基于松动圈支护理论的巷道支护技术研究.ppt

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1、 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 F 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 从各条曲线之间的相互关系能够可以看出什么呢？从各条曲线之间的相互关系能够可以看出什么呢？拱型巷道破坏现象拱型巷道破坏现象 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 受力与接触介质的荷载影响程度。图中“轴向应力应变曲线”是一条常见的岩石特性曲线，随着轴向应力不断增加达

2、到峰值应力后，岩石内徽裂隙连通，丧失承载能力；在这个过程中岩石的“轴向应变体积应变”曲线也随着变化，其特点是岩石在峰值应力之前，即通常认为的弹性阶段，岩石体积应变呈负增长并且其量较小，当试块应力达到峰值后，体积应变呈较大斜率增长，也就是说当围岩破裂后形成松动圈的时候岩石将产生明显的体积增大(碎胀)。再看图中的“轴向应变剪胀力”曲线在峰值前剪胀力也同样在零坐标处变动，而峰值后则碎胀力迅速增长。这就是我们对大理岩、砂岩、泥岩以及煤试件试验的共同特点，即岩石只有在峰值应力后才有明显的体积增长，才会与周围的介质争夺空间。例如，泥岩在试验条件下，将以210 kNm2的膨胀力向外扩展。能够得到怎样的围岩松

3、动圈支护理论认为呢？建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 围岩松动圈支护理论认为，开巷后围岩松动圈形成过程中的碎胀(剪胀)力是支护的最大荷载，它的主要内容有以下几点：1)当围岩应力超过围岩强度时，围岩将产生弧形破裂带，称为围岩松动圈，其形状有圆形、椭圆形和异形(不均质围岩)三种。(2)围岩松动圈的形成有时间性，现场实测围岩在有控制的条件下，当L 150cm时，需13个月左右。如果发生片帮冒顶或卧底，它将以新的裸露面为零开始发展。（3）围岩松动圈支护理论认为。支护的最大荷载是围岩松动圈形成过程中的碎胀力。松动圈为零时是围岩可以自稳的条件。建筑工程学院建筑工程学

4、院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 3基于松动圈理论的围岩分类基于松动圈理论的围岩分类 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 分类方法分类方法 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 理论依据理论依据理论依据 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 分类方法分类方法1985年年 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 此表相关说明 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建

5、筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 二、围岩松动圈基本观点 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 理论分析理论分析 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 物理模拟物理模拟 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 现场实测现场实测 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 2.松动圈的性质松动圈的性质（1）松动圈的形状）松动圈的形状(最大水平主应力理论最大水平主应力理论)建筑工程学院建筑

6、工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （2）松动圈发展的时间性）松动圈发展的时间性 松动圈是围岩应力松动圈是围岩应力大于围岩强度的产物。大于围岩强度的产物。开巷后松动圈由小到大开巷后松动圈由小到大发展。具有时间效应。发展。具有时间效应。小松动圈的发展一小松动圈的发展一般需要般需要37天；天；大松动圈的发展一大松动圈的发展一般需要般需要2-3个月。个月。实测表明：实测表明：建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （3）松动圈与支护难度关系松动圈与支护难度关系 松动圈对支护松动圈对支护的影响很大。这的影响很大。这主要是由于松动主要是由于松动圈的

7、产生，使围圈的产生，使围岩破裂体积膨胀。岩破裂体积膨胀。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 围岩松动圈与地应力、围岩强度密切相关，影响显著（2次模拟,赵矿）；松动圈与支护强度关系（阻力小，有间隙，滞后）；与尺寸关系（37米影响不显著）；断面形状关系;（4 4）围岩松动圈性质）围岩松动圈性质 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （1）煤矿巷道围岩松）煤矿巷道围岩松动圈普遍存在，碎胀动圈普遍存在，碎胀变形是主要支护对象；变形是主要支护对象；（2）松动圈值与支护）松动圈值与支护难度有定量关系；难度有定量关系；（3）据松动圈值

8、进行）据松动圈值进行围岩分类、锚杆支护参数设计。围岩分类、锚杆支护参数设计。综上所述：综上所述：建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 三、围岩松动圈设计步骤三、围岩松动圈设计步骤 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （1）煤矿巷道松动圈普遍存在）煤矿巷道松动圈普遍存在（二）地质雷达实测方法（二）地质雷达实测方法 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （2）松动圈智能预测系统）松动圈智能预测系统 建筑工程学院建筑工

9、程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 松动圈预测系统设计及实现松动圈预测系统设计及实现 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 实测破裂圈厚2.74 m（支护500 mm厚混凝土）支护破坏现象？原因是松动区（应力调整）发展过程。支护破坏现象？原因是松动区（应力调整）发展过程。（1）碎胀变形是支护主要对象）碎胀变形是支护主要对象 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学

10、院 中国矿业大学设备（美国中国矿业大学设备（美国MTSMTS公司的伺服机）公司的伺服机）（1 1）碎胀变形是支护对象的实验研究）碎胀变形是支护对象的实验研究 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （粉砂岩）（粉砂岩）建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （泥岩）（泥岩）建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （煤）（煤）建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （砂岩）（砂岩）建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （大理岩

11、）（大理岩）建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 峰值前弹塑性体积变形很小，约占515；峰值后？岩性不同，体积应变最大值不同。其序次（根据一般情况强度的不同）：大理岩 粉砂岩 砂岩 泥岩 煤碎胀变形规律碎胀变形规律 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑

12、工程学院建筑工程学院 u按按“冲切型冲切型”破坏验算喷层厚度破坏验算喷层厚度 bG/(SRg)式中：b喷层厚度，m；G危石重量，N；S危石与混凝土接触面周长，m；Rg喷射混凝土的计算抗拉强度，由施工现场确定。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 当按照上述公式计算出喷射混凝土的当按照上述公式计算出喷射混凝土的厚度小于厚度小于50mm50mm时，则为满足防止围岩风化时，则为满足防止围岩风化的要求，对于喷射混凝土一般喷厚应大于的要求，对于喷射混凝土一般喷厚应大于50mm50mm，考虑到地下工程的特殊性一般喷层，考虑到地下工程的特殊性一般喷层厚度为厚度为80100

13、mm80100mm。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （2 2）中松动圈（松动圈厚度）中松动圈（松动圈厚度40150cm40150cm）碎胀变形较小，由于锚杆可以穿过松碎胀变形较小，由于锚杆可以穿过松动圈厚度，用悬吊原理设计锚喷支护。动圈厚度，用悬吊原理设计锚喷支护。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 以锚杆为锚喷支护的主体构件。由于围岩松动圈厚度小于常用锚杆长度，因此可采用锚杆悬吊作用机理来设计支护参数，锚杆支护的最大荷载，可用下式表示：P（支护力）Max松动圈形成的碎胀变形力，松动圈内岩石自重，弹塑性变形力 P（

14、支护力）松动圈内岩石自重 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 LL1LpL2式中：L锚杆长度，mm；L1锚杆的外露长度，常取L150100mm；Lp围岩松动圈的值，mm；L2锚杆锚入弹塑性区的深度，一般为300400mm，围岩强度较小时取较大值，反之取较小值。锚杆长度 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 锚杆间排距的确定 如果采用等距离布置，每根锚杆所负担的岩体重量为其所承受的荷载，可按下式计算：QLpa2aQ/Lp式中：Q单根锚杆负担岩石重量，Kg；岩体的容重，Kg/m3；a锚杆的间排距。建筑工程学院建筑工程学院建筑

15、工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 喷层厚度的确定 喷层只起局部支护作用，即锚杆间的表面支护、控制锚杆间非锚固区危石的坠落以及防止围岩风化。由于上述按活石重量的计算方法的科学性、准确性难以确定，所以喷层厚度多依据工程类比法确定，中松动圈条件下一般为50100mm。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 （3 3）大松动圈软岩（大于）大松动圈软岩（大于150cm150cm）碎胀变形很大碎胀变形很大，试验证明：用组，试验证明：用组合拱原理设计锚喷合拱原理设计锚喷网支护可以成功。网支护可以成功。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院 锚固体具有较大锚固体具有较大可缩性，并且其强可缩性，并且其强度基本等于原岩体度基本等于原岩体强度。这刚好符合强度。这刚好符合软岩支护的要求。软岩支护的要求。其支护能力是其支护能力是U钢支护的钢支护的23倍。倍。组合拱在大松动圈中的成功依据组合拱在大松动圈中的成功依据