深部软岩巷道变形特性及其控制支护技术研究.pdf

第 2 9卷第 4期 2 D1 0年 8月 VO l 2 9 N O 4 Au g 2 01 0 J o u r n al o f Sh a n d o n g Un iv e r s it y o f S c i e n c e ． a n d T e ch n olo g y 鞠 l 参 器 i 鬯 e e 深部软岩巷道变形特性及其控制支护技术研究 李取生 ， 薄福利 ， 丁希阳 ， 王均双 山东济矿 鲁能煤 电股份 有限公 司 阳城煤矿 ， 山东 济宁 2 7 2 5 0 2 摘要 围绕深部复杂软 岩巷道稳 定性控制研 究中存在 的主要 问题 ， 在软岩巷道的 变形破 坏特征 、 围岩的 变形破 坏 机理 以及深部软岩巷道 的稳定性控制等方 面进行 了系统而全面 的研 究。基 于对深部 复杂软岩 巷道 变形破 坏特征 与 围岩 变形 破 坏 机 理 的研 究成 果 ， 分 别 采 用“ 三 锚 ” 联 合 支 护 技 术 、 “长短 锚 ” 联 合 支 护技 术 以及 抗 让 结 合 的 支 护 理 。 念， 研 究确定 了深部 复杂软 岩巷道 稳定性控 制的 合 理 支护 方案 监测数 据和分析 结果表 明， 所 确定 的软 岩巷道 的 稳 定 Pt ． 控制 方案是合理 、 有效的 ， 可以保证深部复杂软岩巷道的长期稳定性 。 j 关键词 深部开采 ； 软岩巷道 ； 变形破坏特征 ； 变形破 坏机理 ； 稳定性控制 。 中图分类号 TD 3 2 5 文献标 志码 A 文章编号 1 6 7 2 3 7 6 7 2 0 1 0 0 4 0 0 0 8 0 7 De f o r ma t i o n Ch a r a c t e r i s t i c s o f S o f t Ro c k Ro a d wa y i n De e p M i n e s a n d S u p p o r t i n g Co n t r o l Te c hn o l o g y L I Qu s h e n g， B O Fu l i ， DI NG Xi y a n g， W AN ；J u n s h u a n g Ya n g c h e n g Co l l i e r y， S h a n d o n g J i k u a n g Lu n e n g Co a l e l e c t r i c i t y C o ． Lt d ． ， J i n i n g， S h a n d o n g 2 7 2 5 0 2 ， Ch i n a Ab s t r a c t Thi s pa p e r p r e s e nt e d a s y s t e ma t i c a nd c o mpr e he n s i ve s t ud y o n t he ma i n p r o bl e ms a b ou t t he c ha r a c t e r i s t i c s 0 f d e f or ma t i on a nd f a i l ur e o f s of t r o c k r o a dwa ys ，t h e me c h a ni s ms of de f or ma t i o n an d f a i l ur e o f s u r r ou nd i n g r o c ks a n d， t he s t a bi l i t y c o nt r ol o f s of t r oc k r o a dwa ys i n d e e p mi ne， e t c ．S ome r e as o na bl e s u pp or t i n g pl a ns we r e d e s i gn e d b a s e d o n t he a c h i e v e me n t me nt i o ne d be f o r e by e mpl o yi ng t he s u pp or t i n g n ot i o n， i ． e ． r e s p e c t i ve l y a d opt i n g t he“t hr e e b ol t s ”c omb i n a t ion s u pp or t i n g t e c hni qu e． “l on g s h or t b ol t s ’ ’c ombi n a t i o n s up po r t i n g t e c hni q ue a n d t he t e c hn i q ue b y c o mbi ni n g t he r e s i s t i n g wi t h y i e l d i n g． Th e a n a l y s i s r e s u l t s o f mo ni t or i ng d at a s ho we d t h a t t he pl a n f or c on t r o l l i ng t he s t a b i l i t v of s of t r o c k r o a dwa ys wa s r e a s on a bl e a nd e f f e c t i v e a n d g o od e no ug h t o e ns ur e t he l o ng t er m s t ab i l i t y o f c o mpl i c a t e d s of t r oc k r o a dwa ys i n de e p mi n e s ． Ke y wo r ds d e e p mi ni ng； s of t r oc k r oa d wa y； c ha r a c t e r i s t i c s o f de f or ma t i o n a n d f a i l u r e； me c h a ni s m o f de f o r mat i o n a n d f a i l ur e c o nt r o l of s t a b i l i t y 深 部极 复杂 软弱地 层巷 道与 硐室 围岩 的稳 定性 分 析 与控 制 技 术 是 当今 地 下 工 程 中最 为 复 杂 的难 题 之 一 ，严 重制 约着深 部矿 井开 采 的高 产 、 高效 、 低 耗 及 安全 生产 水 平 的 提高 ， 阻碍 着 深 部 开采 的健 康 可持 续 发 展 ， 威 胁着 深部矿 井企 业 的生存 。阳城 煤矿 一6 5 0 m 水 平 中央变 电所 、 中央水 泵 房 、 回风 石 门、 轨道 石 门 和皮带 石 门等巷 道和硐 室 矿压显 现 f 1 分 明显 ， 巷 道顶 板大 量离 层 ， 顶板 混 凝 土喷 层 大范 围脱 落 ， 巷 道 断 面变 形较 大 ， 底 臌 明显 ， 严 重影 响 了矿 井 的安全 生产 ， 因此 ， 深部极 复 杂软弱 地层 巷道 与硐室 围岩 的稳定 性分 析与 控制技 术 的研究 具有 重要 的理论 意义 和应 用价 值 。 l工 程 地 质 概 况 阳城 煤矿位 于 山东 省济 宁 市汶 上县境 内 ， 设 计生 产 能力 为 1 8 0万 t ／ a ， 矿井 采用 立 井加 暗斜 井 的开 拓方 式 ， 主采水平为--6 5 0 m水平。 6 5 0 m水平井底车场位于落差为 1 0 0 m的三 D F 4 9和落差为 2 5 0 m的季庄 ●● 收 稿 日期 2 0 1 0 0 6 3 O 作者简介 李 取生 1 9 6 8 。 男 ， 山东济宁人 ， 高级工程师 ， 主要从事煤矿生产和管理工作 ． 李取生等 深部软岩巷道 变形特性及其控制支护技术研 究 J o u r n a l o f Sh a n d o n g Un i v er s i t y o f S cie n c e ．．a n d．T ec h n ol o g y ．种 P j 。 0‘“ F - ⋯1⋯ 断层交 会 点附 近 ， 埋 深在 7 0 0 m 左 右 。 一6 5 0 m 水平 主 变 电所 和 主泵 房联 合 布 置 ， 所 处 岩层 走 向为 N3 1 。 E， 倾角 2 5 。 ， 岩层为 二叠 系下 石盒 子组 ， 为浅 海及 滨海 环境 沉 积 ， 由浅灰 色 、 灰 白色石 灰 岩及 灰 绿 色 、 紫红 色 、 灰 色泥 岩及 铝质 泥岩组 成 ， 偶见 粉砂 岩 。底 部 褐红 色铁 质泥 岩 因长期 沉积 间 断 ， 暴露 地 表而 形成 残余 式铁 矿 。 2 巷道 围岩力学特性及物相巷道破坏机 理 2 ． 1 围岩 岩石 力学 特性 分析 中央水泵 房与 中央变 电所 等硐 室 的变形 与破 坏 特别 严 重 。泥 岩 强 度低 ， 单 轴抗 压 强 度 2 5 MP a ， 流变 性强 ， 岩石 强度 越低 、 埋藏 越深 、 时 间越 长 ， 流 变量 越大 。特 别 是 在有 水 的情 况 下 ， 水 不 仅使 岩 石 强 度 大 幅度 降低 ， 而且 由于 吸水 、 失水 引起 岩石 水解 ， 使 岩石 出现 裂纹 、 崩解 。当这些 岩 石 的矿 物 组成有 膨 胀性粘 土 矿物 时 ， 膨 胀更 加严 重 ， 围岩将 更不 稳定 ， 从 而引 发巷 道失 稳 。阳城 煤矿 的实 践证 明 ， 巷道 的稳 定 与围岩 的岩 石力 学特性 有密 切关 系 。 2 ． 2井巷 地应 力测试 分 析 阳城煤 矿井 底 车场埋 深 7 0 0多 m， 随 着采 掘工程 不 断延 伸 ， 巷 道 支护 难 度也 将 逐渐 增 大 ， 深 部 地 压 的影 响愈来 愈 明显 。因此 ， 掌 握 矿 区深 部 地 应 力 的 分 布 状 况 ， 对 深 部 开 采 与支 护 具 有 重 大 意 义 。本 次 测 量 在 一 6 5 0 m水平 选择 了 2个 测点 进行地 应 力实测 ， 测 点 编号 为 YC 一 1 、 YC 一 2 。地应 力 实测结 果列 于表 l 。综合 分 析 2 个 测点 的测 量结果 可 得 出 阳城 煤矿 一6 5 0 m 水平 整体 地 应力 较高 ， 6 5 0 m水 平 以水 平应 力为 主 ， 最大 水平应力 的方 向为北 东 1 0 1 ． 6 。 ～ 1 1 2 ． 3 。 ， 水平 应 力 大 于垂 直应 力 ， 最 大水 平 主应 力 为垂 直 应 力 的 1 ． 4 6 ～ 1 ． 4 9 倍 ， 对 井下岩层 的变 形破坏方 式及矿压显 现规律会有 明显 的影 响 。通 过井下 测试 ， 基本 掌握 了矿 区的地应 力分 布状况 ， 确定 了应力 源 的特征 ， 为矿井维护 和深部开采 提供 了设计 与施工依 据 。 2 ． 3巷 道 围岩 松 动 圈地 质 雷 达 实 测分析 利 用 地 质 雷 达 对 阳 城 煤 矿 一 6 5 0 m水 平 中 央 变 电 所 、 中 央 水 泵 房进 行 了松 动 圈 实 测 ， 实 测 结 果 列 于表 2 。实测 结果 表 明 ， 硐室 的松 动 圈均较大 ， 且顶 板 松动 范 围最 大 ， 约为 1 ． 6 O ～ l _ 7 0 m， 两 帮 的松 动 范 围相对较 小 ， 约为 1 ． 3 0 ～l _ 5 0 m。 2 ． 4围岩岩石 矿 物组成 分析 分别在 一6 5 0 m 水 平 中央 变 电 所 、 一6 5 0 m 水 平 中 央 水 泵 房 采 取 岩样 ， 利用 X射 线 衍 射 仪 进行 物 相 分析 ， 分析 结果 列于 表 3 。 由测试 分析 报告 和物 相分 析 曲 线可 知 ， ～ 6 5 0 m 水 平 中 央 变 电 所 试 样 中的 主要矿 物成分 为 石英 和珍 珠 陶土 ， 其 中 一 6 5 0 m 水 平 中 央 变 电所 和 一6 5 0 m水 平 中 央水 泵房 试 样 中 的主要矿 物成 分 为石英 和珍 珠 陶土 ， 并含 小 量赤铁 矿 ； 一6 5 0 m 水 表 1原 岩 应 力 测 量 结 果 表 Ta b． 1 The me as ur e d r e s ul t s of p r o t ol i t h s t r e s s 表 2 6 5 0 m 水 平 各 巷 道 围岩 松 动 圉最 大 值 表 Ta b． 2 The ma xi mu m v a l u e s o f r o c k l oo s e ni n g r i n gs o f r o a dwa y s a t 65 0 m l e v e l m 表 3 6 5 0 m 水 平 围 岩 岩 石 矿 物 组 成 表 Ta b ．3 Th e mi n e r a l c o m p os i t i o n of su r r ou nd i n g r oc ks a t一 65 0 m l e ve l w t 注 Q石英 M珍珠陶土 ； H赤铁矿 ； 0～其他 。 平 中央变 电所 试样石 英 含量约 为 5 7 ． 9 ， 珍珠 陶土含量 约 为 3 6 ． 1 ， 赤 铁矿含 量 约 为 7 ． 2 9 ／ 6 ； 一6 5 0 m水 平 中 央泵房试样 石英含量 约为 5 1 ． 2 ％ ， 珍 珠 陶土含 量约为 4 0 ． 4 ％ ， 赤铁矿含 量约为 8 ． 2 。珍珠 陶土 是高岭 石族 中 晶体结构最稳定的一种 ， 被水润湿后具有可塑性， 其化学组成是AI [ s i 0 。 ] OH 。 ， 珍珠陶土具有较大吸水膨 胀性 ， 易于风化碎 胀 ， 对巷道 围岩的稳定性 不利 ， 特别是 在大断面 大淋水情况 下 ， 将对 围岩失稳起严 重影响 。 l 山东科技大学 学 科 学 豫 第 2 9 卷第 4 期 2 0 1 0 年 8 月 V o I 2 9 N o 4 A u g 2 0 1 0 2 ． 5巷 道破坏 机 理分析 阳城煤矿 自井下巷道施工以来 ， 包括 一6 5 0 m水平井下 中央变电所在内的多数工程均受到不 同程度的 破坏 ， 综 合分析 其破 坏原 因主 要在 以下六 个方 面 。 1 岩石 强度 综 观 阳城煤 矿地 下工 程 的破 坏 ， 大多 在泥 岩 、 粉 砂 质泥 岩 和 细砂 岩 中。 一6 5 0 m 水 平 中央 变 电所 、 中 央 水泵房 等硐 室处 在泥 岩 、 细砂岩 中， 这些 泥岩 、 细砂岩 的单 轴抗 压强度 小 于 2 5 MP a ， 按坚 固性 系数 分 类 ， 其 厂 一 2 ～3 ， 属 于软 岩巷道 。 2 岩 石 流变与埋 深 阳城煤矿已变形破坏 的巷道与硐室表明 ， 这些工程大部分位于泥岩 、 页岩类岩层 中， 围岩岩石强度低 ， 围 岩侧 限应力 解 除 。在 上覆 岩层重 力 作用下 ， 会 产生塑 性 变形 ， 强 度高 的岩 石 ， 随 着 时 间 的增 长 也 会 出现 流 变 现象 ， 埋藏 越深 这种 现象 越 明显 ， 在 塑性变 形或 流变 的影 响下 ， 支护结 构会 出现 不 同程 度 的变形 与破 坏 。 3 水 的影 响 大量 的现场 实践 和室 内实 验表 明 ， 水对 岩石 和煤 层 的状态 有显著 影 响 。岩 石和煤 层 遇水后 ， 随水 分 的增 加其强 度将 逐渐 降 低 ， 即出现 软化 现象 ， 从 而加 快塑 性变 形或 流变 的进程 ， 造成 井下 支护 的变形 和破 坏 。 4 岩石 矿物 成分 的影 响 岩石 矿物组 成分 析测 试表 明 ， 阳城煤 矿井 下巷道 围岩岩 石 以珍 珠 陶土 为 主 。珍 珠 陶土虽 属 于 弱膨 胀 粘 土矿 物 ， 但 它遇 水 易泥化 、 水解 、 软 化 ， 如 果岩 石 的主要 成分 是珍 珠 陶土 ， 其 膨 胀量 将 会 相 当大 。如 遇水 或 其 他高 地应 力 的作 用 ， 其流 变也很 强 烈 。如岩石 矿物 中含 有 的黄 铁矿 遇水 氧 化 ， 将产 生 化 学反 应 ， 其 体积 可 增 大几倍 、 十几倍 。 阳城煤 矿井底泥岩 、 细砂 岩 、 铝土 、 粉砂质 泥岩 中珍珠 陶土含量 达 4 0 ％以上 。因此 ， 阳城煤 矿 井下工程 大面积大变形 量失稳 ， 最重要 的原 因之一就是珍珠 陶土在水 的影 响下持续 膨胀 软化 ， 在重力 及构 造应 力影响下 ， 发 生塑性变形及持 续流变 ， 在膨胀 力和流变力 的作用下支护结构 失稳 。 5 上覆 岩层 的影 响 大量研 究 资料 表 明 ， 地下 工程 支护体 系 承受 的重 力 P一7 Hi y为覆 岩容 重 ， H 为埋 深 ， 并 非所 有地 下 工 程受 力均 符合该 规 律 ， 即随着 工程 埋深 的增加 构造应 力 及其 残 余应 力 明显 增 加 ， 特 别 是 塑性 岩 石 的流 变 ， 脆 性岩 石 的碎胀逐 渐 加剧 。 阳城 煤矿 井下 工程埋 深 已超 过 7 0 0 m， 所 受上 覆 岩层 的压 力是 巨大 的 ， 对 强 度 高 、 厚度 大 的岩石 以及 胶结 良好 的砂 岩影 响不 明显 ， 而强度 低 的页岩 、 泥岩 在上覆 岩层 重力 的影 响下其 流变 或碎 胀 非常 明显 。 6 构造 应力 地 壳运 动形成 的断层褶 皱潜 藏着 巨大 的构造 应力 ， 靠近 或位 于这些 构造 带 的地下工 程 一旦开 挖 ， 这 些应 力 必将 释放并 重新 分 布 。在应力 重新 分 布过 程 中， 巷 道支 护体 系 必将 受 力 ， 且 更 要 承 受残 余 构 造 应力 的影 响 ， 这是 引起 巷道 失稳 、 变形 破坏 的重 要 因素 之 一 。阳城 煤矿 井 下 泵房 、 变 电所 及 一6 5 0 IT I 水 平 三条 石 门巷 道穿越 两条 断层 落差 分别 为 2 0 6 I T 1 和 4 5 m 中 ， 断层 在形 成过 程 中又形成 若干 个大 大小 小 的次 生小 断层及 节理 ， 这也是 造成 硐室 与巷 道工 程失 稳 的因素之 一 。 3深部高应力软岩巷道支护技术 3 ． 1高性 能支护 技 术 根据 组合梁 理论 、 悬 吊理论 等锚 杆支 护理 论 ， 采用 高 强度 、 高 刚度 和 高预应 力锚 杆 索 配合 金属 网 、 钢带 钢筋 梯 组 成锚 网支 护结 构 ， 实现对 巷道 顶板 和两 帮围岩 的有 效控制 ， 属 于一 次性 强支护 结构 型式 。要求 巷 道开挖 后及 时实 施 锚 网 成 套 支 护 ， 以形 成 对 顶 、 帮 围 岩 的 有 效 控 制 ， 避 免 围岩 的 弱化 ， 实 现 积 极 主 动 的 支 护 。 3 ． 2 整体 让 、 抗压 支护 技术 对于高应力软岩地层中服务年限较长的运输巷道、 交叉点等工程， 当一次高性能支护结构无法满足围岩 中的高应 力 和大变 形要 求 时 ， 初次 支护 往往采 用锚 喷柔 性支 护结 构 。巷 道 断面预 留一定 的 围岩变形 量 ， 围岩 松 动 圈向深部 逐渐 发展 过程 中产 生 的较大碎 胀力 使支 护结 构 与 围岩 整体 产 生一 定 的变 形 甚 至破 坏 ， 继 而 围 李取生等 深部 软 岩 巷 道 变形 特 性 及 其控 制 支 护技 术研 究 J o u r n a l o f S h a n d on g U niv e r s i t y o f Sc ie n c e a n d Te c h n o l o g y 翁 } 5 C l‘ e l 岩 的表 面集 中应 力 逐步 向 围岩深 部转 移 ， 实现 了结 构性 让压 ； 但 巷道 表层 围岩 体在 变形 让压 的 过程 中力学 性 能进 一 步弱化 ， 更深 部 围岩 的支护 力也 明显 下 降 ， 导 致 支护结 构 的整 体失 稳 。 因此 ， 必 须适 时实 施二 次支 护 ， 以形 成承 载力 高 、 抗 变形 能力 好 的复合 支护 结 构 ， 从 而使 巷 道 围岩 得 到有 效 控 制 ， 实 现巷 道 支 护 结构 和深 部 围岩 的共 同作 用 ， 发 挥破 裂 岩体 的应力 强化 特性 和 注浆 加 锚岩 体 的 弹 塑性 特 性 ， 组成 复合 关 键 承载 圈 ， 从 而 保证 围岩 和支护 结构 的整 体稳 定 ， 达 到控制 围岩 稳定 性 的 目的【 4 ] 。二次 支 护主要 采 用可 靠 的锚 固技术 、 围岩 注浆 技术及 高性 能 预应力 锚 索技术 来 实现 。 3 ． 3软 弱围岩 整体 转化 技术 巷 道 围岩塑 性 区范 围较 大 ， 特 别是 处 于破碎 区内 的围岩 大 部 分处 于 破碎 状 态 ， 整 体 性 和 自稳 性 较 弱 ， 即 使与锚杆等组合也无法形成有效的支护体一 。针对复杂条件下巷道 围岩存在的松散 、 软弱的特性 ， 采用锚固 和注浆 相结 合 的方法 ， 共 同对松 散 软弱 围岩 进行 加 固与支 护 ， 形 成 复合 锚 固承载拱 结构 ， 其 作用 范 围可达 3 ～ 5 m， 远 超过 常规 锚喷 支护 形成 的 0 ． 5 ～ 1 ． 0 I n的组 合 拱结 构 ， 从 而将 巷 道 围 岩从 破 坏 后 的 峰后 软 化 和残 余 变形状态转化为再生承载结构中的峰前弹性状态 ， 进而对更深部 的较完整岩体或破裂岩体形成有效的约束 作用 ， 并 提供较 强 的支护 力 ， 使深 部 围岩处 于较 高 的三 向应 力 状 态 ， 最终 控 制 围岩 塑性 区 的发 展 。围 岩表 现 出较 高 的承载 能力 和应 力强 化特 性 ， 形成 有效 控制 围 岩变形 的 关键 承载 圈 ， 围岩 与支 护整 体表 现 弹塑性 特性 和应 力强 化特 性 ， 进 而满 足 复杂条 件 下巷道 围岩大 变形 稳定性 控 制 的要求 ] 。 3 ． 4巷 道 围岩 稳定 控 制技 术组合 “ 三锚” 动态 叠加 支护 技 术 上述不 同支护技 术 在解决 不 同地层 和 不 同类 型 的巷 道 稳定 控 制 问题 时 均 取得 了一 定 的 效果 ， 但 对 于 极 复杂 条件下 巷 道 围岩 大 变形 的控 制效果 还 是很 有 限 ， 甚 至 出现 了失效 的情 况 。研究 表 明 ， 上 述不 同技 术 的适 用条件 存在 一定 的局 限性 ， 通过 将 不 同的技 术进 行综 合 运用 ， 可 以获得 极 好 的效 果 ， 从 而形 成 满 足巷 道 围岩 大变形 要求 的“ 三锚” 动态 叠加 支护 技术 。该 技术 的应用 前 提是 ， 必须 把 实施 巷 道 围岩 的特 性 及 变形 失 稳 机 理 弄清楚 ， 然 后选 择合 理 的初次 支护 结构 ， 并加 强支 护 监 测 和预 测 ， 进 而确 定 二 次 支护 或 加 固方 式 及 最 佳时 机 ， 以达 到最 好 的围岩 控制 效果 l 7 ] 。 阳城煤矿的深部复杂软岩巷道具有大变形和难支护的特点 ， 因此 ， 基 于以上支护原则和支护技术 ， 提 出 了具 体 的稳 定 性控 制技 术方 案和 支护 参数 ， 充 分运 用 了锚喷 、 锚 索和 锚 注支护 技术 相结 合 的“ 三 锚” 动态 叠加 支护 技术 ， 并 根 据 围岩稳 定 的特点 ， 适 时实 施不 同 的支护 措施 。 4硐室 围岩变形控制技术方 案 中央变 电所 变形 控制 支护 体 系如 图 1 所 示 ， 泵房 围岩 变形 控制 支 护体 系如 图 2 ～图 4所示 。 图 1 变 电所 加 固 结构 图 Fi g ． 1 Th e r e i n f o r c i n g s t r u c t u r e o f t r a n s f o r me r s t a t i o n 单位 l n n l 图 2 泵房 拱帮锚索锚注加固结构 图 Fi g．2 Th e r e i nf o r c i n g s t r u c t ur e o f a r c h a n d r i b s o f p u mp c h a mb e r wi t h c a b l e a n c h o r i n j e c t i o n i 山东科技大学 学 单位 I n to 图 3泵 基 础 两侧 底 板加 固 方 案 图 Fi g．3 The r e i n f or c e me n t p l a n f or t wo s i de s o f pu mp b a s e 第 2 9卷第 4期 2 01 0年 8月 vo I 2 9 N o 4 Au g 20 1 0 图 4泵基 础 之 间底 板加 固 方 案 图 Fi g． 4 Th e r e i n f o r c e me n t p l a n f o r f l o or b e t we e n pu mp b a s e s 1 顶帮 变形 控制 技术 方案 锚索 选用 O1 7 ． 8 mm 的 俐绞 线 制 作 ， 长 6 5 0 0 F il m， 间距 为 1 5 0 0 17／q U 1 ， 排距 2 0 0 0 mm， 两排 问设 注浆 锚杆 ， 注浆 锚杆 选 用 02 5 2 0 0 0 mm 的高 强注 浆 锚杆 。注浆 锚杆 问 排距 为 1 5 0 0 m m X 2 00 0 m i D _ 。 2 底板 变形 控制 技术 方案 底板 巷道 底拱采 用 锚 梁加 固方 式 ， 锚梁 排 距 为 3 0 0 0 r n m， 每 梁 均布 3根 锚 杆 。在锚 梁加 固基 础上 再采用 抗 让结合 的 支护结 构 ， 即在锚 梁之 上浇 注 3 0 0 mm 厚 炉渣 混凝 土 ， 以缓 冲底 板 来 压 ， 再在 炉渣 混凝 土充 填 的基础 上浇 注 。 的素 混凝土 至地 坪 。 5 围岩 变 形 控 制 效 果 监 测 深部 软岩 巷道 支护 效果 的监测 内容 较 多 ， 制 定 监测 计 划 时 应 根 据 软岩 巷 道 工 程 的地 质 条 件 、 巷 道 的 种 类 、 服务 年 限 、 支护 方式 、 围岩类别 以及 丁程 具体情 况 等选取 监 测项 目l 。 中央变 电所加 同施 工完 成后 即设 置 了围岩表 面 收敛变 形测 点 ， 并 进行 了连 续监测 ， 巷 道 围岩表 面收敛 变 形 曲线如 图 5所示 。在 对 一6 5 0 m水 平 中央变 电所 支 护效 果 监 测 的过 程 中 ， 分别 在 _一根顶 板 锚 杆 和两 根锚 索上 安装 了测 力计 并对 其受 力情 况进行 了监测 ， 锚 杆 和锚 索 的受 力 曲线 如 图 6所 示 。通 过对 锚 杆 和锚 索 的 受 力情况 进行 监测 ， 可 以分析 巷道 服务 期 间 锚杆 和 锚 索 承担 荷 载 的变 化情 况 ， 以 监测 锚 杆 和 锚 索 的工 作 状 态 ， 为调 整和修 改 支护参 数提 供实 测数 据 。通过 对 中央变 电所 巷 道顶 板 离层 情 况 的监 测 可 以得 到锚 杆 锚 固 区 内外 的顶板 离层 值 ， 并据 此判 断顶 板锚 固 区内外 围岩 的稳 定 性 以及锚 杆 支 护参 数 的 合理 性 。安 装 顶板 离 层指 示仪 后 ， 顶 板 围岩 的离层 情况 可 以得到 连续 的直 观量 测 ， 并 可及 早发 现 顶板 失 稳 的征 兆 ， 以避 免 冒顶 事 故 的发生 。在 中央 变 电所监 测得 到 的顶 板锚 同区 内外 的离 层 曲线 如 图 7所 示 。监 测 数 据表 明 ， 6 5 0 m 水 平 中央 变 电所 的顶 板 围岩锚 同 内外 的离 层值 均较 小 ， 锚 同 区 内的最 大顶 饭 离层 值 为 2 ． 9 mm， 锚 同区外 的 最 大顶 板离层 值 为 3 ． 2 E l l i l l ， 巷道 顶板 的稳定 性 较好 。从 图 7中的顶 板 离层 曲线还 可 以看 出 ， 顶板 锚 固区 内 外的离层值逐渐趋于一个稳定值 ， 表明中央变电所顶板在加固处理后 围岩离层运动趋于稳定 ， 巷道的整体稳 定 性得 到 了全面控 制 。 支护稳定性控制效果的监测数据表明， 注浆可以提高围岩自身的力学特性， 强化岩体的整体性， 并使原 锚杆和锚索的支护性能大大提高 ， 通过注浆和锚杆加 固后 ， 原喷层与经注浆加固后 的围岩结合为一体 ， 二者 实现共 同作用、 协调变形 ， 扩大了参与支护并具有结构效应的围岩范围， 提高了支护结构 的整体性 ； 加固支护 体系 中 的高性能 锚杆 的组 合拱 作用 、 锚索 的减 跨作用 和增强 铰 支 座作 用 ， 有效 改 善 了 支护 结构 的受 力状 态 ， 2 l 李取生等 深 部软 岩 巷 道 变形 特 性 及 其 控 制 支 护技 术研 究 J o u r n a l o f Sh a n d o n g Un iv e r s i t y o f Sc ie n c e a n d Te c h n o l o gy R a t L a { S c ie n c e 将 结构 由原 来 的抗 弯 和抗拉 状态 转化 为抗 压状 态 ， 提 高 了复合 支 护 结 构 的承 载 和抵 抗 变 形 的 能力 ； 底 板 采用抗让结合的加固方案 ， 取得了理想的支护效果 ， 保证 了巷道围岩的长期稳定 。 鲁 暑 匿 ． ． r _ _ 1 - ● ． ． 一 L ／ ⋯一 rJ ， 一 一网 帮 移 重 l I ● _ ● I _ ● _ I ● I l I I ● l I I 9 l 0 l 2 1 4 l 6 l 8 20 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 监测天 d 图 5 --6 5 0 i n水 平中央变 电所 围岩 收敛 变形曲线图 Fi g． 5 The c on ve r ge n c e a nd de f or ma t i o n c u r v e s o f s ur r o un di ng r o c ks o f c e nt r a l t r a ns f o r me r s t a t i on at 6 5 0 m l e ve l l 2 J ’ 一 l 。 。l 芏 三 三 查 三 二 兰 至兰 三 至 so }_一．L A A A -- 迫 6 o L 一 l 4 o 一 l 锚杆 十2 锚杆 3 锚杆 I 2 0 一 十l 锚索 一 x 一2 锚 索 。l ～ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l 】1 2 l 3 l 4 l 5 监测天数／ d 图 6 6 5 0 m 水 平 中 央 变 电 所 锚 杆 和 锚 索 受力 曲线 图 Fi g． 6 Th e s t r e s s c ur ve s o f b ol t s a nd c a bl e a nc h or s o f c e nt r al t r a n s f o r me r s t a t i on a t～ 6 5 0 m l e ve l J 一 ． ， - H 一 一一． H H H ．．一 一 严- I ， ． r 一 一t。l锢 外 h 一 i i | I i i i i i i ● 1 i _ - _ _ l - - j ‘ 1 0 l 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6】 8 2 0 2 2 24 2 6 2 8 30 监测 天 d 图 7 6 5 0 m 水 平 中 央 变 电 所 顶 板 离 层 曲线 图 Fi g ．7 Th e r o o f s e pa r a t i n g c u r v e s o f c e nt r a l t r an s f o r me r s t a t i on a t一 6 5 0 m l e ve l 对于阳城煤矿的新掘巷道与硐室 ， 根据现场的工程地质条件 ， 研究决定采用扩大巷道断面， 初次锚 网索 喷支 护加 二次锚 注支 护 的联合 支护 方案 。根 据新 掘巷 道 的支 护设 计 方 案进 行 施 工后 ， 新 施 工 的巷 道 没 发生 明显变 形 ， 更无破 坏 现象 。对北 三采 区绞 车房 基础 及几 个大 型皮 带机 头硐 室基 础设 置压力 缓 冲层 ， 配合 强抗 力支护 结构 的底 臌治 理方 案 ， 均取 得 了较好 的效果 。 6 5 4 3 2 l O 5 0 5 0 5 O 5 0 3 3 2 2 l l 0 目u v 靼噬艟 i 山东科技大学 学字 自 然 科 学 姆 6 结 论 第 2 9卷 第 4期 2 O 1 O年 8月 V oI 2 9 N o 4 Au Q 2 01 O 通 过对深 部极 复杂 软弱 地层巷 道 与硐室 进行变 形原 因分 析研究 ， 确 定 了深 部软 岩巷 道 的变形破 坏机理 ， 提 出的 深部软 岩巷 道与硐 室 的稳定 性控 制方 案可 以很好 地解 决 巷 道与 硐 室 围岩 的长 期稳 定 问 题 ， 经济 效 益 和社会 效益 显著 。取得 的 主要技术 经验 如下 。 1 提 出采用 炉渣 混凝 土作 为压力 缓 冲层 ， 坚 持抗 让结 合 的原 则 ， 配合强 抗力 支护 结构 体 系 ， 对 深部 极 复 杂软岩 巷道 与硐 室 的底 臌进 行治 理 ， 实践表 明 ， 取 得 了显著 的效果 。 2 提 出 了深部极 复杂 软岩 巷道 与硐 室 罔岩 稳定性 控制 的“ 三锚联 合 支护技 术” 的概 念 。即采 用锚 喷 、 锚 索 和锚 注联合 支护 技术 控制 深部 高应力 软岩 巷道 的稳定 性 ， 充 分发 挥锚 喷 、 锚 索 和锚 注各 自独 特 的支护原 理 和支 护作用 ，