hù)技術(shù)等方面取得了良好的成績(jī)和經(jīng)濟(jì)效果。但距我國(guó)日益增長(zhǎng)的煤炭生產(chǎn)安全建設(shè)和發(fā)展需要尚存很大的差距。究其原因：一是對(duì)復(fù)雜圍巖環(huán)境條件下的軟巖的各種性質(zhì)及其引發(fā)的軟巖巷道變形特征缺乏系統(tǒng)研究，獲得的認(rèn)知程度較淺；二是對(duì)軟巖巷道支護(hù)理論和技術(shù)的研究單一化和簡(jiǎn)單化，導(dǎo)致支護(hù)方式的單一化；三是缺乏將二者統(tǒng)一在同一個(gè)體系中進(jìn)行研究的手段。基于次背景下，進(jìn)一步組織對(duì)軟巖巷道圍巖流變控制、軟巖巷道破壞機(jī)制以及軟巖地應(yīng)力測(cè)試方法等方面的深入研究，同時(shí)一步研究高應(yīng)力、強(qiáng)膨脹、極破碎、含水軟巖等各種發(fā)雜條件下的軟巖巷道經(jīng)濟(jì)實(shí)用的支護(hù)理論與技術(shù)，對(duì)我國(guó)煤炭安全高效生產(chǎn)具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。因此，對(duì)工作面中的地質(zhì)賦存條件復(fù)雜，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巷道頂板富含水，圍巖松散破壞，局部穿越斷層等條件，普通的錨注技術(shù)不能滿足安全生產(chǎn)的需求，需要進(jìn)一步修改選擇合適的支護(hù)方式以及合適的錨網(wǎng)索耦合支護(hù)，以維持巷道穩(wěn)定?？偨Y(jié)前人取得的研究成果的基礎(chǔ)上，以郭屯礦區(qū)富水層巷道為工程實(shí)例，采用理論分析、礦壓檢測(cè)相結(jié)合的研究方法，分析富水軟巖巷道破壞特征、變形形態(tài)及其影響因素，揭示巷道圍巖的運(yùn)動(dòng)變形規(guī)律以及圍巖變形破壞機(jī)制，探求軟巖巷道的合理支護(hù)方法，為地質(zhì)條件相似的礦區(qū)提供依據(jù)，具體方法如下：(1)收集文獻(xiàn)資料，了解軟巖的概念、分類以及軟巖的基本屬性，收集現(xiàn)場(chǎng)資料，對(duì)具體巷道工作面工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析。(2)分析采集的礦壓檢測(cè)，對(duì)井下觀測(cè)到的破壞現(xiàn)象進(jìn)行整理。(3)結(jié)合郭屯礦區(qū)地質(zhì)調(diào)研資料和礦壓觀測(cè)結(jié)果分析，分析軟巖巷道破壞特征和影響因素，研究復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面巷道變形破壞機(jī)制。(4)分析軟巖巷道最佳支護(hù)時(shí)機(jī)概念和意義，結(jié)合彈塑形理論，研究巷道的合理支護(hù)時(shí)機(jī)，選擇合適的支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)。(1)巖石性質(zhì)與破壞機(jī)理研究(2)巷道支護(hù)方案與支護(hù)參數(shù)(3)井巷富水巖層加固技術(shù)(4)支護(hù)過程中對(duì)上覆含水層巷道進(jìn)行礦壓檢測(cè)(5)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用研究2巷道破壞狀況與破壞機(jī)理分析郭屯礦屬于厚表土覆蓋下的高應(yīng)力軟巖礦井，且?guī)r層含水量大，對(duì)巖后，首先發(fā)生碎脹，然后泥化，泥化作用促進(jìn)了碎塊之間的相互滑動(dòng)。所以，當(dāng)巷道圍巖中含有大于35%的高嶺石時(shí)，膨脹壓力顯著增加。因此，水的影響至關(guān)重要，一旦受到水的浸濕，其圍巖很難控制。地開石失水后開裂，遇水后泥化，在巷道圍巖中一旦受到風(fēng)化或水的作用，強(qiáng)度變得極總之，不同的礦物成份，具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)；通過車場(chǎng)巷道斷面不同部位所取的試樣，經(jīng)化驗(yàn)后礦物成份差別較大，這種差別將造成在相同的環(huán)境和條件下，不同部位的圍巖將表現(xiàn)出不同的變化狀態(tài)，即非均勻性，其結(jié)果是：巖性差的巖石影響到巖性好的巖石，最后導(dǎo)致整個(gè)斷面(1)軟巖條件下巷道壓力大、來(lái)壓快、變形嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因而軟巖巷道的支護(hù)形式必須適應(yīng)這些特點(diǎn)，可采用先柔后剛或二次支護(hù)甚至多次支護(hù)原則，因此支護(hù)形式上應(yīng)首先有一定的讓壓作用，即柔性支護(hù)(或可縮性支護(hù)),后期要有足夠的剛性，以防止軟巖無(wú)限制地變形，使巷道斷面縮小到不能使用的地步。(2)由于軟巖具有易風(fēng)化、遇水膨脹等特性，因此軟巖巷道開挖后，要避免環(huán)境因素的影響，應(yīng)及時(shí)封閉圍巖，盡量保持圍巖的原始特點(diǎn)，一般應(yīng)及時(shí)噴射砼，既能防止圍巖風(fēng)化、吸潮，同時(shí)也具有一定的初撐力，以防止圍巖松動(dòng)，保證安全。(3)軟巖巷道的地壓特性是四周來(lái)壓，不僅有頂壓、側(cè)壓，還有底壓，因而軟巖巷道普遍存在一定量的底臌。因此對(duì)于軟巖巷道不僅要加強(qiáng)頂、幫支護(hù)，還要加固底板，防止底臌。(4)軟巖巷道圍巖自承能力低，而上覆巖層的壓力主要部分是由巷道圍巖來(lái)承受，只有一小部分(約1%～2%)由支架來(lái)承擔(dān)，因而可通過巖體注漿加固或錨噴支護(hù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)軟巖自身的承載能力。特別是對(duì)于多次修復(fù)的巷道，圍巖松動(dòng)范圍極大，承載能力極低，尤其應(yīng)提高圍巖巖體強(qiáng)度，提高自身承載能力。不同煤礦的不同工程的變形或破壞不僅程度不同，破壞的機(jī)理也不一定相同。影響巷道變形的因素很多，如圍巖巖石物理力學(xué)特性、礦物組成、巖體構(gòu)造、構(gòu)造帶如斷層、褶皺、褶曲的影響等，其他還有水、瓦斯、溫度、設(shè)計(jì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)與施工工藝及質(zhì)量均對(duì)巷道產(chǎn)生一定的影響。地下水與巖土的相互作用概括為3種，即力學(xué)作用，包括靜水壓力和動(dòng)水壓力作用；物理作用，包括潤(rùn)滑、軟化、泥化作用及結(jié)合水的強(qiáng)化作(1)力學(xué)作用靜水壓力能夠使巖體的結(jié)構(gòu)面張開，減少了滑動(dòng)摩擦力，從而增加了圍巖的坍塌和滑落的可能性。動(dòng)水壓力的作用促使巖塊沿著水流方向移動(dòng)的同時(shí)也沖刷和帶走巖石裂隙中的細(xì)小的礦物顆粒，從而增加了圍巖的破壞程度。(2)物理作用。潤(rùn)滑作用指的是承壓水可減小巖石表面之間的有效法向應(yīng)力，從而減小了由摩擦而可能產(chǎn)生的潛在抗剪力，導(dǎo)致最終減小巖體的抗壓抗剪切強(qiáng)度這一后果。軟化作用指巖石受水浸濕后，水分子改變了巖石的物理狀態(tài)，使巖石內(nèi)部顆粒間的表面發(fā)生了變化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，加劇巖層移動(dòng)過程。由試驗(yàn)得知，當(dāng)水分增至4%時(shí)，砂巖強(qiáng)度可降低50%,本來(lái)支撐力不大的砂礫土可完全失去支撐力。通過試驗(yàn)不定期發(fā)現(xiàn)，隨著水壓的加大，巖石的強(qiáng)度將相繼減少，且由延性變形蛻變?yōu)榇嘈宰冃?，使巖石強(qiáng)度大幅度降低。結(jié)合水的強(qiáng)化作用是巖石吸水性能不同，膨脹程度不同，從而可改變巖石內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變不均勻現(xiàn)象。特別是多孔巖體內(nèi)巖石積聚的黃土，遇水后膨脹可加劇圍巖破壞。水不僅會(huì)使圍巖巖石軟化，如果圍巖巖石含有膨脹性粘土礦物，如高嶺石、伊利石、蒙脫石等，其體積將不斷膨脹，特別是蒙脫石含量高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生膨脹，其膨脹量可達(dá)幾倍至幾十倍。如果失去水分則會(huì)出現(xiàn)膨脹收縮現(xiàn)象，一脹一縮過程還會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)變，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明這一殘余應(yīng)變約3%。如果周期出現(xiàn)這種差異應(yīng)變，巖石將會(huì)經(jīng)弱面分離而開始水解，這也是在沒有構(gòu)造破碎情況下出現(xiàn)冒落的重要原因。通過做泥板巖遇水強(qiáng)度軟化試驗(yàn)，繪制了泥板巖單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量與含水率的關(guān)系曲線，泥板巖單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量與浸水時(shí)間的關(guān)系曲線。含水率(%)圖2-2-1泥板巖單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量與含水率的關(guān)系曲線圖2-2-2泥板巖單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量與浸水時(shí)間關(guān)系曲線①泥板巖單軸抗壓強(qiáng)度與含水率構(gòu)成非線性關(guān)系，而彈性模量是含水率的線性函數(shù)，二者都隨含水率的增大而降低。②水對(duì)泥板巖的損傷具有時(shí)間效應(yīng)。泥板巖單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量隨浸水時(shí)間的變化均可描述為3個(gè)階段：第1階段為損傷速率較大階段；第2階段為損傷速率較小階段；第3階段為損傷速率趨于零階段，即泥板巖含水率不變化，抗壓強(qiáng)度、彈性模量隨時(shí)間的延長(zhǎng)降低很小。③泥板巖的擴(kuò)容也是影響其含水率的一個(gè)不可忽視的因素。將其引入損傷力學(xué)分析中，可較好地描述巖石遇水損傷演化的特征和機(jī)理。由于應(yīng)力狀態(tài)的改變引起的泥板巖體積的變化，可更好地闡明泥板巖遇水軟化之特征，從而為研究層狀巖體滲水后大面積冒頂提供了理論依據(jù)。(3)化學(xué)作用實(shí)驗(yàn)研究表明PH值對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的改變非常顯著,影響很大，PH值越小酸性和堿性越大，其對(duì)巖石的腐蝕效應(yīng)就越大。離子交換作用對(duì)于臨界斷裂擴(kuò)展具有重要作用，其作用強(qiáng)度則取決于裂隙尖端處溶液與外界環(huán)境擴(kuò)散交換的難易程度。溶解作用指巖石中許多礦物都能溶解于水，如K*、Na、Ca2+、Mg2+等氯化物和碳酸鹽以及F3+、Al3+等氧化物和硅酸鹽，當(dāng)這些易溶礦物隨水流失，難容礦物殘留原地時(shí)，巖石的孔隙度增加，裂隙擴(kuò)展，從而巖石變得松散脆弱。影響水化學(xué)溶解作用對(duì)巖石裂隙的擴(kuò)展作用的因素很多，如環(huán)境濕度、溫度及壓力等。例如，影響地下水中SiO?含量高低的因素中就有水溫。通過實(shí)驗(yàn)分析可以看出，地下水對(duì)砂巖的溶解作用是很大的，被地下水淋失的可溶性組分在砂巖中均具有膠結(jié)作用，它們的淋失將削弱顆粒之間的聯(lián)系而使巖石強(qiáng)度降低，盡管地下水要溶解掉所有的膠結(jié)物需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但巖石強(qiáng)度的降低與膠結(jié)物含量并不總是呈線性關(guān)系的，有時(shí)膠結(jié)物的微小變化，都會(huì)引起巖石強(qiáng)度的突變，因?yàn)橐胧箮r石強(qiáng)度降低，只需溶解膠結(jié)物的銜接部位就可以了，而這些部位正是溶解作用最水解作用一直是一些難溶礦物風(fēng)化溶蝕的主要機(jī)制，對(duì)巖石礦物的后生變化有著重要的作用。溶蝕作用由水的化學(xué)作用把巖體中某些溶水元素帶走，使巖石之致密度降低，孔隙增大，使巖石強(qiáng)度降低。地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，顯然與圍巖巖體中地下水賦存條件與活動(dòng)狀況密切相關(guān)，他們既影響圍巖的應(yīng)力狀態(tài)又影響圍巖的強(qiáng)度，進(jìn)而影響圍巖的穩(wěn)定。圍巖中地下水狀態(tài)一般可分三級(jí)，即干燥、有滲水、潮濕。實(shí)踐證明，只要圍巖是干燥的，即便是通過軟弱的或破碎的巖層時(shí)，圍巖的穩(wěn)定性總是較好的或危害比較軟弱，并且易于克服。當(dāng)巷道處于含水層中或巷道道的圍巖透水性較強(qiáng)即圍巖中的地下水狀態(tài)為有滲水或潮濕時(shí)，地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響比較明顯，主要表現(xiàn)在靜水壓力作用、動(dòng)水壓力作用、軟化作用和溶解作用、對(duì)可溶巖體的溶蝕作用及對(duì)滑動(dòng)面的潤(rùn)滑殼運(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，一旦開挖，這些應(yīng)力必將釋放并重新分布。在應(yīng)力重新分布過程中，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。圍巖性質(zhì)(包括圍巖的礦物成分、各向異性、塑性、擴(kuò)容性、膨脹性、蠕變和流變的性質(zhì)等)是決定巷道變形與破壞的主要因素。層狀軟巖的各向異性使圍巖的變形及失穩(wěn)形態(tài)有很強(qiáng)烈的非對(duì)稱性。軟巖的擴(kuò)容性和塑性明顯的會(huì)使巷道周邊形成松散破碎區(qū)或擠壓變形區(qū)。軟巖的膨脹性會(huì)擠壞支護(hù)或形成嚴(yán)重的底臌。有明顯時(shí)間效應(yīng)的粘土質(zhì)軟巖則產(chǎn)生粘彈—塑性或粘塑性的變形壓力。存在軟弱巖石或膨脹性的巷道，不僅變形與破壞的速度加快，而且變形與破壞的形式也趨于多元化。圍巖強(qiáng)度即普氏系數(shù)f,主要指標(biāo)是巖石單軸抗壓及抗拉強(qiáng)度(MPa)。施工工藝、技術(shù)及施工質(zhì)量也是影響巷道穩(wěn)定的重要因素。一般機(jī)掘巷道易保持巷道圍巖穩(wěn)定，爆破開挖易造成圍巖周邊松動(dòng)。因此，施工應(yīng)根據(jù)圍巖狀況選擇施工方式。施工技術(shù)以爆破而論，爆破方式有光面爆破、普通爆破、分次爆破、全斷面一次爆破等；爆破材料(炸藥),起爆方式，爆破參數(shù)如炮眼深度、炮眼直徑、炮眼數(shù)、裝藥量、起爆順序等對(duì)圍巖穩(wěn)定均有重要影響，特別是泥巖、構(gòu)造帶中爆破，施工中如不采取防震措施勢(shì)必影響巷道穩(wěn)定。施工質(zhì)量對(duì)巷道穩(wěn)定也很重要。比如光爆效果，錨桿、錨索的布置、角度、錨固力等是否符合設(shè)計(jì)要求。特別是錨注施工中，注漿質(zhì)量及注漿效果對(duì)巷道穩(wěn)定至關(guān)重要。3含水地層巷道支護(hù)特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究概況(1)對(duì)于軟巖條件下巷道壓力大、來(lái)壓快、變形嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因而軟巖巷道的支護(hù)形式必須適應(yīng)這些特點(diǎn)，可采用先柔后剛或二次支護(hù)甚至多次支護(hù)原則，因此支護(hù)形式上應(yīng)首先有一定的讓壓作用，即柔性支護(hù)，后期要有足夠的剛性，以防止軟巖無(wú)限制地變形，使巷道斷面縮小到(2)軟巖具有易風(fēng)化、遇水膨脹等特性，軟巖巷道開挖后，要避免環(huán)境因素的影響，應(yīng)及時(shí)封閉圍巖，盡量保持圍巖的原始特點(diǎn)，一般應(yīng)及時(shí)噴射砼，既能防止圍巖風(fēng)化、吸潮，同時(shí)也具有一定的初撐力，以防止圍巖松動(dòng)，保證安全。(3)軟巖巷道的地壓特性是四周來(lái)壓，不僅有頂壓、側(cè)壓，還有底壓，因而軟巖巷道普遍存在一定量的底臌。因此對(duì)于軟巖巷道不僅要加強(qiáng)頂、幫支護(hù)，還要加固底板，防止底臌。(4)軟巖巷道圍巖自承能力低，而上覆巖層的壓力主要部分是由巷道圍巖來(lái)承受，只有一小部分(約1%～2%)由支架來(lái)承擔(dān)，因而可通過巖體注漿加固或錨噴支護(hù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)軟巖自身的承載能力。特別是對(duì)于多次修復(fù)的巷道，圍巖松動(dòng)范圍極大，承載能力極低，尤其應(yīng)提高圍巖巖體強(qiáng)度，提高自身承載能力。(1)采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖的裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風(fēng)化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度；(2)注漿錨桿注漿后將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)磨擦角及彈性模量，從而提高了巖體強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分；(3)注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實(shí)，這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)而首先破壞；(4)利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護(hù)，可以形成一個(gè)多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱，形成的多層組合拱結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了其整體性(5)注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效傳遞到兩墻，通過對(duì)墻的加固，又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱厚度的加大，這樣又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板巖石中的應(yīng)力，減弱底板的塑性變形，減輕底臌。底板的穩(wěn)定，有助于兩墻的穩(wěn)定，在底板、兩墻穩(wěn)定的情況下又能保持拱頂?shù)姆€(wěn)定；頂板的穩(wěn)定不僅僅取決于頂板荷載，在非破碎帶中關(guān)鍵取決于底板和兩墻的穩(wěn)定，因此注漿支護(hù)的重點(diǎn)就是保證兩幫與底板的穩(wěn)定，從而保證整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。(6)注漿錨桿本身為全長(zhǎng)錨固的錨桿，通過注漿也使端錨的普通錨桿變成全長(zhǎng)錨固錨桿，從而將多層組合拱聯(lián)成一個(gè)整體，共同承載，提高了(7)注漿使得支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面尺寸加大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減小，從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此能承受更大的荷載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)(8)注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個(gè)整體，從而在大構(gòu)造應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。圍巖注漿加固往往與其它巷道支護(hù)形式結(jié)合起來(lái)時(shí)，它不僅改善圍巖應(yīng)力分布，而且大大縮小圍巖變形，減輕支架承受的外載壓力，改善支架的受力情況?？梢圆捎媚獱枏?qiáng)度理論對(duì)注漿加固的作用作一分析。巖體的強(qiáng)度，通常用莫爾強(qiáng)度理論來(lái)描述。為簡(jiǎn)化計(jì)算，強(qiáng)度曲線采用直線形包絡(luò)線即其中：t—巖體抗剪強(qiáng)度MPa;圖3-1-1摩爾強(qiáng)度準(zhǔn)則表示的注漿前后巖體強(qiáng)度變化可知巖體強(qiáng)度大小是C,φ兩個(gè)指標(biāo)確定的。當(dāng)井巷掘進(jìn)后，原巖體中應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，圍巖應(yīng)力重新調(diào)整，表現(xiàn)為巷道周邊徑向應(yīng)力消失，切向應(yīng)力增大，而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)集中的切向應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度極限時(shí)，巷道周邊巖體首先破壞，產(chǎn)生裂隙，巖體原有的內(nèi)聚力C及內(nèi)磨擦角φ值下降，在巷道周圍的一定范圍內(nèi)形成圍巖破碎帶，即所謂圍巖松動(dòng)圈。在此松動(dòng)圈內(nèi)的巖體，是具有一定殘余強(qiáng)度的多裂隙巖體，是塑性區(qū)的一個(gè)組成部分。注漿加固就是處理這一區(qū)域內(nèi)的巖體，使其強(qiáng)度得到提高，從而使莫爾圓遠(yuǎn)離強(qiáng)度包絡(luò)線(3-1-1),顯然，這有利于圍巖巖體C和φ值的增值大小，視注漿材料的性能及注漿工藝是否合理而有所不同，一般說，注漿材料本身固結(jié)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的，其C和φ值增加的較大，反之則小；注漿工藝合理，能保證巖體裂隙充填密實(shí)，漿液與裂隙面粘結(jié)牢固，其C和φ值也增加的多。由于漿液在巖體內(nèi)充實(shí)，固結(jié)強(qiáng)度提高，使巷道周圍形成一完整的連續(xù)的承壓體，圍巖應(yīng)力分布趨于均勻，減少了應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高了支架的承載能力。3.2國(guó)內(nèi)外不穩(wěn)定巷道支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀國(guó)外軟巖巷道支護(hù)問題，各國(guó)情況不一。美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家在不穩(wěn)定地層中大量采用組合錨桿、錨桿桁架支護(hù)及樹脂錨桿及錨索支護(hù)。英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等原主要采用可伸縮性金屬支架，先也采用一錨桿為主的各類錨桿支架。俄羅斯、波蘭等國(guó)家主要采用各種金屬支架和可伸縮性支架，也采用錨桿支護(hù)和金屬可伸縮新支架聯(lián)合支護(hù)。這些國(guó)家對(duì)松散軟巖破碎巖石，特別注重注漿加固巖體的方式，除了用水泥砂漿進(jìn)行注漿外，多采用聚氨酯注漿來(lái)加固巖體。俄羅斯還特別強(qiáng)調(diào)支架后均勻密實(shí)充填，并配合支架后巖體注漿加固。六十年帶發(fā)展起來(lái)的新奧法，把理論、監(jiān)控、施工相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)加固巖體，采用柔性支護(hù)和二次支護(hù)方式，從而使錨噴支護(hù)和聯(lián)合支護(hù)方式大為發(fā)展。如前蘇聯(lián)采用錨噴、金屬支架及支架后注漿加固巖體的聯(lián)合支護(hù)方式。另外，在錨噴支護(hù)方面，也出現(xiàn)許多形式的可伸縮錨桿及加鋼纖維等柔性噴層支護(hù)。早在60年代我國(guó)就開始進(jìn)行了軟巖巷道的研究工作；70年代吸收了國(guó)外新奧法施工經(jīng)驗(yàn)，在礦壓理論、支護(hù)理論和研究施工經(jīng)驗(yàn)方面都有新的突破。在此期間，錨噴網(wǎng)支護(hù)在軟巖巷道中取得了很好的應(yīng)用，并出現(xiàn)錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式，并采用錨噴支護(hù)與大型鋼筋混凝土弧板聯(lián)合支護(hù)，此外還出現(xiàn)了各種適合軟巖支護(hù)的新型錨桿、柔性噴層等；進(jìn)入90年代以來(lái)，采用錨噴支護(hù)與注漿錨桿注漿加固圍巖相結(jié)合，加強(qiáng)底角支護(hù)等。在礦壓理論和支護(hù)原理方面都取得了較進(jìn)步。(1)巖性轉(zhuǎn)化理論中國(guó)著名巖土工程專家陳宗基院士在20世紀(jì)60年代從大量工程時(shí)間中總結(jié)出巖性轉(zhuǎn)化理論。該理論認(rèn)為：同樣礦物成分、同樣結(jié)構(gòu)形態(tài)，在不同工程環(huán)境工程條件下，會(huì)產(chǎn)生不同應(yīng)力應(yīng)變，以形成不同的本構(gòu)關(guān)系。堅(jiān)硬的花崗巖，在高溫高壓的工程條件下，產(chǎn)生了流變、擴(kuò)容，并指出，巖塊的各種測(cè)試結(jié)果與掩體的工程設(shè)計(jì)應(yīng)有明顯區(qū)別。強(qiáng)調(diào)巖體是非勻質(zhì)、非連續(xù)的介質(zhì)，巖體在工程條件下形成的本構(gòu)關(guān)系絕非簡(jiǎn)單的彈塑、彈黏塑變形理論特征。(2)軸變論理論于學(xué)馥教授等提出軸變論理論，認(rèn)為：巷道坍落可以自行穩(wěn)定，可以用彈性理論進(jìn)行分析。圍巖破壞是由于應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度極限引起的，坍落是改變巷道軸比，導(dǎo)致應(yīng)力重分布。應(yīng)力重分布的特點(diǎn)是高應(yīng)力下降，低應(yīng)力上升，并向無(wú)拉力和均與分布發(fā)展，直至穩(wěn)定而停止。應(yīng)力均勻分布的軸比是巷道最穩(wěn)定的軸比，其形狀為橢圓形。近年來(lái)，于學(xué)馥教授運(yùn)用系統(tǒng)論、熱力學(xué)等理論提出開挖系統(tǒng)控制理論。該理論認(rèn)為：開挖擾動(dòng)破壞了巖體的平衡，這個(gè)不平衡系統(tǒng)具有自組織功能。(3)聯(lián)合支護(hù)理論馮豫、陸家梁、鄭雨天、朱效嘉教授等提出的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其觀點(diǎn)可以概括為：對(duì)于巷道支護(hù)，一味強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的，要先柔后剛，先抗后讓，柔讓適度，穩(wěn)定支護(hù)。由此發(fā)展起來(lái)的支護(hù)型式有錨噴網(wǎng)技術(shù)、錨噴網(wǎng)架技術(shù)、錨帶網(wǎng)技術(shù)、錨帶噴架(4)錨噴-弧板支護(hù)理論孫均、鄭雨天和朱效嘉教授等提出的錨噴-弧板支護(hù)理論是對(duì)聯(lián)合支護(hù)一理論的發(fā)展。該理論的要點(diǎn)是：對(duì)軟巖總是強(qiáng)調(diào)放壓是不行的，放壓到一定程度，要堅(jiān)決頂住，即采用高哦標(biāo)號(hào)、高強(qiáng)度鋼筋混凝土弧板作為聯(lián)合支護(hù)理論先柔后剛的剛性支護(hù)形式，堅(jiān)決限制和頂住圍巖向中空位移。(5)松動(dòng)圈理論松動(dòng)圈理論是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的董方庭教授提出的，其主要內(nèi)容：凡是堅(jiān)硬圍巖的裸體巷道，其圍巖松動(dòng)圈都接近于靈，此時(shí)巷道圍巖的塑性變形雖然存在，但并不需要支護(hù)。松動(dòng)圈越大，收斂變形越大，支護(hù)難度越大。因此，支護(hù)的主要目的在于防止圍巖松動(dòng)圈發(fā)展過程中的有害變形。(6)主次承載區(qū)支護(hù)理論主次承載區(qū)支護(hù)理論是由方祖烈教授提出的。該理論認(rèn)為：巷道開挖后，在圍巖中形成拉區(qū)域；壓縮域在在圍巖深部，體現(xiàn)了圍巖的自撐能力，是維護(hù)巷道穩(wěn)定的主承載區(qū)。張拉域形成于巷道周圍，通過支護(hù)加固，也形成一定的承載能力，但其與主承載區(qū)相比，只起輔助作用，故稱為次承載區(qū)。主、次承載區(qū)的協(xié)調(diào)作用決定巷道的最終穩(wěn)定。支護(hù)對(duì)象為張拉域，支護(hù)結(jié)構(gòu)與支護(hù)參數(shù)要根據(jù)主、次承載區(qū)相互作用過程中呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)特征來(lái)確定。支護(hù)強(qiáng)度原則上要求一次到位。(7)應(yīng)力控制理論應(yīng)力控制理論，也成為圍巖弱化法、卸壓法等。該方法起源于前蘇聯(lián)，其基本原理是通過一定的技術(shù)手段改變某些部分圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)。改善圍巖內(nèi)的應(yīng)力及能量分布，人為降低支撐壓力區(qū)圍巖的承載能力，使支撐壓力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，以此來(lái)提高圍巖穩(wěn)定的一種方法。(8)軟巖工程力學(xué)支護(hù)理論軟巖工程力學(xué)支護(hù)理論是由合滿潮教授運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)和現(xiàn)代大變形力學(xué)相結(jié)合的方法，通過分析軟巖變形力學(xué)機(jī)制，提出了移轉(zhuǎn)化復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制為核心的一種新的軟巖巷道支護(hù)理論。它涵蓋了從軟巖定義、軟巖的基本屬性、軟巖的連續(xù)性概化，到軟巖變形力學(xué)機(jī)制的確定、軟巖支護(hù)荷載的確定和軟巖非線性大變形力學(xué)設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。煤炭開采隨著時(shí)間的推移，遇到的地層結(jié)構(gòu)不盡相同，而且有越來(lái)越復(fù)雜的趨勢(shì)，為了保障安全高效的生產(chǎn)，需要在巷道支護(hù)方面投入更大的科技研究。錨桿支護(hù)方式也愈來(lái)愈成熟，出現(xiàn)很多錨桿聯(lián)合支護(hù)方式。如：錨桿和噴射混凝土上各有突出的特點(diǎn)，且取長(zhǎng)補(bǔ)短配合合理，效果明顯，形成錨噴支護(hù)形式；還有如錨桿和各種金屬支架的聯(lián)合支護(hù)等。錨噴支護(hù)也容易和其它支護(hù)形式相結(jié)合，形成多種錨噴聯(lián)合支護(hù)形式。另外有多種支護(hù)組成的聯(lián)合支護(hù)可以是同時(shí)形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，也可以是先后形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)，即二次支護(hù)。大松動(dòng)圈不穩(wěn)定地層中巷道支護(hù)，一直是國(guó)內(nèi)外礦山工作者們研究的重點(diǎn)，隨著我國(guó)煤炭開采范圍的擴(kuò)大及開采深度的增加，不穩(wěn)定地層巷道支護(hù)更加困難，已嚴(yán)重影響礦井正常生產(chǎn)，使一些礦井長(zhǎng)期達(dá)不到設(shè)計(jì)能力，不能實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化，噸煤成本大幅度增加，事故頻繁發(fā)生；并使一些基建礦井投資猛增，投產(chǎn)工期延長(zhǎng)。錨桿支護(hù)在我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)很成熟的支護(hù)技術(shù)，錨桿支護(hù)主要靠錨桿支護(hù)成本越來(lái)越高，嚴(yán)重影響了煤礦安全、高效、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)原則。給巷道掘進(jìn)和支護(hù)帶來(lái)困難。錨桿支護(hù)的發(fā)展歷(1)第一代錨桿：普強(qiáng)全螺紋鋼錨桿，這種類型的錨桿在淺部地區(qū)效(2)第二代錨桿：普強(qiáng)滾絲錨桿，隨著礦井開采深度的不段增加，地質(zhì)條件變得越來(lái)越復(fù)雜，特別是在工作面受動(dòng)壓影響的順槽，第一代錨桿越來(lái)越不適應(yīng)巷道壓力和變形的要求。巷道變形大，維修量大，給放頂煤回采造成極大的困難，普強(qiáng)滾絲錨桿的引入增加了安裝應(yīng)力，解決了部分問題，然而由于支護(hù)強(qiáng)度底，在采深大，地壓大的條件下，支護(hù)效果仍然(3)第三代錨桿：高強(qiáng)滾絲錨桿，高強(qiáng)滾絲錨桿的引入改善了巷道的支護(hù)效果，巷道變形量明顯降低，然而，隨之所帶來(lái)的問題是錨桿在掘進(jìn)每根錨桿都必須用鋼絲固定在金屬網(wǎng)上。我國(guó)幾個(gè)典型的深井支護(hù)實(shí)踐表明，高強(qiáng)滾絲錨桿的問題仍然很多，很難在深井進(jìn)行全面推廣。(4)目前傳統(tǒng)支護(hù)體系已不適應(yīng)大地壓的要求。金屬支架成本高，且在大地壓下很難維持穩(wěn)定；而大直徑長(zhǎng)錨桿、錨索等支護(hù)方式即需要專用設(shè)備，有大量使用時(shí)造成支護(hù)成本增加。以內(nèi)注漿錨桿為核心的支護(hù)方式形成新的錨注體系應(yīng)運(yùn)而生，解決不穩(wěn)定巷道支護(hù)問題。錨桿支護(hù)的可靠性主要取決于錨桿支護(hù)參數(shù)，如錨桿的直徑、長(zhǎng)度、間排距、錨固力等，與圍巖穩(wěn)定狀況是否匹配，匹配則穩(wěn)定，不匹配則出現(xiàn)巷道變形、破壞、錨桿桁架結(jié)構(gòu)是以錨桿為主要支護(hù)，錨桿打入頂部圍巖時(shí)與圍巖形成一定的傾角，并拉緊螺栓將錨桿的外露部分連起來(lái)，并背上木楔。通過錨桿的預(yù)拉應(yīng)力，將視為疊合梁的各個(gè)薄巖層緊壓，組成一個(gè)受力桁架結(jié)構(gòu)，提高其自承能力，共同支撐頂部圍巖，保持圍巖的穩(wěn)定性。錨桿桁架以改變破碎圍巖或縱向裂隙發(fā)育的圍巖變動(dòng)受力狀態(tài)而使其保持穩(wěn)定。當(dāng)張拉筋的壓應(yīng)力N=0時(shí)，錨桿墊木塊不受力，破碎或裂隙巖石在重力G的作用下將下沉乃至斷裂冒落。當(dāng)張拉筋的壓應(yīng)力逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)錨桿受力C與墊木受力C將產(chǎn)生垂直分力T、T,和水平壓應(yīng)力P、P?。當(dāng)P、P?足夠大時(shí)，原破碎、開裂的巖石的原張拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力而形成巖梁拱。這個(gè)拱除可以保持拱本身的穩(wěn)定外，還可以承受拱上部圍巖的應(yīng)力。垂直分力T也有利于提高巖梁拱的支撐能力。錨桿桁架力圖(如圖3-3-1)。圖3-3-1錨桿桁架力圖由于拱部巖石變拉應(yīng)力為壓應(yīng)力從而減少了兩墻的受力使巷道進(jìn)一步保持穩(wěn)定。錨桿桁架的可靠性除桁架結(jié)構(gòu)參數(shù)外，主要取決于錨桿桁架預(yù)緊力大小。預(yù)緊力越大支護(hù)越可靠。兩墻的穩(wěn)定也是錨桿桁架支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)錨索支護(hù)通常與錨桿支護(hù)相結(jié)合，錨索的預(yù)應(yīng)力一般比較大，能夠錨入到深部，適合需要較大預(yù)應(yīng)力的不穩(wěn)定巷道支護(hù)，錨索一般比較長(zhǎng)適合在大斷面巷道采用。同時(shí)錨索的施工比較靈活，可以和其它加固措施相結(jié)合，不縮小巷道斷面，施工速度快，安全可靠，費(fèi)用低。井下常用的錨索有預(yù)應(yīng)力錨索和預(yù)應(yīng)力灌漿錨索。兩者的差別主要在于一個(gè)灌漿、一個(gè)不灌漿?，F(xiàn)在錨頭普遍用樹脂藥卷錨頭。目前井下常用錨索直徑有兩種，即15.24mm和17.8mm,長(zhǎng)度以6～10m為多。錨索體一般由高強(qiáng)鋼絞線組成，也有用高強(qiáng)熱軋螺紋鋼、鋼筋或高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩組成。通過對(duì)錨索的張拉來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力，錨索預(yù)應(yīng)力一般大于100KN,高者可達(dá)1000KN以上。錨索與錨桿相比，特別是灌漿錨索，錨固深度大，錨索強(qiáng)度高，因而除具有高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力外，錨固力也高，因此它往往用于大斷面地下工程或極不穩(wěn)定巷道。錨索一般與錨梁、大托盤配合使用，為提高其支護(hù)能力我們采用錨索和平面桁架收到良好效果。錨索可靠性的關(guān)鍵除錨索支護(hù)參數(shù)必須與圍巖的穩(wěn)定性匹配外，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索還必須有穩(wěn)定性良好的生根巖，對(duì)灌漿錨索必須保證灌漿質(zhì)量。錨注法就是在錨桿之間再打上注漿錨桿注漿，漿液一般是水泥漿液，特殊情況下也可注化學(xué)漿液。根據(jù)錨桿支護(hù)機(jī)理，它可以將成層巖石懸吊或形成組合梁，可將破碎巖石由于懸吊和楔固作用而形成組合拱，從而穩(wěn)定圍巖并支撐上部圍巖。但這樣形成的支撐結(jié)構(gòu)，由于巖層的離層破碎松散，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性都較低。通過在其縫隙中注漿，將這些松散的巖塊膠結(jié)成整體，其巖體的剛度、彈性模量均大幅度提高，可形成的三道組合拱即錨網(wǎng)噴拱、錨巖漿拱和漿巖拱。三拱共同協(xié)調(diào)加之原端錨錨桿由于注漿而形成的超長(zhǎng)錨固，將大幅度提高其錨固力和可靠性，從而更進(jìn)一步提高三組合拱的支撐能力。相似材料模擬試驗(yàn)表明，錨注支護(hù)結(jié)構(gòu)比不注漿支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐力將提高2～15倍，即與裂隙不發(fā)育圍巖錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)比可提高1～2倍，與破碎巖石中錨桿支護(hù)比其支撐能力可提高10~15倍。(錨注支護(hù)機(jī)理如圖3-3-2)5-錨桿作用形成的錨巖拱；6-錨網(wǎng)噴形成的組合拱料石支護(hù)有料石、荒料石和毛石；混凝土支護(hù)有混凝土塊、素混凝土和鋼筋混凝土。有些地區(qū)還采用大于MU15的磚支護(hù)。這些支護(hù)統(tǒng)稱為石料支護(hù)。他們都屬于剛性材料，在應(yīng)壓力工作。石料支護(hù)由于施工工序復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工速度慢，效率低等。一般在巖石巷道中很少采用。但對(duì)有化學(xué)腐蝕的含水性圍巖段或大面積淋水或局部涌水處理無(wú)效地段，可以采用這種支護(hù)。通常作為巖巷施工中臨石料支護(hù)施工時(shí)多數(shù)情況是巷道掘出后，先在工作面設(shè)臨時(shí)支架，再進(jìn)行永久支護(hù)。施工工學(xué)主要有：臨時(shí)支護(hù)、拆除臨時(shí)支護(hù)、立模板，砌新奧法是奧地利教授L.V.Labcewicz教授于1964年提出的“新奧地利道施工，重點(diǎn)在支護(hù)方面，特點(diǎn)是用錨噴作為第一次支護(hù)充分利用圍巖自二次支護(hù)后，仍繼續(xù)監(jiān)測(cè)圍巖動(dòng)態(tài)，和實(shí)踐始終緊密結(jié)合。二次支護(hù)的實(shí)新奧法認(rèn)為普通支護(hù)不易貼近圍巖，自身的剛度高而對(duì)軟巖巷道缺乏讓壓性，材料消耗大而支護(hù)效果差。采取噴射混凝土為第一次支護(hù)，認(rèn)為而是表現(xiàn)出一定的讓壓性，必要時(shí)第一次支護(hù)利用錨桿或少量鋼拱支架。第一次支護(hù)后，用儀器實(shí)測(cè)支護(hù)壓力、應(yīng)力、隧道表面位移及巖體內(nèi)部位移。根據(jù)實(shí)測(cè)資料及理論分析，合理選用和設(shè)計(jì)第二次支護(hù)的材料、結(jié)構(gòu)類型及規(guī)格尺寸。待隧道位移速度穩(wěn)定或者減緩至一定程度時(shí)，進(jìn)行第二次支護(hù)。二次支護(hù)應(yīng)體現(xiàn)出對(duì)殘余的巖體變形能的硬頂作用，保證最終設(shè)計(jì)斷面。新奧法還認(rèn)為不穩(wěn)定必牽動(dòng)整體不穩(wěn)，特別強(qiáng)調(diào)二次支護(hù)是封底的關(guān)鍵作用。同時(shí)，二次支護(hù)后必須繼續(xù)檢測(cè)支護(hù)壓力與巖體位移，必要時(shí)在進(jìn)行改造。新奧法的缺點(diǎn)主要有：(1)實(shí)施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術(shù)人員和量測(cè)人員都十分熟練，沒有這一點(diǎn)就易于發(fā)生錯(cuò)誤，作業(yè)質(zhì)量都與每一個(gè)人的仔細(xì)操作有關(guān)；(2)開挖暴露出的地質(zhì)會(huì)立即|考試大|改變其狀態(tài)，因此要求施工地質(zhì)人員要親臨現(xiàn)場(chǎng)，以便發(fā)現(xiàn)問題；(3)用能控制的施工量測(cè)，往往給施工帶來(lái)不便；(4)干噴射帶來(lái)的灰塵以及由于易|考試大|受化學(xué)藥品的損害必須加強(qiáng)防護(hù)，尤其是對(duì)眼睛的防護(hù)，濕噴雖然可以避免此缺點(diǎn)，但在同樣條件下，不如干噴那樣有效的支護(hù)巖體。巷道底臌問題一直以來(lái)都是影響地下工程安全穩(wěn)定性的主要因素之一，底臌不僅會(huì)增大頂板移近量，縮小巷道斷通行和通風(fēng)；嚴(yán)重時(shí)還必修停產(chǎn)起底維修，耗費(fèi)大量的人力物力；另外隨著地下工程深度的增加、巷道斷面的增大，低估問題愈來(lái)愈突出。所以研究巷道底臌的原因及防治措施，維護(hù)巷道的穩(wěn)定性，對(duì)于保護(hù)地下工程正(1)擠壓流動(dòng)性底臌。巷道由于掘進(jìn)和采動(dòng)引起的作用在頂板和兩幫的高應(yīng)力壓力向底板傳遞，底板巖體由于受到傳遞來(lái)的高應(yīng)力壓力作用而發(fā)生彎曲、褶皺、離層等流變，底板巖體沿著滑移面被擠入巷道內(nèi)，隨著(2)遇水膨脹性底臌。底板巖層由于含有大量的膨脹性粘土礦物如蒙脫石、高嶺石、伊利石等，這些粘土礦物由于吸水而發(fā)生巖體膨脹性增大(3)剪切錯(cuò)動(dòng)性底臌。當(dāng)巷道底板為完整巖層且厚度大于1/3巷道寬度是，在較高巖層應(yīng)力作用下底板通常發(fā)生剪切(4)撓曲褶皺性底臌。當(dāng)?shù)装鍘r層為層狀巖體時(shí)，在平行與層里方向的應(yīng)力作用下，底板巖體向巷道內(nèi)產(chǎn)生撓曲褶皺而失穩(wěn)突起。(力學(xué)模型如圖3-4-2)(1)底板巖性底板巖層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、軟弱程度以及軟弱巖層的厚度直接決定巷道底板發(fā)生底臌的大小及底臌的形態(tài)。當(dāng)?shù)装逦挥趫?jiān)硬的沙巖或者灰?guī)r中時(shí)，一般處于穩(wěn)定狀態(tài)，通常不會(huì)發(fā)生底臌；而當(dāng)?shù)装逦挥谲泿r的泥巖、頁(yè)巖或斷層破碎帶中時(shí)，由于巖體強(qiáng)度低、吸水率高、裂隙發(fā)育，其自身穩(wěn)定性和承載能力差，在地應(yīng)力作用下極易發(fā)生底板失穩(wěn)破壞。(2)巖層應(yīng)力地下工程的開挖破壞了原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起了圍巖的應(yīng)力重新分布，巷道圍巖所受應(yīng)力狀態(tài)則是影響底板起臌的決定性因素。巖層應(yīng)力達(dá)到一定條件時(shí)，底板巖層由于不能承受過大的應(yīng)力作用而破壞底臌。一般而言，巷道越深，巖層應(yīng)力越大，底臌越嚴(yán)重；巷道圍巖所承受的垂直應(yīng)力都可以引起底臌，通常水平地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力引起的底臌大于垂直應(yīng)力所引起的底臌。(3)水理作用底板含水會(huì)減小巖層節(jié)理與裂隙兼的摩擦力，形成巖層滑移面，致使致密巖層分成薄層，巖體結(jié)構(gòu)變松散，巖體強(qiáng)度減弱，在地層應(yīng)力作用下，底板一發(fā)生底臌。巖體一般都具有一定的吸水率，長(zhǎng)期接觸水后會(huì)加速巖石的軟化程度，降低巖層的強(qiáng)度。巷道底板為含有蒙脫石、高嶺石、伊利石等膨脹性礦物時(shí)，由于浸水而會(huì)發(fā)生巖層泥化、崩解、破裂現(xiàn)象，降低巖體強(qiáng)度，最終導(dǎo)致底板巖層的碎漲和膨脹性破壞。(4)巷道斷面形狀地下工程開挖中為有效利用空間，巷道斷面通常采用梯形或直墻拱形等形狀，由于底板不能形成穩(wěn)定的拱形結(jié)構(gòu)使得底臌量加大，據(jù)研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同條件下，直墻半圓拱巷道的底臌量比圓形巷道的底臌量底臌是軟巖巷道普遍存在且較難處理的一個(gè)問題，在施工過程中，除對(duì)圍巖裂隙發(fā)育情況、構(gòu)造影響程度等，進(jìn)行觀測(cè)分析外，更應(yīng)對(duì)圍巖的物理力學(xué)特性及礦物成分進(jìn)行檢測(cè)分析，并根據(jù)施工過程對(duì)底臌監(jiān)控，即(1)底板錨桿：采用錨桿加固底板應(yīng)考慮的主要因素包括底板的巖性和強(qiáng)度，底板中滑動(dòng)層的數(shù)量，底板巖石的水解性、完整性等，用錨桿加固底板的條件是底板巖層主要為砂巖、砂頁(yè)巖、粘土頁(yè)巖等，且分層厚度大于20cm,無(wú)很多滑動(dòng)層理，底板巖石的整體性好，無(wú)原始破壞，通過錨(2)錨注法加固：在錨桿加固的基礎(chǔ)上，另打注漿錨桿，通過向底板巖層注漿，使?jié){液滲入破碎巖層裂隙，將破碎巖石膠結(jié)成整體，從而進(jìn)一步提高底板巖石強(qiáng)度和承載能力，同時(shí)由于對(duì)巖石縫隙的封堵，從而減小(3)底板反底拱和底板梁：利用料石或現(xiàn)澆砼做反底拱，能有效地防治一般底臌現(xiàn)象，利用底板梁或底板錨梁也能有效地控制底板，這些技術(shù)一方面可以開槽、鉆孔或爆破形成空間讓壓，同時(shí)也將巷道邊緣處的高應(yīng)幫上的高應(yīng)力傳至巖層深部，從而減小底板巖層上的應(yīng)力集中，可達(dá)到減(6)綜合防治法：從防治入手，因?yàn)樗窃斐傻纂闹匾蛩刂?，故有水的巷道多采用錨注法、反底拱法、錨梁法等相結(jié)合進(jìn)行綜合防治。對(duì)因膨脹嚴(yán)重造成的底臌，可采用讓、抗、防等支護(hù)結(jié)構(gòu)防治底臌。4硐室巷道支護(hù)與加固技術(shù)4.1支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則與依據(jù)(1)科學(xué)有效支護(hù)設(shè)計(jì)包括材料、結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)選擇、實(shí)施工藝均應(yīng)符合本礦地質(zhì)條件、環(huán)境、技術(shù)裝備、管理和施工技術(shù)水平等客觀規(guī)律，盡量做到支護(hù)后變形不影響使用，不造成破壞或返修。其方法可以是一次支護(hù)，也可以分兩步或三步實(shí)施卸壓加固，總之，要在礦井移交前巷道和硐室合格符合驗(yàn)收要求，使巷道穩(wěn)定性好。(2)經(jīng)濟(jì)安全造價(jià)是衡量工程項(xiàng)目成功與否的重要指標(biāo)，造價(jià)的高低要綜合核算，其性價(jià)比要符合價(jià)值工程要求，即V=F/C有些工程一次支護(hù)成本雖然高一些，但不需要返修，不但節(jié)約反復(fù)費(fèi)用，降低維修費(fèi)用，而且不影響生產(chǎn)，保障施工和使用安全。(3)實(shí)施方便預(yù)案技術(shù)盡可能利于規(guī)范實(shí)施，利于常用的設(shè)備、機(jī)具和技術(shù)條件即可有效實(shí)施，即使技術(shù)水平不很熟練也便于很快掌握，以保證其質(zhì)量要求。深井巷道所處的地質(zhì)環(huán)境比淺部復(fù)雜的多，為保證巷道的穩(wěn)定應(yīng)從三個(gè)層面進(jìn)行分析研究，采取合理的措施，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。(1)礦區(qū)穩(wěn)定：對(duì)礦井開采范圍內(nèi)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及應(yīng)力場(chǎng)研究；即要做大量的地質(zhì)勘探、應(yīng)力測(cè)量、地質(zhì)構(gòu)造及巖樣試驗(yàn)等工作量較大的研(2)采區(qū)穩(wěn)定：對(duì)礦井采區(qū)內(nèi)采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的三維應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)查研究與(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：對(duì)巷道或硐室工程圍巖性質(zhì)和工程特點(diǎn)研究支護(hù)結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)。這一項(xiàng)是多數(shù)深井支護(hù)研究的重點(diǎn)，因?yàn)榍皟深惞ぷ鞣兜母櫻芯?，而且受礦井開采過程中動(dòng)壓影響，很難用某種參量指標(biāo)來(lái)控(1)深度與地應(yīng)力研究地應(yīng)力首先通過煤層底板等高線對(duì)總體地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分析，初步評(píng)估地應(yīng)力大小、范圍、方向、對(duì)巷道穩(wěn)定的影響程度，然后根據(jù)實(shí)測(cè)對(duì)(2)圍巖的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)狀況圍巖性質(zhì)包括物力力學(xué)指標(biāo)、物相指標(biāo)、水與瓦斯的影響，以及圍巖致密程度、節(jié)理、裂隙發(fā)育狀態(tài)，自然破碎塊段、透水性、相互膠結(jié)狀態(tài)等，這些指標(biāo)直接影響支護(hù)強(qiáng)度、錨固深度、結(jié)構(gòu)形式等支護(hù)參數(shù)。(3)巷道斷面與服務(wù)年限巷道斷面大小直接影響開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)，斷面小利于穩(wěn)定，所以在滿足生產(chǎn)需要的前提下，力求斷面小，而且其性狀設(shè)計(jì)要接近于圓形、拱形等曲線狀態(tài)。巷道服務(wù)年限是選擇支護(hù)材料和結(jié)構(gòu)形式的重要依據(jù)，一般超過10年的工程要考慮其耐久性，一旦變形后的可修復(fù)性；如服務(wù)年限較短的工程，在滿足使用條件下允許一定變形，而且在力學(xué)技術(shù)模型上也有區(qū)別。(4)支護(hù)形式與參數(shù)優(yōu)化最好的支護(hù)形式和參數(shù)是適應(yīng)工程地質(zhì)條件及環(huán)境的形式，不是材料價(jià)格高、用量多或強(qiáng)度大最好，而是方案設(shè)計(jì)與客觀條件匹配程度。支護(hù)參數(shù)主要是指錨桿或錨索的參數(shù)設(shè)計(jì)，這些參數(shù)包括直徑、長(zhǎng)度及間排距，他們的確定取決于圍巖性狀、地應(yīng)力大小及方向、礦物成分和巖層賦存環(huán)境，其中圍巖性質(zhì)及地應(yīng)力大小是首要因素。因?yàn)橄锏兰绊鲜沂情_挖在地下巖層中，其周圍可看作是無(wú)限大的圍墻和巖梁，當(dāng)它們的力學(xué)性質(zhì)較好并能承受住支承壓力作用時(shí)，則巷道及硐室完全不用支護(hù)而處于穩(wěn)定狀態(tài)，但現(xiàn)實(shí)情況并非如此，因巖層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其間存在著大量及節(jié)理及間隙，從而削弱了圍巖的整體性和完整性，其力學(xué)性能會(huì)大大折扣，為此，按照現(xiàn)代支護(hù)理論，在圍巖內(nèi)部安裝錨桿或錨索，致使圍巖整體性得到增強(qiáng)，兩者共同承擔(dān)外部壓力，至于圍巖及錨桿或錨索各自承擔(dān)多大的外部壓力，目前仍處于研究階段，這就給錨桿或錨索的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的難度。所以，鑒于目前的研究水平，支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)要依據(jù)理論計(jì)算、巖層結(jié)構(gòu)分析、工程類比、數(shù)值模擬及《錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》,五者中取最大值，并再結(jié)合工藝及機(jī)械化水平進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最后作為錨桿或錨索的參數(shù)設(shè)計(jì)。(1)錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)包括錨桿直徑、長(zhǎng)度及間排距。根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)，下面結(jié)論給出分析過程。1)錨桿長(zhǎng)度①錨桿理論計(jì)算長(zhǎng)度錨桿理論計(jì)算長(zhǎng)度主要依據(jù)圍巖松動(dòng)圈理論確定的，其錨桿長(zhǎng)度計(jì)算公式為L(zhǎng)?—錨桿外露長(zhǎng)度一般取0.1m;L?—錨桿伸入到穩(wěn)定巖層的長(zhǎng)度，取L?=1/3L?;L?—圍巖塑形區(qū)厚度，m,即γ—巷道上覆巖層的加權(quán)平均容重，kPa;由上式4.2可知，圍巖塑形厚度與圍巖內(nèi)聚力c、內(nèi)磨擦角φ、原巖應(yīng)力γH及巷道或硐室等效半徑r有關(guān)，只要確定出圍巖的力學(xué)性質(zhì)及原巖應(yīng)力即可合理的計(jì)算出塑形區(qū)厚度，然后有公式4.1確定錨桿長(zhǎng)度。②根據(jù)巖層結(jié)構(gòu)確定錨桿長(zhǎng)度按照現(xiàn)代支護(hù)理論，錨桿加固圍巖主要起到懸吊及組合作用，當(dāng)按懸吊結(jié)構(gòu)確定錨桿長(zhǎng)度時(shí)，則錨桿應(yīng)伸入到較穩(wěn)定且強(qiáng)度較高的巖層內(nèi)，七伸入長(zhǎng)度應(yīng)大于懸吊巖層厚度的1/3,以便形成生根點(diǎn)；按照組合拱結(jié)構(gòu)確定錨桿長(zhǎng)度時(shí)，七錨桿長(zhǎng)度應(yīng)等于冒落拱高度。根據(jù)以上兩種觀點(diǎn)，則錨桿長(zhǎng)度為：按懸吊結(jié)構(gòu)確定錨桿長(zhǎng)度：L?—錨桿外露長(zhǎng)度一般取0.1m;按冒落拱結(jié)構(gòu)確定錨桿長(zhǎng)度：L?—錨桿外露長(zhǎng)度一般取0.1m;③按工程類比確定錨桿長(zhǎng)度工程類比是確定錨桿長(zhǎng)度的有效方法，其類比項(xiàng)目應(yīng)包括埋深、圍巖結(jié)構(gòu)、圍巖力學(xué)參數(shù)、上覆巖層結(jié)構(gòu)及臨近采掘狀況等因素，當(dāng)這些因素與類比工程基本相同或相近時(shí)，原則上可將該類比工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)及支護(hù)參數(shù)搬來(lái)應(yīng)用。但是，若不加分析的套用，可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一是支護(hù)強(qiáng)度不足，圍巖得不到有效控制；二是支護(hù)強(qiáng)度過大，造成支護(hù)成本過高。所以，工程類比必須在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，有選擇的應(yīng)用。④按規(guī)范要求確定錨桿長(zhǎng)度國(guó)家2001年《錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，錨桿長(zhǎng)度可根據(jù)巷道或硐室跨度及圍巖級(jí)別來(lái)確定，至此可作為一種設(shè)計(jì)參考。以上四種方法，可分別確定錨桿的長(zhǎng)度，然后從中選擇最大的值作為2)間排距及直徑的確定①錨桿的間排距由受力角度分析，錨桿應(yīng)處于所控圍巖的中間位置其受力狀態(tài)最好，且支護(hù)功能能得到有效發(fā)揮。所以，錨桿的間距及排距將采用相等的方式布置，至此，其計(jì)算公式為：②錨桿直徑可根據(jù)錨桿材料的抗拉強(qiáng)度σ,以及錨固力Q來(lái)確定，其計(jì)算公式為9—錨桿的最終錨固力，一般取預(yù)緊力的2倍，即2Q,KN;(2)錨索參數(shù)設(shè)計(jì)錨索與錨桿都是安裝在圍巖內(nèi)部其主動(dòng)支護(hù)作用的結(jié)構(gòu)，兩者的功能都是一樣的，但它們所發(fā)揮的作用卻存在著較大的差別；其中錨桿主要是將周圍的圍巖錨固起來(lái)，形成一個(gè)穩(wěn)定的加固圈，以防圍巖松動(dòng)或塌落，而錨索主要是將圍巖部分壓力傳遞到較遠(yuǎn)的穩(wěn)定巖層上，再由穩(wěn)定巖層向遠(yuǎn)場(chǎng)傳遞，從而減輕錨桿荷載及圍巖壓力，以確保巷道或硐室處于長(zhǎng)期穩(wěn)1)錨索長(zhǎng)度鑒于上述錨索的機(jī)理，錨索設(shè)計(jì)應(yīng)具備一定的長(zhǎng)度，既不能太長(zhǎng)，也不能太短，太長(zhǎng)會(huì)造成本提高，太短其功能類似于錨桿，所以錨索長(zhǎng)度的確定可根據(jù)圍巖結(jié)構(gòu)以及工程類比來(lái)確定，而計(jì)算目前還缺乏依據(jù)。2)錨索間排距錨索主要作用在一些巷道或不穩(wěn)定地層中，其功能是在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上起到重要的補(bǔ)強(qiáng)作用。但為了降低支護(hù)成本，錨索并非全斷面布置，而是經(jīng)過力學(xué)分析，將其布置在應(yīng)力集中程度最大的，或者圍巖最薄弱的地段，以防止圍巖局部破壞造成整體失穩(wěn)。關(guān)于錨索間排距并沒有理論方面的明確規(guī)定，通常只是根據(jù)工程類比及圍巖性狀來(lái)確定。但為了施工及管理方便，錨索間排距一般采用等距排列布置，即每隔兩根錨桿布置一根錨索，致使重要部分由四根錨桿支撐的圍巖塊體，靠中間的一根錨索將塊體部分壓力或荷載向遠(yuǎn)場(chǎng)傳遞，從而減輕重要部位的支撐壓力，防止圍巖局部發(fā)生破壞。3)錨索直徑錨索一般采用低松馳預(yù)應(yīng)力絞線制作，現(xiàn)場(chǎng)常用15.24mm和17.78mm的兩種直徑規(guī)格，其長(zhǎng)度可根據(jù)設(shè)計(jì)要求截?。淮送?，錨索還有注漿錨索，其直徑可達(dá)到31～35mm。注漿錨索是當(dāng)錨索端部沒有良好的生根巖層或圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)采用的，目的是在錨索實(shí)施端錨的基礎(chǔ)上，通過注漿使錨索與圍巖形成全長(zhǎng)粘結(jié)，以發(fā)揮錨索的支護(hù)功能，避免因端部粘結(jié)失效而造成錨索形同虛設(shè)。關(guān)于錨索直徑可采用15.24mm,破斷力可達(dá)到270kN,其支護(hù)強(qiáng)度完全滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)須進(jìn)行驗(yàn)算，若將錨索改成注漿錨索，需現(xiàn)場(chǎng)加工，其質(zhì)量及加工工藝存在不確定性，且與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也難以形成良好匹配，從而影響施工質(zhì)量及施工效率。所以，根據(jù)巷道圍巖性狀及結(jié)構(gòu)，錨索可有兩種規(guī)格選擇，一種是直徑為15.24mm的端錨式錨索，另一種是直徑為31mm的清大道爾注漿錨索；此兩種形式的錨索都屬于最低規(guī)格，其自身強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，在具體選用時(shí)，無(wú)須進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算。(3)鋼筋網(wǎng)的選擇噴層內(nèi)配置鋼筋其目的是為了增加噴層的抗彎、抗剪強(qiáng)度，提高錨桿之間的承載能力。使用φ6～8mm的圓鋼筋，網(wǎng)格大小為150mm×150mm。4.2副井馬頭門支護(hù)預(yù)案技術(shù)設(shè)計(jì)凈寬6.5m,最高處凈高8.0m,掘進(jìn)寬度7.14m,掘進(jìn)高度8.97m,錨、網(wǎng)、噴一次支護(hù)，現(xiàn)澆550mm厚的C40混凝土為永久支護(hù)。柱狀層厚深度巖性名稱 -一-粉砂巖細(xì)砂巖泥巖粉砂巖泥巖細(xì)砂巖泥巖粉砂巖細(xì)砂巖粉砂巖細(xì)砂巖泥巖粉砂巖泥巖根據(jù)檢查孔資料，馬頭門井底車場(chǎng)標(biāo)高-808.0m,馬頭門頂板巖層為細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖，巷道基本處于細(xì)砂巖和粉砂巖中，馬頭門底板為泥巖，再往下為粉砂巖和泥巖，巖石柱狀如圖5-2-1,由于缺乏頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)特征指標(biāo)及巖石的礦物成分，因此，有必要按可能出現(xiàn)的地質(zhì)狀況按檢查孔資料，馬頭門上方有約20.0m厚的泥巖，下方有約13.0m厚的泥巖，即使這些泥巖不會(huì)有強(qiáng)膨脹粘土礦物，在淋水的影響下，泥巖將軟化、泥化、流變，從而對(duì)馬頭門穩(wěn)定造成威脅。大量的實(shí)踐證明：錨注法支護(hù)結(jié)構(gòu)只需參數(shù)合適，完全可以確保在不穩(wěn)定巖層內(nèi)工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。馬頭門進(jìn)車側(cè)約29.0m,出車側(cè)約26.0m,采用錨注支護(hù)結(jié)構(gòu)為一次支護(hù)，第二次支護(hù)為現(xiàn)澆C50砼。圖4-2-2管子道口井壁預(yù)案支護(hù)結(jié)構(gòu)布置同井筒；3-金屬網(wǎng)，結(jié)構(gòu)及布置同井筒；4-井壁，C50、P?0現(xiàn)澆砼。錨注支護(hù)：錨桿采用高強(qiáng)超長(zhǎng)錨桿，選用HRB400左旋螺紋鋼錨桿，φ22,L=3000,間排距約800×800,鉆孔直徑φ28~φ32,樹脂藥卷CK25500錨固，錨固長(zhǎng)>500,初錨力(預(yù)應(yīng)力)≥50KN,終錨力≥100KN,托盤選用δ=12、200×200碟形托盤。金屬網(wǎng)由φ6螺紋鋼制作，網(wǎng)孔200×200,1-高強(qiáng)超長(zhǎng)錨桿，采用HRB400左旋螺紋鋼制作，φ22,L=3000,樹脂藥卷CK25500錨固，錨固長(zhǎng)>1000mm,初錨力>50KN,終錨力>150KN,間排距約800×800,托盤扁鋼δ=10,規(guī)格200×200,金屬網(wǎng)φ6螺紋鋼制作，網(wǎng)孔150×150;與高強(qiáng)錨桿每間隔2排交叉梅花形布置，托盤扁鋼δ=8,規(guī)格150×150,3-馬頭門永久支護(hù)，規(guī)格C60,防水等級(jí)P?o。馬頭門處于極不穩(wěn)定圍巖的判別標(biāo)準(zhǔn)是：馬頭門處于構(gòu)造破碎帶或構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)；馬頭門圍巖礦物成分中蒙脫石含量超過20%,或鈉蒙脫含量超過10%且有淋水時(shí)；蒙脫石含量不高，但伊利石和高嶺石含量高，一般大于50%且裂隙發(fā)育又有淋水時(shí)；馬頭門處于上述圍巖時(shí)應(yīng)按極不穩(wěn)定圍巖設(shè)計(jì)馬頭門支護(hù)預(yù)案。(1)馬頭門井筒段支護(hù)預(yù)案井筒施工至馬頭門處時(shí)，預(yù)留馬頭門口，錨噴臨時(shí)支護(hù)，兩側(cè)改為錨、梁、網(wǎng)、噴、錨注為第一次支護(hù)，其支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖4-2-4;第二次支護(hù)澆灌C60砼，與井筒施工或馬頭門施工同時(shí)進(jìn)行，由施工單位自行安排，以與井筒井壁同時(shí)澆灌為好。(2)馬頭門支護(hù)預(yù)案設(shè)計(jì)極不穩(wěn)定圍巖中，為確保馬頭門支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，以錨注支護(hù)為核心，以高強(qiáng)超長(zhǎng)錨桿支護(hù)為基礎(chǔ)，必要時(shí)輔以剛性支架、錨索或錨索桁架，柔剛結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)體系。根據(jù)初步掌控的地質(zhì)資料，郭屯煤礦副井馬頭門段應(yīng)為不穩(wěn)定圍巖，但由于馬頭門上下泥巖目前尚無(wú)礦物成分資料，從最困難情況預(yù)測(cè)，如果兩層泥巖，特別是頂板泥巖中蒙脫石含量較高，或遇水軟化、泥化、流變，則應(yīng)有應(yīng)對(duì)極不穩(wěn)定圍巖狀況下馬頭門的支護(hù)預(yù)案。2-曲梁為井圈結(jié)構(gòu)的一部分，14b槽當(dāng)確定馬頭門處于極不穩(wěn)定圍巖中時(shí)，馬頭門進(jìn)車側(cè)約10m,出東側(cè)約6m,其支護(hù)預(yù)案為錨、網(wǎng)、架、噴第一次支護(hù)，錨注為第二次支護(hù)，澆灌C60砼為永久支護(hù)，澆灌砼時(shí)應(yīng)預(yù)留注漿頭門的其余工程，即變斷面部分，除不設(shè)金屬支架外，其它設(shè)計(jì)同馬頭門進(jìn)出車側(cè)部分。其支護(hù)結(jié)構(gòu)及參數(shù)如4-2-5,4-2-6。好，但含膨脹性粘土礦物量超過20%,采用本方案。L=3000,間排距約800×800;7-高強(qiáng)等強(qiáng)錨桿托盤，δ=12,200×200碟形托盤；8-注漿錨桿Q235,φ25鋼管(M24),L=2000,間距基本為1600,錨桿布置如圖4-2-5,間排距為1600,注漿錨桿結(jié)構(gòu)如圖4-2-2;9-注漿錨桿托盤，扁鋼δ=8,150×150;10-U25型鋼支架，如圖4-2-5;11-金屬支架3)錨注法注漿材料及相關(guān)參數(shù)同不穩(wěn)定圍巖方案；4)馬頭門及連接部分不采用封閉型金屬支架，按不穩(wěn)定圍巖馬頭門段4-2-6U25型鋼支架及安裝結(jié)構(gòu)1-支架底梁，11#礦用工字鋼；2-底梁限位角鐵：10*等邊角鐵，L=70L=1600,每組2根；5-支架安裝卡纜；6-U25型鋼支架裝配更接板；7-U254.3副井井筒基巖段支護(hù)預(yù)案技術(shù)設(shè)計(jì)副井井筒井口標(biāo)高+45.0m,井底車場(chǎng)標(biāo)高-808.0m,馬頭門位于地表下約853.0m,井筒凈直徑φ5.0m,表土厚578.0m,凍結(jié)深度702.0m,基巖段采用450mm厚的C40素混凝土井壁結(jié)構(gòu)。馬頭門凈寬6.5m,最高處凈高8.0m,掘進(jìn)寬度7.14m,掘進(jìn)高度8.97m,錨、網(wǎng)、噴一次支護(hù)，現(xiàn)澆550mm厚的C40混凝土為永久支護(hù)?？紤]到馬頭門上方井壁無(wú)壁座，而且主要巖層為泥巖，為減輕上覆巖層壓力，提高井筒井壁圍巖的穩(wěn)定性，決定采用錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，來(lái)減輕上覆巖層壓力和井壁負(fù)摩擦力，并將部分壓力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，擬定在管子到上方6～9m處設(shè)置兩組斜拉錨索，每組8根，兩排錨索間距3.0m,呈交叉三星布置，該段井筒第一次支護(hù)為錨、梁、網(wǎng)、錨索支護(hù)，第二次支護(hù)為現(xiàn)澆C50砼，二次支護(hù)共同形成永久支護(hù)，其支護(hù)結(jié)構(gòu)布置與支護(hù)參數(shù)參見圖4-3-1,圖4-3-2。鑒于井筒現(xiàn)已施工至管子道上方，其錨索位置做適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后的結(jié)構(gòu)布置詳見修改圖。圖4-3-1馬頭門及其相鄰井筒處于不穩(wěn)定巖層中支護(hù)圖(修改圖)(1)井筒段1-預(yù)應(yīng)力灌漿錨索，φ17.28,L=8000,共布置兩排，每排8根均布，交叉三星布置，推薦用濟(jì)寧捷馬公司ITMS6-Ⅱ防腐型灌漿錨索，最大承載力360KN。張拉預(yù)應(yīng)力>200KN,灌漿用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，W/C=0.4～0.5,添加1.5～2.5%UNF-4型復(fù)合早強(qiáng)高效減水劑；2-錨、井圈、網(wǎng)支護(hù)。錨桿采用HRB400左旋高強(qiáng)等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，φ22,L=2500,樹脂藥卷CK25500錨固，錨固長(zhǎng)>500mm,初錨力>50KN,終錨力>100KN,錨桿加工如圖4-3-4,間排距約800×800;3-井圈。選用14#槽鋼制作，如圖4-3-3,與高強(qiáng)錨桿配套，托盤與高強(qiáng)錨桿井圈配套，施工單位配制，金屬網(wǎng)，φ6螺紋鋼，網(wǎng)孔150×150;4-井壁，現(xiàn)澆C50防水砼，防水等級(jí)P?s-P2o;5-井圈在不穩(wěn)定巖層共四圈，布置如圖4-3-1,極不穩(wěn)定巖層井圈與高(2)馬頭門段1-高強(qiáng)超長(zhǎng)錨桿，采用HRB400左旋螺紋鋼制作，φ22,L=3000,樹脂藥卷CK25500錨固，錨固長(zhǎng)>1000mm,初錨力>50KN,終錨力>150KN,間排距約800×800,錨桿加工如圖4-3-4a,布置如圖4-3-1、圖4-2-3;2-錨桿托盤，δ=10,200×200碟形托盤，扁鋼制作；3-金屬網(wǎng)：φ6螺紋鋼制作，網(wǎng)孔150×150;4-噴射砼，標(biāo)號(hào)C15,噴厚50～70mm;5-注漿錨桿，與高強(qiáng)錨桿每間隔2排交叉梅花形布置，如圖4-3-1、圖4-2-3;6-注漿錨桿托盤，扁鋼δ=8,規(guī)格150×150,自制；7-馬頭門現(xiàn)澆砼，規(guī)格C60,防水等級(jí)P?oo4.3.3馬頭門下方井筒井壁支護(hù)預(yù)案馬頭門下方井筒井壁支護(hù)預(yù)案范圍自搖臺(tái)基礎(chǔ)開始至穿過泥巖，進(jìn)入粉砂巖≥2m處，約在搖頭基礎(chǔ)以下8～10m,第一次支護(hù)為錨、井圈、網(wǎng)，第二次支護(hù)為現(xiàn)澆C50砼，支護(hù)結(jié)構(gòu)布置如圖4-3-2。不穩(wěn)定巖層中井圈間距2400,共四圈，極不穩(wěn)定巖層中井圈間距800,與高強(qiáng)錨桿配套。圖4-3-2不穩(wěn)定巖層中馬頭門相鄰井筒支護(hù)預(yù)案1-14b號(hào)槽鋼井圈，結(jié)構(gòu)如圖4-3-3,布置如圖4-3-1;2-高強(qiáng)螺紋鋼錨A點(diǎn)大樣B點(diǎn)大樣固，每段錨梁2根；2-井圈，14b號(hào)槽鋼；3-井圈接頭，如圖A點(diǎn)大樣；4-張緊錨桿托盤，12#扁鋼，δ=10,a×b=120×120;5-14,槽鋼圈；6-12*2)井圈脫空段尺寸，據(jù)脫空硐口大小施工單位現(xiàn)場(chǎng)確定；3)井圈位置施工單位可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整；4)在井圈上按錨桿相應(yīng)位置鉆孔；5)不穩(wěn)定巖層中井圈布置如圖4-3-1,極不穩(wěn)定圍巖井圈間距為800,膨脹性粘土段其預(yù)案支護(hù)結(jié)構(gòu)除上述支護(hù)結(jié)構(gòu)外，應(yīng)在其基礎(chǔ)上增加根均布，排距1600,與高強(qiáng)錨桿交叉梅花形布置，注漿錨桿結(jié)構(gòu)如4-3-4b。注漿漿液一般情況下選用水泥漿液加外加劑，強(qiáng)膨脹、強(qiáng)流變巖石且有淋水時(shí)可采用聚氨脂類漿液，這可在巖石揭露以后專門設(shè)計(jì)。型型(a)材料：HRB400左旋螺紋郭屯礦井-880m水平井底車場(chǎng)硐室埋深在853～858m左右，屬于深部高壓力礦井。根據(jù)同水平相鄰礦井地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，水平應(yīng)力達(dá)36.8~46.1MPa,垂直應(yīng)力在21.4～24.0MPa內(nèi)。水平應(yīng)力平均大于垂直應(yīng)力的1.8倍左右。通過對(duì)該地層四種巖石物相分析，巖層中含有多水高嶺石分別為24.5%、24.7%、46.3%和47.5%,這種礦物成分遇水有較大的膨脹性。由于該地層水平應(yīng)力大且含有膨脹性礦物，支護(hù)中防止底臌是重點(diǎn)。另外，根據(jù)已揭露的巖層結(jié)構(gòu)分析，井底車場(chǎng)巷道與硐室所處的巖層多為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖或交互層，而且節(jié)理、裂隙發(fā)育，水滲透性強(qiáng)，所以施工中防治水應(yīng)引起高度重視。根據(jù)馬頭門巷道礦壓觀測(cè)情況分析，水平位移為主，開挖一個(gè)月后變形量逐漸減小，所以在選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要使側(cè)壓力轉(zhuǎn)移，統(tǒng)一考慮頂、幫、底變形及相互影響。4.4.2主變電所支護(hù)參數(shù)圖4-4-1主變電所支護(hù)結(jié)構(gòu)2-高強(qiáng)讓壓錨桿，直徑22mm,長(zhǎng)2200mm,間排距800×800mm,均3-錨索，直徑17.78mm,長(zhǎng)6.3m,間排距1.6×1.6m;4-砼，C40,噴射厚度300mm;5-底板注漿錨桿，直徑25mm,長(zhǎng)1.4m,間排距1.6×1.6m;(1)A-A(B-B、D-D、F-F)斷面如圖4-4-1以上幾個(gè)斷面部位，凈寬4600mm,直墻高1400mm,拱高2300mm,凈高3700mm,凈斷面積14.8m2。1)第一次支護(hù)(臨時(shí)支護(hù)):錨噴網(wǎng)索及