关于煤矿深部岩巷围岩稳定与支护几个问题的认识

1、软弱、裂隙发育软弱、裂隙发育深部：埋深深部：埋深800米米 高地应力高地应力高渗透压力高渗透压力高温度梯度高温度梯度深部围岩深部围岩H二次应力重分布ijijijp围岩的完整性所处的应力状态 Carrara大理岩强度及变形特性随围压的变化 根据岩石力学试验结果:任何岩石在三向应力状态下的强度高于二向应力状态高于单向应力状态下的强度；当围岩处于三向应力状态时，随着侧向压力增大，其峰值强度和残余强度都会得到提高，并且峰值以后的应力-应变曲线由应变软化逐渐向应变硬化过渡，岩石由脆性向延性转化。 围岩稳定性 围岩固有强度),(Ct巷道开挖巷道开挖支护支护加固加固三向应力状态三向应力状态（开挖前）（开挖前

2、）围岩稳定围岩稳定恢复恢复三向应力状态三向应力状态二向应力状态二向应力状态 提高提高围岩强度围岩强度改善改善围岩完整性围岩完整性巷道开挖后必须尽快将围岩的二向应力状态恢复到三向应力状态：改善和恢复应力状态的措施越及时，围岩破裂扩展的程度越轻，围岩的完整性保持得越好。必须在最短的时间内施加足够大的支护抗力：围岩自由面上的压应力恢复的程度越高，围岩完整性和强度保存度越高。必须给围岩提供足够高的抗剪强度：抗剪强度越高，围岩内部剪切滑移变形越小，越有利于保持围岩完整性，保存围岩整体强度。必须选择适当的时机对损伤的围岩进行及时修复，使损失的强度得以恢复甚至提高，这是确保围岩稳定的重要预后措施。 不同类别

3、的深部围岩，应采取不同的围岩稳定控制对策不同类别的深部围岩，应采取不同的围岩稳定控制对策 研研究适合深部围岩稳定控制的围岩分类体系。究适合深部围岩稳定控制的围岩分类体系。深部围岩分类体系深部围岩分类体系 类：类：完整坚硬岩石与较硬岩石。遇水不易软化，层间胶完整坚硬岩石与较硬岩石。遇水不易软化，层间胶结好，无软弱夹层；岩体纵波波速结好，无软弱夹层；岩体纵波波速vp5000m/s，岩体强，岩体强度应力比度应力比2.0。45m跨度的毛洞无支护状态下能够稳定跨度的毛洞无支护状态下能够稳定一个月以上，会出现小块掉落。岩种举例：部分灰岩、石一个月以上，会出现小块掉落。岩种举例：部分灰岩、石英砂岩；胶结好的

4、砂砾岩、粗砂岩、中细粒砂岩等。如顾英砂岩；胶结好的砂砾岩、粗砂岩、中细粒砂岩等。如顾桥矿井底车场。桥矿井底车场。类：类：较完整坚硬岩石与较硬岩石；完整较软岩石；块状坚较完整坚硬岩石与较硬岩石；完整较软岩石；块状坚硬岩石。遇水不易软化，层间胶结较好，结构面以原生和硬岩石。遇水不易软化，层间胶结较好，结构面以原生和构造节理为主，闭合不贯通，无软弱夹层；较完整坚硬岩构造节理为主，闭合不贯通，无软弱夹层；较完整坚硬岩石，可能有少量小断层，结构面较发育，以原生和构造节石，可能有少量小断层，结构面较发育，以原生和构造节理为主，多数闭合，偶有泥质充填。岩体纵波波速理为主，多数闭合，偶有泥质充填。岩体纵波波速

5、4000m/svp5000m/s，岩体强度应力比，岩体强度应力比1.52.0。 45m跨度的毛洞无支护状态下能够稳定跨度的毛洞无支护状态下能够稳定1周以上。岩种举例：周以上。岩种举例：胶结稍差的粉砂岩、细砂岩、粗砂岩；部分灰岩、石英砂胶结稍差的粉砂岩、细砂岩、粗砂岩；部分灰岩、石英砂岩等。岩等。类：类：较完整较软岩石；块状较硬岩石；完整软弱岩石。层间胶结较好，偶较完整较软岩石；块状较硬岩石；完整软弱岩石。层间胶结较好，偶见软弱夹层；结构面发育，节理面多数闭合，少数有泥质充填，块体间牢固见软弱夹层；结构面发育，节理面多数闭合，少数有泥质充填，块体间牢固咬合。岩体纵波波速咬合。岩体纵波波速3000

6、m/svp4000m/s，岩体强度应力比，岩体强度应力比0.81.5。 45m跨度的毛洞无支护状态下能够稳定跨度的毛洞无支护状态下能够稳定13天。岩种举例：砂质泥岩、砂质天。岩种举例：砂质泥岩、砂质粘土岩、粘土岩、页岩、粉砂质粘土岩、砂页岩互层；胶结较差的中粗砂岩、粘土岩、粘土岩、页岩、粉砂质粘土岩、砂页岩互层；胶结较差的中粗砂岩、粉细砂岩等。粉细砂岩等。类：类：较完整软弱岩石；块状较软、软弱岩石；破碎岩石。层间胶结差，易较完整软弱岩石；块状较软、软弱岩石；破碎岩石。层间胶结差，易风化剥落或遇水易软化；结构面发育，以构造节理、卸荷风化裂隙为主，贯风化剥落或遇水易软化；结构面发育，以构造节理、卸

7、荷风化裂隙为主，贯通性好，多数张开、夹泥，夹泥厚度一般大于结构面起伏高度，咬合力弱，通性好，多数张开、夹泥，夹泥厚度一般大于结构面起伏高度，咬合力弱，构成较多不稳定块体。岩体纵波波速构成较多不稳定块体。岩体纵波波速vp3000m/s，岩体强度应力比，岩体强度应力比0.8。 45m跨度的毛洞无支护状态下不能稳定，开挖前必须进行超前支护，一般跨度的毛洞无支护状态下不能稳定，开挖前必须进行超前支护，一般需要采取锚喷、注浆、支架等多种手段联合支护才能维护巷道长期稳定。岩需要采取锚喷、注浆、支架等多种手段联合支护才能维护巷道长期稳定。岩种举例：炭质页岩、炭质泥岩、花斑状泥岩、软质凝灰岩、软质粘土岩、中种

8、举例：炭质页岩、炭质泥岩、花斑状泥岩、软质凝灰岩、软质粘土岩、中强风化页岩、铝土质粘土岩、煤、破碎的各类岩石。如顾北矿井底车场。强风化页岩、铝土质粘土岩、煤、破碎的各类岩石。如顾北矿井底车场。 1bvRkS02pvpvKv完整性定义：完整性定义：完整完整性系数Kv0.75，层厚与节理裂隙间距均大于1.5m；较完整完整性系数0.5Kv0.75，层厚大于1.0m，节理裂隙间距小于1.5m，大于1.0m；块状完整性系数0.3Kv0. 5，节理裂隙间距均小于1.0m，大于0.3m；破碎Kv0.3，节理裂隙间距小于0.3m。坚硬性定义：坚硬性定义：坚硬Rb60MPa；较硬40MPaRb60MPa；较软2

9、0MPaRb40MPa；软弱Rb20MPa。 层状定义：层状定义：厚层状层间距1.5m；中厚层状层间距1.0m1.5m；层状0.5m1.0m；薄层状0.5m。 围围岩岩类类别别密度密度/g/cm3内摩擦内摩擦角角 /粘结粘结力力C / MPa抗拉强抗拉强度度t/MPa单轴抗压单轴抗压强度强度c/MPa弹性模弹性模量量E / GPa泊松泊松比比2.6540-451.5-2.00.70-0.836.43-9.6615-200.2252.6035-401.0-1.50.52-0.703.84-6.4310-150.252.5030-350.5-1.00.29-0.521.73-3.845-100.3

10、2.3525-300.2-0.50.13-0.290.63-1.732-50.325各类围岩体主要物理力学性质各类围岩体主要物理力学性质 高预应力如何实现？高预应力如何实现？图图5.3.1 MQS90J2型气动锚杆安装机型气动锚杆安装机 大扭矩预应力施加机具是关键大扭矩预应力施加机具是关键要求要求锚杆具有足够的抗拉强度（达到锚杆具有足够的抗拉强度（达到202025kN)25kN)。MPas350kNTs15MPas550kNTs20锚杆材料公称直径/mm屈服强度/MPa极限强度/MPa屈服荷载/kN极限荷载/kN伸长率/%级钢2228038010614417级钢2237041014115617

11、级钢2248057018221715级钢2260068022825812、级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求。级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求。每吨螺纹钢钢材仅比级螺纹钢高300400元。 为深部围岩支护采用高强、超高强锚杆提供了材料上的便利条件。 树脂药卷固化快能在最短的时间内提供锚固力，高强杆体能够提供足够高的锚固力，能在最短的时间内使围岩恢复到有利于稳定的三向应力状态。较大的轴向刚度限制了围岩的张开变形，有利于围岩稳定。杆体具有足够的抗剪强度与抗剪刚度，能有效阻止围岩内部的剪切变形与剪切滑动，提高围岩体自身的峰值强度、残余强度、内聚力 c 值和内摩擦角 值。 适

12、时的滞后注浆能够使开挖扰动造成的围岩损伤得到修复。锚杆密度/根(400cm2)-1弹性模量E/MPa软化模量M/MPa锚固体破坏前锚固体破坏后C/MPa/()C*/MPa/0280.832.00.3531.50.01731.52282.632.60.3631.50.01831.53284.735.20.3633.50.01833.54288.239.30.3735.60.01835.65294.041.90.3737.10.01937.16299.743.20.3838.80.01938.88310.046.30.3940.40.02140.4不同锚固参数条件下锚固体力学性能改善情况不同锚固参

13、数条件下锚固体力学性能改善情况 不同锚固参数条件下不同锚固参数条件下锚固体强化系数对比锚固体强化系数对比锚杆密度/根*（400cm2）-1单向加载平面应变加载极限强度/MPa残余强度/MPaKjKc极限强度/MPa残余强度/MPaKjKc01.2380.0601.001.001.650.5251.001.0021.2750.0651.031.081.7250.5881.041.1231.350.0681.091.131.8320.6251.111.1941.430.0721.161.191.9280.6681.171.2751.500.0751.211.252.0750.71.261.3361

14、.5750.0811.271.352.170.751.321.4381.6750.0891.351.482.2750.821.381.56注：Kj，Kc分别为锚固体峰值强度和残余强度的强化系数 1 超高强锚杆杆体超高强锚杆杆体 2 螺母螺母 3 预应力标示杆预应力标示杆 4 应力松弛自补偿弹簧应力松弛自补偿弹簧5 弹簧护筒弹簧护筒 6 减摩垫圈减摩垫圈 7 应力扩散托盘应力扩散托盘 8 高强树脂锚固剂高强树脂锚固剂 9 围岩围岩可控预应力超高强锚杆概念图可控预应力超高强锚杆概念图 对浅部或深部类围岩，由于围岩应力与岩体强度的矛盾不突出，不采取专门的底板支护/加固措施，也能确保底板稳定，不至于发生明显的底臌量。对深部 类围岩，由于高地应力与围岩体低强度之间的矛盾愈加突出，巷道底部（尤其是在应力高度集中的两角处）岩体很容易破裂失稳，产生大的底臌。因而必须对巷道底板采取有效的支护措施。具体措施：长度适度的高强锚杆及与之相匹配的施工机具、工艺；适宜的注浆工艺（止浆层是关键）；联合支护中的支架或反底拱 高质量的光面爆破；初喷找平层科学布锚法一深部岩巷的围岩稳定受高地应力、