【正文】 向 壓縮狀態(tài) 。 (3)支護對 象 為 松 動 圈 內(nèi)圍 巖的碎 脹變形 和巖石的吸水膨 脹變形 (僅 限于膨 脹 地 層 )。 但 這 些 理論僅 適于 支護軟 巖巷道的 頂 板，有很大的局限性。 錨 桿 將軟 弱、松 動不穩(wěn) 定的 圍 巖 懸 吊在 較為堅 硬而 穩(wěn) 定的深部巖體里， 從 而 實現(xiàn) 不 穩(wěn) 定的 圍 巖不離 層， 不 脫 落。采場工作面前方支承壓力集中，壓力集中系數(shù)可高 達普通巷道圍巖壓力的 3～ 6 倍，跨采巷道、礦柱下巷道、受鄰近巷道掘進影響的巷道等，其巷道圍巖均承受較大的集中壓力。這些礦區(qū)礦層頂板巖石都非常松軟破碎，易風化，因此怕風、怕水、怕震。 3. 穩(wěn)定變形 或加速 變形階 段。 據(jù)開爾文模型曲線，可得巖體在恒定荷載下的蠕變方程為： tA ln0 ????? () 式中 Ａ — 蠕變常數(shù) ε— 蠕變變形（ 應變） ε0— 瞬時變形 ｔ — 時間 軟巖的來壓特點與自穩(wěn)時間 軟巖礦壓顯現(xiàn)具有來壓快、圍巖變形位移量大、壓力大、變形持續(xù)時間長、底鼓嚴重，且由塑變、蠕變和膨脹三者的變形位移及壓力共同構(gòu)成。 2. 膨脹率與液限有關，液限值愈高，膨脹性愈大。 106ｍ粘粒含量的比值Ａ， 來說 明其 親水程度。如高嶺石巖體，最大吸 著 水容量 為 10～ 20%、最大分子水容量 為 25～ 35%；而蒙 脫石 最大吸 著 水容量 為 %，最大分子水容量 達 %。 107m 者 屬膠 體 顆 粒，粒 徑為 5179。 表 1－ 3 軟巖的軟化系數(shù) 巖石名稱 單軸抗壓強度 (179。軟巖井巷的礦壓顯現(xiàn)，具有來壓早、位移壓力大、變形持續(xù)時間長、底鼓，且由塑變、蠕變和膨脹三者的形變位移與壓力共同構(gòu)成。 ,由于受地質(zhì)構(gòu)造影響 ,圍巖松散破碎整體性差 ,生產(chǎn)中坑木消耗量大 ,生產(chǎn)成本高 ,長期制約著礦井經(jīng)濟效益的提高 ,也給礦井安全生產(chǎn)帶來不利的因素。下面是國內(nèi)一些礦山所面臨軟巖巷道支護問題及實踐： 1. 江西八景煤礦，現(xiàn)有 5 對生產(chǎn)礦井，由于地質(zhì)條件復雜，將近有 6000m井巷布置在軟巖中 (老山層 ),圍巖松軟破碎 ,易風化吸水膨脹 ,變形嚴重 ,持續(xù)時間長 ,難于支護。發(fā)生特大事故 7 起，死亡 187 人，同比增加 2 起，多死亡 107 人，分別上升 40%和 %。 關鍵詞 ： 地下礦山； 軟巖； 軟巖巷道； 巷道 地壓災害 ；巷道支護 中南大學本科畢業(yè)論文 軟巖巷道地壓災害及其控制方法 II Abstract With the growth of the existing tunnel service time and the depth of mining, the soft rock tunnel supporting and protecting have increasingly became a prominent question. It’s difficulty to satisfy the need for the safe production, if we go on using this convent method to support and protect. Nowadays the method which can be studied to support and protect toward the soft rock effectively and economically is an urgent question in the production. The MaLuPing Mine is a typical soft rock mine and its wall rock have the characteristics of the soft rock, as loosing, dispersing, softly, weak. The tunnel’s geostatic pressure will increase quickly after opencutting and the wall rock distortion is very serious, so that the phenomenon which may be separation layer, may be roof fall, and may be rib spalling, or bottom bulging is rather prominent. These results bring the very major difficulty to the construction and seriously affect the safe mining. The disaster induced by tunnel failure cause a lot of loss of people, property, and so on. It also affects the safe of mines. Aiming at the disaster of tunnel distortion, the paper analyzed the mechanism of tunnel’s geostatic pressure, from of failure and the principle of supporting. Then the method of supporting was put forward, such as yieldable steel support, suspension roof support et al. The paper also introduced the technology of delay grouting and the new austrian method of supporting. Key words: Underground mine。采用常規(guī)的支護方法，已不能滿足安全生產(chǎn)的需要 。 Tunnel supporting and protecting 中南大學本科畢業(yè)論文 軟巖巷道地壓災害及其控制方法 1 第 1 章 緒 論 在地下礦山 工程中，由于巷道開挖導致圍巖發(fā)生卸荷回彈和應力重分布，產(chǎn)生應力集中。 2020 年 1 月 2 日上午，燈塔市西馬煤礦發(fā)生一起事故，一塊巖石從巷道頂部脫 落，砸到三名工人，事故造成一名作業(yè)工人當場死亡，兩名工人受輕傷。因此，現(xiàn)在急需設計出一種能控制巷道變形的支護方法。采用常規(guī)的巷道支護方法已造成人、財、物、時的巨大浪費，嚴重影響生產(chǎn)，影響礦井的經(jīng)濟效益。工程上重點研究最常見的高嶺石、伊利石（水云母 ）和蒙脫石三組粘土礦物，其物理化學性質(zhì)如表 1－ 2 所示。 圖 1— 1 某粘土軟巖強度與含水量的關系 液性指標 內(nèi)摩擦角 φ(176。據(jù)研究 這類細 小 顆 粒的比表面 積極大，高嶺石 為 (7～ 30)179。 這 一 變 化特征 稱 之 為 粘土巖體的稠度，其劃分 標 準如表 1－ 5。膨脹的變化大致是，巖體中的含水量超過最大吸著水容量中南大學本科畢業(yè)論文 軟巖巷道地壓災害及其控制方法 6 以后開始出現(xiàn)比較明顯的膨脹。 4. 膨脹率與初始干容重有關，巖 體的初始干容重愈大，其膨脹率愈大。主要是 圍 巖 潛 能釋 放所至 ，屬彈 塑性 變形 ，以塑 變形為 主。 對 于 支護 不 及時 或支護抗 力不足、 支護變形 與 圍 巖位移不相 適應時 ， 也將導 致加速 變形階 段。所以，在巖塊強度高的節(jié)理化地層中，也可能表現(xiàn)出軟巖的特征。 軟巖工程分類 軟 巖工程根據(jù)主要影 響 因素和工程巖體分 級國 家 標 準所依據(jù)的巖石 堅 硬程度 (巖體 單軸飽 和抗 壓強 度 RC)和巖體完整程度 (巖體完整性指 數(shù) KV)這兩個 各 類工程巖體 穩(wěn) 定性的基本共性因素 ,將軟 巖劃分 為 5 類 ,即 軟 弱型 軟 巖、破碎型 軟巖、高 應 力型 軟 巖、 軟 弱破碎型 軟 巖、膨 脹性軟 巖 ,如表 1— 8。 錨 桿 錨 入 層狀 巖 層后， 把 數(shù)層薄層 巖 層組 合成 組 合梁，使其 層間 的摩擦力增大，提高 組 合梁整體巖 層的 抗 彎 能力，在相同情 況 下 ，組 合前后梁的 撓 度和 內(nèi)應 力分布情 況 大不相同。越 來 越多的 礦 山使用 該理論進 行 支護設計 。 2. 剛 性梁 理論 。 軟巖技術的研究現(xiàn)狀 我 國軟 巖工程技 術 的研究 對象過 去 還 是 以針對 煤 礦 的居多， 這 因其煤 礦 生產(chǎn) 的幾 個 特性 決定 的。北京科技大 學 方祖烈教授 進 行了 以圍 巖不同深度 徑向應變 值 隨時間變 化的 實驗 、 實測，如 圖 2— 1所示。 總 之，在 圍巖縱深 l2m 范 圍內(nèi) 最 終出現(xiàn) 二 個壓 密 區(qū) ，一 個 膨 脹 ，一 個 松弛 (松中南大學本科畢業(yè)論文 軟巖巷道地壓災害及其控制方法 12 動 )區(qū) 。 表 2－ 1 巷道冒頂?shù)姆诸? 類型 亞型 次亞型 冒頂原因及影響因素 G（圍巖結(jié)構(gòu)中地質(zhì)缺陷和高應力） G1 高的原巖應力和強烈的側(cè)壓應力 G2 低的圍巖強度 G3 G31 層狀形圍巖 G32 鑲嵌型圍巖 G33 松散破碎圍巖 G4 受水分影響 S （支護質(zhì)量低劣和支架結(jié)構(gòu)的不完善） S1 支護質(zhì)量低劣 S2 支架穩(wěn)定性差 S3 掘進面空頂，臨時支護不完善 M （采掘技術不合理） M1 巷道開掘位置和時間不合理 M2 掘進方法不當 M3 巷道斷面形狀和大小 M4 中下分層和大傾角煤層中掘進 M5 巷道連接和交叉處 離層力學機理 離層是軟巖巷道頂板破壞失穩(wěn)的基本特征或直接原因。試驗研究表明 ,巖石的擴容與其所受應力偏量關系很大 , 頂板巖層的 應力偏量達到一定極限，就會發(fā)生擴容現(xiàn)象，直觀表現(xiàn)為頂板離層。特別對于頂板巖層，當弱面張開后，各 層之間失去了力學聯(lián)系，由于巖層自重和水平力的擠壓作用，離層有進一步擴大的趨勢。 最大片幫深度約為： 中南大學本科畢業(yè)論文 軟巖巷道地壓災害及其控制方法 14 ?????? ????? 245ht ga () 式中 h—— 采高， m。修復和維護底鼓巷道不僅耗費大量人力和材料，而且也往往難于徹底解決問題。巖層的分層厚度越薄，巷道寬度越大，所需的臨界失穩(wěn)荷載越小，就越容易發(fā)生撓曲底鼓。 (2)底板巖 層的軟 弱程度 決定著 底鼓量的大小。同 時 ，垂直 應 力σ v 和水平 應 力 σ H 都可能引起底鼓，在地 質(zhì)條件完全相同的情 況 下，相似材料模型研究表明， 當 底鼓主要是由垂直 應 力引起時 (σ v=2σ H)，底板巖 層破 壞范 圍 呈梯形 狀 ； 當 底鼓主要由水平 應 力引起 時 (σ H＝ 2σ v)，底板巖 層的破 壞范 圍 呈倒梯形或倒三角 狀 。因此高阻力 封閉式支護對 提高 軟 巖巷道的 穩(wěn) 定性具有重要意 義 。 (3)施工工藝 ， 應盡 力 減 少 對圍 巖的震 動 ，并 應及時封閉圍 巖，防止 風 化。 3． 長期監(jiān) 控 圍 巖 變形 是 圍 巖力 學 形 態(tài)變 化最直接體 現(xiàn) 。 2．提高 圍 巖 殘余強 度的 原則 提高 圍 巖 殘余強 度有三 個 技 術 途 徑 ： (1)提高 支護 阻力，改善 圍巖應 力 狀態(tài) 。 3．充分 發(fā)揮圍 巖的承 載 能力的 原則 充分 發(fā)揮圍 巖的承 載 能力，主要體 現(xiàn) 在以下幾 個 方面： (1)圓 形巷道 原則 。 軟 巖巷道中， 圍 巖 變形壓力是支護 的主要荷 載 ，普通 剛性支護 (砌 碹 支護 、普通 錨 固等 )難 以 適應 ，在大的 變形壓力 作用下很快就 會 破壞，使 圍 巖 處 于事 實上的 無支護狀態(tài) ，不利 于發(fā)揮圍 巖的承 載 能力； 對 于可 縮性支護 ， 當變形壓力超 過圍 巖的承 載 能力后，支架可 縮讓壓 ， 這 一 過 程是 減 少 支護受 力， 讓圍 巖 發(fā)揮 更大承 載 能力的 過 程，所以， 軟 巖巷道 支護 的主體 結(jié) 構(gòu)必 須 是可 縮性支護 ，如 錨噴 網(wǎng) 支護 和 U型 鋼 可 縮 性支架等。 圖 2— 5 是典型的 支護 — 圍 巖共同作用 關系曲線 ，依 據(jù)該理論 ，在 圍 巖 變形一定程度即 將 出 現(xiàn)松動 冒落之前架 設支護 (a— a)，它所承受的 壓力 最?。?過 早支 護將承受 很大的 變形壓 力 (bb)， 過遲 (c— c)圍 巖 將 松 動 冒落，不利于巷道 維