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主讲人：唐建新（教授、博士生导师）二〇一一年七月新建矿井支护体系的建设11、问题的提出2、巷道支护体系的建立2.1地质力学的评估2.2巷道分类方法2.3基于巷道围岩分类方法的支护选型的确定2.4巷道支护参数的优化2.5巷道围岩变形及支护的实时监控提纲1问题的提出（1）为了安全的需要（目前顶板事故在各类矿井事故中排名第三）。（2）保证矿井正常生产的需要（通风、排水、运输、行人、回采作业等生产系统畅通）。（3）降低支护成本、避免采掘空间的反复维修。2、巷道支护体系的建立2.1巷道支护体系的建立2.1.1地质力学的评估2.1.2巷道分类方法2.1.3基于巷道围岩分类方法的支护选型的确定2.1.4巷道支护参数的优化2.1.5巷道围岩变形及支护的实时监控2.1地质力学的评估地质力学评估为锚杆支护的科学设计提供基础数据，其内容包括现场地质条件调查、巷道围岩力学性质测定、原岩应力实测、再生应力监测及短锚固拉拔试验等。地质力学评估主要包括3部分内容：(1)围岩应力原岩应力实测以及围岩力学参数测试是巷道支护的基础性实测工作(2)岩石力学性质巷道支护设计所需的岩石力学参数包括单向抗压强度、层面力学特性、岩石变形模量、水分含量、富含粘土质岩层的潮湿敏感性等均可通过现场采取岩样进行岩石力学试验。(3)围岩的可锚性锚固拉拔试验是锚杆支护的常规实测项目，用于评价巷道围岩的可锚性。2.1地质力学的评估声发射系统MTS815岩石试验系统结合MTS815岩石实验系统与声发射系统，在岩石Kaiser效应理论的基础上，可以进行原岩应力场的室内测定2.1地质力学的评估利用电磁波的透射和反射原理对围岩松动圈进行连续无损伤探测。地质雷达2.1地质力学的评估工人现场检测雷达波形图松动圈锚杆•巷道围岩稳定性分类是将巷道围岩稳定性按支护的难易程度分类，以便为支护设计、施工与管理提供科学依据。2.2巷道围岩分类方法巷道围岩松动圈分类方法：巷道开挖后，破坏了围岩的原始应力平衡状态，即产生松动变形。如不急时支护，任其发展，就会产生岩层破坏，围岩冒落。这种由于巷道开挖而使围岩应力平衡状态破坏，产生松动变形的范围被称为围岩松动圈。它是一个定量的综合指标。测取围岩松动圈范围值比较简单、实用。用围岩松动圈进行围岩分类，确定支护结构和参数，是一种有效的方法。2.2巷道围岩分类方法2.2巷道围岩分类方法表1巷道支护围岩松动圈分类表围岩类别分类名称松动圈厚度（cm）支护机理及方法备注小松动圈Ⅰ稳定围岩0～40喷射混凝土支护围岩整体性较好，不易风化的可不支护中松动圈Ⅱ较稳定围岩40～100锚杆悬吊理论喷层局部支护Ⅲ一般稳定围岩100～150锚杆悬吊理论喷层局部支护刚性支护局部破坏Ⅳ一般不稳定围岩150～200锚杆组合梁理论喷层、金属网局部支护刚性支护大面积破坏大松动圈Ⅴ不稳定围岩200～300锚杆组合梁理论喷层、金属网局部支护围岩变形有稳定期Ⅵ极不稳定围岩＞300待定围岩变形在一般支护条件下无稳定期2.3基于巷道围岩分类方法的支护选型的确定从1979年开始，国内从研究开巷后围岩的状态入手，做了大量现场和实验研究工作，在几经工程验证的基础上，提出了围岩破裂过程中的岩石碎胀变形（碎胀力）是支护的对象，并把在围岩中发展的这个破裂区定义为围岩松动圈。之后又在大量实测松动圈的基础上，提出了以松动圈厚度为指标的巷道支护岩石分类方法、支护机理解释和支护参数确定方法，称之为松动圈巷道支护理论。2.3基于巷道围岩分类方法的支护选型的确定松动圈围岩分类方法以松动圈的尺寸为惟一的分类指标，因此可以根据围岩松动圈的大小确定锚杆支护机理。(1)小松动圈（LP=0～40cm）的Ⅰ类围岩不需要锚杆，仅采用喷射混凝土支护；(2)中松动圈（LP=40～150cm）的Ⅱ、Ⅲ类围岩宜用锚喷支护形式，用新概念的悬吊理论设计锚喷支护参数，设计的悬吊点是在松动圈边界外的岩石中，这点与传统的悬吊原理需要把悬吊点选择在稳定性较好岩层上是不同的。(3)大松动圈（LP=150～300cm）的Ⅳ、Ⅴ类围岩采用锚喷网支护，采用锚网喷组合拱理论设计支护参数；(4)超大松动圈（LP300cm）的Ⅵ类围岩在没有进一步研究资料之前，应采用以锚索+钢筋网+喷射混凝土为基础的复合支护。2.4巷道支护参数的优化在围岩松动圈理论的基础上，确立基本支护选型，并设计出相应的几套方案。采用大型数值计算软件，建立各方案的数值计算模型，通过模拟煤层的回采及巷道的采掘，得到受采动影响后，巷道围岩变形规律，通过对比，优化得到最佳方案。2.5巷道围岩变形及支护的实时监控•巷道围岩在进行支护后，由于采动的影响，还会有一定的变形，通过监控巷道围岩的断面收缩，锚杆锚索的拉力，喷层的受力，从而确定所采用的支护选型是否有效，并在此基础上，结合数值模拟的结果，进一步优化支护参数。地质力学的评估技术路线：巷道围岩分类基于围岩松动圈分类方法的支护选型及参数的确定巷道支护参数的优化巷道围岩变形及支护的实时监控围岩物理力学性质矿区原岩应力锚固拉拔实验数值计算