淺析軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)

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1、淺析軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)趙鳴（中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，中國北京100120）【摘要】受采動(dòng)影響，軟巖巷道支護(hù)難度較大，從軟巖分類及其工程力學(xué)特征和軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)策略兩方面對軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)進(jìn)行了探討，分析了錨網(wǎng)索耦合、最佳支護(hù)時(shí)間、圍巖結(jié)構(gòu)耦合、支護(hù)系統(tǒng)耦合等關(guān)鍵問題，為支護(hù)方案確定提供理論基礎(chǔ)。.jyqkining,supportingofsoftrockroadechanicscharacteristics,bolt--anchorcouplingsupportofsoftrockroadal

2、supportingtime,surroundingrockstructurecouplingandsupportingsystemcouplingisanalyzed,providingtheoreticalbasisforsupportingplan.【Keyation;Bolt--anchor+Pa的巖層軟巖；（2）G.Russo定義：單軸抗壓強(qiáng)度小于17MPa的巖石為軟巖；（3）把單軸抗壓強(qiáng)度與巖石體積質(zhì)量與深度乘積的比值小于2的巖層稱為軟巖。工程定義：中國礦業(yè)大學(xué)董方庭教授、鹿守敏教授以圍巖松動(dòng)圈的大小作為依據(jù)分

3、別定義了軟巖，前者認(rèn)為松動(dòng)圈厚度大于1.5m的圍巖統(tǒng)稱為軟巖，后者定義松動(dòng)圈厚度大于1.5m并且用常規(guī)支護(hù)不能滿足巷道支護(hù)要求的圍巖稱之為軟巖。1.1.2工程軟巖何滿潮教授提出“工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體”，工程軟巖滿足以下條件：σ≥[σ]U≥[U]（１）σ——工程載荷，MPa；[σ]——工程巖體強(qiáng)度，MPa；U——巷道變形，mm；[U]——巷道允許變形，mm。1.2軟巖的分類根據(jù)軟巖的強(qiáng)度特性、結(jié)構(gòu)面、泥質(zhì)含量及其塑性變形力學(xué)特點(diǎn)，將軟巖分為高應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖、低強(qiáng)度軟巖和復(fù)合型軟巖[6]

4、。我們把在較高應(yīng)力水平條件下（>25MPa）才發(fā)生顯著變形的中高強(qiáng)度工程巖體稱為高應(yīng)力軟巖;把含泥質(zhì)成分很少(或幾乎不含)的,在地質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程中形成了多組節(jié)理,有的巖塊強(qiáng)度頗高,呈硬巖力學(xué)特性,但是整個(gè)工程巖體在巷道工程力的作用下發(fā)生了顯著的變形,呈現(xiàn)出軟巖的特性的巖體稱之為節(jié)理化軟巖;把含有黏土高膨脹性礦物在較低應(yīng)力水平（<25MPa）條件下即發(fā)生顯著變形的低強(qiáng)度工程巖體稱之為低強(qiáng)度軟巖；把具有上述三種軟巖類型組合特性的巖體稱之為復(fù)合型軟巖。1.3軟巖的工程力學(xué)特征及軟巖巷道工程變形力學(xué)機(jī)制1.3.1軟巖的工程

5、力學(xué)特征軟巖的工程力學(xué)特性是受軟巖中的泥質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)面和巖粒內(nèi)聚力控制的，其中泥質(zhì)成分遇水易膨脹，結(jié)構(gòu)面在工程力作用下易于發(fā)生滑移，而巖粒的內(nèi)聚力低造成了軟巖在受力情況下顯現(xiàn)出分散性，軟巖除了具有以上性質(zhì)外，可塑性，崩解性等特性也屬于軟巖的力學(xué)特征[7]。軟巖不同的工程力學(xué)特征顯現(xiàn)是由不同的軟巖工程力學(xué)機(jī)理造成的，如表1所示：1.3.2軟巖巷道工程變形力學(xué)機(jī)制軟巖巷道工程從最初的巷道產(chǎn)生過量變形到局部破壞再到整個(gè)巷道和支護(hù)系統(tǒng)的失穩(wěn)，有著一系列復(fù)雜的變形力學(xué)機(jī)制，這些復(fù)雜的變形力學(xué)機(jī)制是造成軟巖巷道工程失穩(wěn)的根本原因[8-

6、11]，通過大量的理論分析和工程實(shí)踐總結(jié)，將軟巖巷道工程的變形力學(xué)機(jī)制分為物化膨脹型、應(yīng)力擴(kuò)容型和結(jié)構(gòu)變形型三類，具體內(nèi)容見表2：2軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)策略巷道的破壞首先從關(guān)鍵部位開始，關(guān)鍵部位產(chǎn)生的根本原因是支護(hù)體力學(xué)特性與圍巖力學(xué)特性的不耦合造成的，因而在支護(hù)過程中，要基于“耦合”角度，充分考慮支護(hù)體與巷道圍巖的相互作用，最大限度的發(fā)揮圍巖的自承能力，維護(hù)巷道的穩(wěn)定性。2.1錨網(wǎng)索耦合支護(hù)2.1.1錨網(wǎng)索耦合支護(hù)概念軟巖巷道工程支護(hù)系統(tǒng)的失穩(wěn)主要是因?yàn)橹ёo(hù)體與圍巖在剛度、強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)面上與圍巖的力學(xué)特征出現(xiàn)不耦合而造

7、成變形不協(xié)調(diào)，從而產(chǎn)生有害變形，并首先從某一部位開始產(chǎn)生破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的失穩(wěn)。錨網(wǎng)索耦合支護(hù)就是通過錨網(wǎng)-圍巖、錨索-關(guān)鍵部位支護(hù)的耦合，限制圍巖產(chǎn)生有害變形，使得支護(hù)體與與圍巖形成一個(gè)整體，圍巖載荷均勻作用于支護(hù)體之上，充分發(fā)揮圍巖自承力，實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)的穩(wěn)定[12]。2.1.2錨網(wǎng)索耦合支護(hù)特征由軟巖巷道的破壞機(jī)理可知，軟巖巷道破壞失穩(wěn)的根本原因是支護(hù)體與圍巖的不耦合造成的，可知，要實(shí)現(xiàn)錨網(wǎng)索耦合支護(hù)，其必定滿足支護(hù)體與圍巖在剛度、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)上的耦合。其基本特征見圖1：2.2最佳支護(hù)時(shí)間和最佳支護(hù)時(shí)段大量的工

8、程實(shí)踐表明，巷道開挖后，應(yīng)力重新分布，巷道圍巖變形量會逐步加大，但其變形速度會逐步降低，近似可劃分為加速階段、平穩(wěn)階段和減速階段。在加速變形階段，圍巖產(chǎn)生新裂隙，其強(qiáng)度必定大大降低，然而，從另一方面講，這樣卻可以使圍巖釋放過多積蓄的能量，使得巷道圍巖剛度過度強(qiáng)于支護(hù)體剛度而不能達(dá)到支護(hù)系統(tǒng)耦合的問題得到