【正文】 采動(dòng)影響情況。采動(dòng)對(duì)采準(zhǔn)巷道圍巖變形與破壞影響很大，類比時(shí)應(yīng)作為一個(gè)重要因素考慮。 對(duì)于松軟破碎圍巖巷道，施工工藝及施工設(shè)備等對(duì)圍巖的穩(wěn)定性也有明顯影響，例如掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)優(yōu)于爆破掘進(jìn)，光面爆破優(yōu)于普通爆破。 2）經(jīng)驗(yàn)公式法 ? 經(jīng)驗(yàn)公式是在大量支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出的指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單公式。 ? 錨桿長(zhǎng)度選取 ① Hoek與 Brown等提出確定錨桿長(zhǎng)度的一般經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則： 最小錨桿長(zhǎng)度 =max[錨桿間距的兩倍，三倍不連續(xù)面平均間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度，巷道跨度之半 ]。 ② Lang與 Bischoff認(rèn)為，錨桿長(zhǎng)度與錨桿間排距之比應(yīng)為 —，錨桿長(zhǎng)度可作為巷道寬度的函數(shù)確定，如： L=B2/3，其中 L為錨桿長(zhǎng)度， B為巷道寬度。如果再加長(zhǎng)錨桿，支護(hù)效果將不會(huì)明顯變化?；阱^桿支護(hù)的作用是在圍巖中形成自承拱的原理，錨桿長(zhǎng)度主要與巷道圍巖條件及跨度有關(guān)：對(duì)于比較完整的硬巖，錨桿長(zhǎng)度取 1． 0~1． 2m；對(duì)于完整性較差的中硬巖石，錨桿長(zhǎng)度取巷道寬度的 1／ 4~1／ 3，一般為 2~3m；對(duì)于松軟破碎的巖體，錨桿長(zhǎng)度取巷道寬度的 1／ 2~2／ 3，一般為 4~6m。 公式 2：錨桿長(zhǎng)度 L=k(+B/10) 式中 k—與圍巖有關(guān)的系數(shù)，取k=~，圍巖穩(wěn)定性差時(shí)取大值。 ② Lang與 Bischoff認(rèn)為，錨桿間排距與錨桿長(zhǎng)度之比為 2／ 3—5／ 6比較合理。 ④ 新奧法對(duì)錨桿間距的選擇提出一些準(zhǔn)則：硬巖，錨桿間距取 1． 5~；中硬巖石，錨桿間距取 1． 5 m；松軟破碎的巖體，錨桿間距取 ~。因此，經(jīng)驗(yàn)公式提供的支護(hù)參數(shù)只能作為參考，不能不顧巷道的具體條件而照搬套用。然而，要求每一個(gè)設(shè)計(jì)人員都具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是不切實(shí)際的。 在圍巖分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同類別的圍巖提出支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計(jì)的建議，這種方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的支護(hù)設(shè)計(jì) ①圍巖分類方法 ? 我國(guó)學(xué)者 在巖體分類方面也做了大量工作。 其中以回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類和圍巖松動(dòng)圈分類為基礎(chǔ)的支護(hù)設(shè)計(jì)建議在煤礦廣泛應(yīng)用。 煤巷圍巖的穩(wěn)定性分為 5個(gè)類別： I類非常穩(wěn)定、 Ⅱ 類穩(wěn)定、 Ⅲ 類中等穩(wěn)定、 Ⅳ 類不穩(wěn)定、 V類極不穩(wěn)定。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 巷道頂板錨桿基本支護(hù)形式與主要參數(shù)選擇 巷道類別 巷道圍巖穩(wěn)定狀況 基本支護(hù)形式 主要支護(hù)參數(shù) Ⅰ 非常穩(wěn)定 整體砂巖、石灰?guī)r類巖層：不支護(hù) 不支護(hù) 其它巖層：?jiǎn)误w錨桿 端錨 :桿體直徑： 16mm 桿體長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80kN Ⅱ 穩(wěn)定 頂板較完整：?jiǎn)误w錨桿 頂板較破碎：錨桿 +網(wǎng) 端錨 :桿體直徑： 16~18mm 桿體長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80kN Ⅲ 中等穩(wěn)定 頂板較完整：錨桿 +鋼筋梁，或桁架 頂板較破碎： 錨桿 +W鋼帶（或鋼筋梁） +網(wǎng)，或增加錨索 桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 端錨 :桿體直徑： 16~18mm 桿體長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80kN 全長(zhǎng)錨固 : 桿體直徑： 18~22mm 桿體長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的支護(hù)設(shè)計(jì) ②巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護(hù)設(shè)計(jì)建議 巷道頂板錨桿基本支護(hù)形式與主要參數(shù)選擇 Ⅳ 不穩(wěn)定 錨桿 +W鋼帶 +網(wǎng)，或增加錨索 桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 全長(zhǎng)錨固 : 桿體直徑： 18~22mm 桿體長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ Ⅴ 極不穩(wěn)定 ： 錨桿 +金屬可縮支架，或增加錨索 ： 錨桿 +網(wǎng) +金屬可縮支架，或增錨索 ： 錨桿 +環(huán)形可縮支架 全長(zhǎng)錨固 : 桿體直徑： 18~24mm 桿體長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的支護(hù)設(shè)計(jì) ②巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護(hù)設(shè)計(jì)建議 ? 巷道圍巖穩(wěn)定性分類的 7個(gè)指標(biāo) ① 頂板巖石單軸抗壓強(qiáng)度 取巷道寬度 2倍范圍內(nèi)頂板巖石單軸抗壓強(qiáng)度的加權(quán)平均值。 ③ 巷幫煤層單軸抗壓強(qiáng)度 為巷道高度煤和夾矸的加權(quán)平均值。 ⑤ 護(hù)巷煤柱的寬度 指一側(cè)煤柱的實(shí)際寬度，應(yīng)討論不同煤柱尺寸時(shí)的圍巖類別。 ⑦ 圍巖完整性指數(shù) 指圍巖節(jié)理、裂隙、層理的影響程度，一般可利用直接頂初步垮落步距代替。 ? 測(cè)試圍巖松動(dòng)圈的方法有超聲波測(cè)井探測(cè)法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法、滲流法、地震聲學(xué)法等，其中超聲波測(cè)井探測(cè)法比較常用。懸吊理論只考慮了錨桿的被動(dòng)抗拉作用，根據(jù)不穩(wěn)定巖層厚度計(jì)算錨桿長(zhǎng)度，根據(jù)錨桿懸吊的不穩(wěn)定巖層重量計(jì)算錨桿直徑和間排距。 ②錨桿錨固力與直徑 ：錨桿錨固力應(yīng)不小于 被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量： Q=KL2a1a2γ 式中 Q—錨桿錨固力， MN； K—安全系數(shù)，一般取 —2； a1， a2—錨桿間排距， m； γ—巖層平均重力密度， MN／ m3。 ③錨桿間排距： 當(dāng)錨桿間排距相等時(shí)，即 a1=a2，間排距為 14??Qd ??2KLQa ?4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 2）自然平衡拱理論分析設(shè)計(jì)法 ? 自然平衡拱理論認(rèn)為，巷道開(kāi)掘后，圍巖失去了層間聯(lián)系。自然平衡拱以上的巖體是穩(wěn)定的，錨桿的作用主要是防止破壞區(qū)圍巖垮落?？梢?jiàn)，自然平衡拱理論對(duì)錨桿支護(hù)作用的分析實(shí)質(zhì)上是懸吊作用，并提供了計(jì)算圍巖破壞范圍的方法。 巷幫破壞深度 C(m)由下式確定： 式中 Kcx——巷道周邊擠壓應(yīng)力集中系數(shù)，按巷道斷面形狀與寬高比確定； γ——巷道上方至地表間地層的平均重力密度， kN 。 ? 頂板巖層的破壞深度 b，按相對(duì)于巖層層理的法線計(jì)： 式中 a—巷道的半跨距， m； α— 煤層傾角， 176。 煤幫擠壓力： 當(dāng) C為正值時(shí)，作用在破壞煤幫上的水平擠壓力 Q/kNm3。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 2）自然平衡拱理論分析設(shè)計(jì)方法 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 錨桿支護(hù)理論分析設(shè)計(jì)法 3）組合梁理論分析設(shè)計(jì)方法 ? 組合梁理論認(rèn)為，在層狀巖層中，錨桿的作用是提供軸向和切向約束，阻止巖層產(chǎn)生離層和相對(duì)滑動(dòng)，將若干薄巖層錨固成一個(gè)較厚的巖層，形成組合梁。通過(guò)計(jì)算組合梁所必需的承載能力確定錨桿支護(hù)參數(shù)。設(shè)組合梁上部受均布載荷 q作用，在平面應(yīng)變狀態(tài)下，計(jì)算錨桿長(zhǎng)度與錨桿間排距。 L2為錨桿有效長(zhǎng)度， 即組合巖梁厚度，根據(jù)滿足頂板最下一層巖石外表面抗拉強(qiáng)度條件確定。 設(shè)巖石抗拉強(qiáng)度為 σt，則頂板穩(wěn)定時(shí)應(yīng)滿足 即 式中 K1——安全系數(shù)，一般取 3~5?？紤]頂板各巖層 間摩擦作用對(duì)梁應(yīng)力和彎曲的影響， 引入隨巖層數(shù)目變化的慣性矩折減系 數(shù) η，則錨桿有效長(zhǎng)度的表達(dá)式為 式中 σh——原巖水平應(yīng)力分量， MPa； η——巖層數(shù)為 3時(shí)， η分別為 、 ，巖層數(shù)大于 3時(shí)， η=。該拱 (帶 )具有較大的承載能力和一定的可縮性，能夠起到有效支護(hù)巷道的作用。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4）加固拱理論分析設(shè)計(jì)方法 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法 ? 動(dòng)態(tài)信息法具有兩大特點(diǎn)：其一， 設(shè)計(jì)不是一次完成的，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程； 其二， 設(shè)計(jì)充分利用每個(gè)過(guò)程中提供的信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息收集、信息分析與信息反饋。 1） 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估 ? 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估是在地質(zhì)力學(xué)測(cè)試基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 包括煤層厚度、傾角、抗壓強(qiáng)度；頂?shù)装鍘r層分布，強(qiáng)度。 巷道周圍比較大的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲等的分布，對(duì)巷道的影響程度。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法 1） 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估 ③地應(yīng)力。 ④環(huán)境影響。 ⑤采動(dòng)影響。 ⑥ 黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試。該測(cè)試工作必須在井下施工之前進(jìn)行完畢。黏結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后方可在井下施工中采用。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，可分析巷道圍巖位移、應(yīng)力及破壞范圍分布，支護(hù)體受力狀況；不同因素對(duì)巷道圍巖變形與破壞的影響，不同支護(hù)參數(shù)對(duì)支護(hù)效果的影響；通過(guò)方案比較，確定比較合理的支護(hù)參數(shù) (如錨桿長(zhǎng)度、直徑、間排距等 )。 ①數(shù)值模擬計(jì)算方法： 數(shù)值計(jì)算常用的方法有：有限元法，離散元法、邊界元法和有限差分法。 而煤巖體形態(tài)和結(jié)構(gòu)呈強(qiáng)烈的非連續(xù)性，煤巖塊體的運(yùn)動(dòng)和受力為幾何或材料非線性，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)進(jìn)行求解是不適合的。 ? 離散元法 能夠分析變形連續(xù)和不連續(xù)的多個(gè)物體相互作用問(wèn)題、物體斷裂問(wèn)題以及大位移和大轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，能夠處理范圍廣泛的材料本構(gòu)關(guān)系、相互作用準(zhǔn)則和任意幾何形狀。 ? UDEC、 3— DEC等二維、三維離散元軟件已經(jīng)在我國(guó)得到應(yīng)用，在分析頂板垮落、頂煤冒落、節(jié)理化巷道圍巖穩(wěn)定性與支護(hù)設(shè)計(jì)等方面取得良好效果。 ? 目前應(yīng)用比較廣泛的 FLAC軟件 (二維、三維 )，可模擬土、巖石等材料的力學(xué)行為。FLAC采用顯式解法，可模擬任意非線性力學(xué)問(wèn)題，而所用機(jī)時(shí)與解線性問(wèn)題相差無(wú)幾。因?yàn)闆](méi)有剛度矩陣不斷更新，所以大變形與小變形計(jì)算的機(jī)時(shí)消耗無(wú)明顯區(qū)別。除此之外， FLAC還有多種特殊功能： FLAC中含有界面單元，可以模擬巖層中不連續(xù)面，如斷層、節(jié)理及層理等滑動(dòng)和離層； FLAC中含有 4種結(jié)構(gòu)單元，分別為梁、錨桿、樁及支柱單元，可以模擬各種支護(hù)構(gòu)件。錨固方式可以是端錨、全長(zhǎng)錨固或任意長(zhǎng)度錨固，這種單元還可以施加預(yù)緊力。運(yùn)用 FISH語(yǔ)言，用戶可編制自己的函數(shù)、變量，甚至引人自定義力學(xué)模型，顯著擴(kuò)大了 FLAC的應(yīng)用范圍和靈活性。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4） 錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法 （ 2） 初始設(shè)計(jì)方法 ②數(shù)值模擬步逐 ? 確定巷道的位置與布置方向。在近水平煤層條件下，如果能考慮地應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響，將十分有利于巷道維護(hù)。如當(dāng)巷道軸線與最大水平主應(yīng)力平行，巷道受水平應(yīng)力的影響最小，有利于頂?shù)装宸€(wěn)定；當(dāng)巷道軸線與最大水平主應(yīng)力垂直，巷道受水平應(yīng)力的影響最大，頂?shù)装宸€(wěn)定性最差。 根據(jù)運(yùn)輸設(shè)備、通風(fēng)、行人要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計(jì)合理的巷道斷面形狀與尺寸。 ? 建立數(shù)值模型。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4） 錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法 （ 2） 初始設(shè)計(jì)方法 ②數(shù)值模擬步逐： ? 確定模擬方案。一般包括無(wú)支護(hù)巷道，不同巷道軸向與最大水平主應(yīng)力方向夾角、不同煤柱尺寸護(hù)巷，不同錨桿直徑、長(zhǎng)度、強(qiáng)度和支護(hù)密度，以及有無(wú)錨索，錨索密度、長(zhǎng)度、強(qiáng)度等支護(hù)方案。 分析巷道圍巖變形與破壞的特征，地應(yīng)力大小與方向、煤柱尺寸對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，錨桿、錨索支護(hù)密度、直徑、長(zhǎng)度和強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)支護(hù)效果的影響，通過(guò)多方案比較，最后選擇有效、經(jīng)濟(jì)、便于施工的支護(hù)方案。 4）錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法 （ 4）錨桿支護(hù)形式和參數(shù)選擇應(yīng)考慮的主要原則 ①一次支護(hù)原則 錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過(guò)托板、鋼帶、金屬網(wǎng)等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，提高錨固體的整體剛度與完整性。在提高錨桿強(qiáng)度與支護(hù)整體剛度，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上的錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4）錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法 （ 4）錨桿支護(hù)形式和參數(shù)選擇應(yīng)考慮的主要原則 ⑤相互匹配原則 錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。 ⑦可操作性原則 提供的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4） 錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法 （ 5） 井下監(jiān)測(cè)與信息反饋及修正設(shè)計(jì) ? 初始設(shè)計(jì)實(shí)施于井下后，必須進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，這也是動(dòng)態(tài)信息法中的一項(xiàng)主要內(nèi)容。 ①監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋指標(biāo)選擇 ? 井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)很多，必須從眾多數(shù)據(jù)中選取修改、調(diào)整初始設(shè)計(jì)的反饋信息指標(biāo)。 ? 對(duì)于回采巷道，圍巖變形一般可分為 3個(gè)階段：掘進(jìn)影響期、掘后穩(wěn)定期和采動(dòng)影響期。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 4） 錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法 （ 5） 井下監(jiān)測(cè)與信息反饋及修正設(shè)計(jì) ? 根據(jù)上述反饋指標(biāo)選擇的原則，選用頂板離層值、兩幫相對(duì)移近量、錨桿與錨索受力 3個(gè)方面的 6個(gè)指標(biāo)。 ? 兩幫 的穩(wěn)定狀況用兩幫相對(duì)移近量作為反饋指標(biāo)。錨桿