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井巷设计优化与施工新技术第二讲岩石巷道的锚喷支护湖南工程学院曾宪桃（博士、教授、博士生导师）二零一零年八月井巷维护目的在于保证井巷稳定性前提是经济合理，稳定与经济兼顾，不可偏废围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态当围岩应力恰等于围岩强度时，井巷处于极限平衡状态当围岩应力小于围岩强度时，井巷才得以稳定提高围岩强度，降低围岩应力1井巷维护总原则围岩岩性、井巷位置、所处深度、巷道轴线方位、断面形状尺寸、掘进破岩方法、掘进时间、掘进方案、巷道布置与采动影响、以及支护类型与特征等。在以上因素中，巷道断面形状尺寸、掘进方案方法、巷道布置和支护类型与特性等，有很广泛的选择调节余地。2影响井巷稳定性的主要因素3井巷维护措施将井巷置于最坚硬的岩层中选择井巷位置调整岩性以提高或降低围岩强度调整与相邻巷道或采场的距离调整和采空区的相对关系巷道轴线方向断面形状与轴比(跨高比)断面尺寸掘进破岩方法掘进时间与沿空护巷选择合理的支护方式巷道围岩支护共同作用原理围岩支护共同作用原理锚喷支护——锚杆与喷(射)混凝土联合支护锚杆和喷混凝土都可独立使用联合应用，支护效果更加完善锚杆的最大特点是置入围岩内部，发挥其自身支护作用锚杆的支护效果良好，且用料省同样支护效果条件下，锚杆的用钢量只有U型钢支架的1／12～1／154锚喷支护4锚喷支护——结构类型国内外锚杆的构造类型不下数十种最常用的有：倒楔式钢锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、树脂锚杆、竹锚杆等最近发展的有：快凝水泥砂浆锚杆膨胀水泥砂浆锚杆管缝式锚杆等各种锚杆各有特点4锚喷支护——作用机理悬吊作用，减跨作用，组合梁作用，组合拱作用，加固作用，改善围岩周边应力状态(改双轴为三轴应力状态)作用等。有的能解释特定情况下锚杆的作用，有的则非锚杆所特有的作用(如改善周边应力状态，别的支护也有这种功能)，但都未能阐明或明确解释为什么锚杆用料极省。4锚喷支护——锚杆参数的确定方法锚杆长度计算公式为l＝l1+l2+l3式中：l1——外露长度；l2——有效长度；l3——锚入坚硬稳定岩层内的长度。按杆体承载力与锚固力等强度原则确定杆体直径按锚杆所能悬吊的岩体重量计算杆间、排距。5喷射混凝土支护喷混凝土最突出的支护特点，是在施工过程中表面一经暴露可以立即喷射，除了起临时支护作用以外，还及时将岩面加以封闭，隔绝水、湿气和风化对岩体的不利作用，防止岩体强度降低，起到间接提高举岩强度的作用。这一点对于易风化遇水崩解膨胀的软岩，意义十分重要。喷混凝土配和锚杆应用，可以克服锚杆的最大弱点，起着防止杆间活石风化、冒落作用。喷混凝土有时也可以单独作为一种支护方式，或在锚喷联合支护中起主要作用。性质——本质是脆性的，岩体变形较大时，喷层容易开裂、剥落缺点：回弹率和粉尘浓度大5喷射混凝土支护——喷层厚度岩体变形小时，只需素喷混凝土，不必锚杆，喷厚可为50～150mm。岩体变形大时，应以锚杆为主，喷层为辅。这时喷厚有20～50mm即可。围岩变形在2～5cm时，用素喷混凝土，变形较大时用喷混凝土和锚杆联合支护。6巷道支护效果检测方法该方法最简单，但意义很重要。例如，将岩体表面位移量测资料，形成位移与时间的关系曲线，最常见的三种情况。其实质就是蠕变曲线。对于斜率持续不变或不断增长，可以预见趋向不稳定的情况，通过采取适当措施，如加强支护，改善排水条件等，使位移时间曲线斜率减小或趋于稳定。一、巷道围岩收敛测试围岩收敛关系曲线收敛计及测点布置围岩位移是指围岩的绝对位移，该项测试可以反映围岩的时空变化情况。二、围岩位移测量围岩松动圈是反映巷道围岩破坏范围的重要参数，一般用声波方法测试。目前多采用单孔一发双收的方法测试。根据声波的速度变化来判别巷道围岩的破坏情况。三、围岩松动圈的测量当岩石破碎时，岩石存在大量的缝隙，其密度变小，声波在破碎岩体中传播的速度与岩体的破碎程度有直接关系。声波测试围岩松动圈，就是根据这一原理进行的。基本原理声速沿孔深增加基本保持不变，这说明岩体完整、节理裂隙不发育，可以认为松动圈厚度等于零。在巷道表面一定范围内，声速值下降，但随着孔深增加，声速保持不变，此时松动圈厚度可由A确定。在巷道围岩一定深度内，声速增加，然后随孔深加大声速逐渐下降趋于稳定，这说明巷道围岩存在应力集中区，但应力值并未达到岩石的抗压强度，岩体仍然保持完整。此时围岩松动圈等于零。在巷道围岩一定范围内，声速值降低，随孔深增加声速增加，一定距离后，开始下降并逐渐趋于稳定。此时巷道围岩松动圈的大小由图中的A点确定，图中声速增大处说明应力集中区的存在。测试结果的应用随时检测巷道变形情况，以便在巷道失稳之前采取措施；检验支护设计方案的正确与否，以便即时更改；掌握巷道端头效应，制定合理的永久支护时间；服务支护参数设计。