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论述题：深部巷道围岩变形特征及控制机理、技术。答：一、巷道围岩变形特征受到地质构造、高地应力、重力、动压和工程偏应力等很多因素的共同作用，深部巷道的变形特征呈现出复合特征。主要有六个特征：1.开挖后开始阶段变形速率大深部开釆的高应力条件使得煤岩体中聚居了很高的弹塑性能量，而由于巷道掘出后会产生载荷卸载的作用，这将导致所储存的弹塑性能量较快地释放出来，最终引起巷道刚掘出时产生很大的变形速率。2.总变形量大深部幵釆中，掘巷初期深部巷道围岩就会出现很大的变形，这是深井巷道矿压有别于浅部巷道的一个主要特征。根据前苏联的专家相关研究分析：随着巷道埋深的增大，巷道围岩的变形量以近似线性函数的关系急剧增长，例如从600m起，巷道埋深每增加100m，巷道的顶底板移近量就会相应增加10%到11%左右。某矿实测数据表明，深部开采巷道围岩的变形量可达300-500mm(若没有合理的进行支护，巷道围岩变形量最大可达到1000mm)。当巷道埋深达到800-1000m，巷道围岩的变形量甚至能超过1500mm(这取决于巷道埋深和围岩岩体物理力学性质等因素)，深部幵采巷道的返修率能达到40%-80%。3.底臌量大深部开采中巷道有别于浅部巷道的另一个特点就是巷道的底臌量极大。据资料统计，随巷道埋深的增大，底臌量、顶底板相对移近量和产生底臌的巷道比重也有逐渐增大的趋势。治理巷道底臌的复杂性、旧有的浅部巷道支护观念以及巷道所处的高应力条件，使底臌成为了保持深部巷道稳定性的又一个难题。4.冲击矿压频率增大及强度提高冲击地压是全球范围内矿井的一个主要地质灾害。随着巷道埋深的增加，巷道围岩因变形而储存的能量呈二次方函数关系迅速增长，采矿活动会引起这部分能量释放，当释放速度大于煤、岩体破坏消耗能量的速度时，就会导致冲击地压的发生。相关的理论研究和现场生产实践都已经表明：冲击地压发生的频率击地压发生的频率以及强度与开釆深度是正相关的。据相关冲击矿压巷道的现场统计：国内一般矿井发生冲击地压临界深度为200-400m，部分矿井能达到500-650m，甚至更大的埋深才发生冲击矿压。5.较强的流变特性和时效性深部开釆中巷道围岩变形还表现为明显的时效性质以及流变性质。这是指：深部巷道开挖后，幵始阶段的高变形速率虽然会随着时间的增加慢慢减小，而与浅部巷道不同的是，巷道围岩的变形从开始到最终稳定需要的时间更久，更漫长；巷道围岩变形逐渐稳定以后，变形速率会维持较低的水平上；此后，围岩的变形会以这个变形速度逐步发展，即产生流变，直至受到其他条件的影响。这个时间段主要是与围岩破裂区域范围的大小有关，也就是说破裂厚度越大，巷道变形趋于稳定所需要的时间就会越长。大部分巷道变形时间在25到60天左右，但也有部分巷道持续变形半年仍然达不到相对稳定的状态。6.普通的支护不能控制深部巷道的变形深部开釆中，在高应力条件之下，深部巷道围岩的变形更为剧烈，破坏程度也更加严重，这就要求支架具有很高的工作阻力、初撑力和可缩量，而普通刚性支护不能控制深部巷道的长期变形和很大的变形量，由于不能提供适当的让压，所以承受着远大于承载能力的变形压力，支护安装后不久就须再次甚至多次返修。而巷道掘好后不久就失稳继而废弃，使得深部巷道维护稳定的费用剧增。二、深部巷道围岩控制机理结合相似模拟试验结果、数值模拟结果和前人大量的工程实践经验，提出在对深部巷道进行支护时应该主要遵循五个原则：1.适应原则支护结构要适应深部巷道的变形特点，在支护结构与巷道围岩共同变形的过程中应尽可能保持围岩的完整，避免围岩破坏失稳，要选择能够满足高应力及大变形的支护体，并要求支护材料在变形能力、强度及刚度方面能够与巷道围岩的变形相适应。2.整体原则在对深部巷道进行支护方式的选择和支护参数的设计时，应该把巷道围岩(顶板、底板和两帮)当成一个整体来看待，这样支护以后巷道围岩不同部位之间就能协调变形，围岩整体也能与支护系统共同变形和承载内部应力，进而能够保持巷道的整体稳定。3.软弱部位重点控制原则现场中巷道的失稳破坏往往是从一些软弱部位开始的，一般巷道由于断面形状和围岩岩体性质等因素的影响，巷道都存在着软弱部位，故而应该加强这些部位的控制力度，防止巷道从这些部位产生破坏，进而导致巷道整体失稳。4.预留变形原则深部巷道往往变形量远大于浅部巷道，为了保证深部巷道能够足矿井正常生产的需要，在对深部巷道进行合理的支护加固以外，还要在设计断面时留出一定的预留变形量。5.经济合理性原则(选择合理性参数)通过优化得到合理支护参数，包括锚杆长度，粗细，托盘材质。利用支护构筑物的整体性，利用锚杆锚索注浆等多种手段维持住巷道的稳定。改变施工工艺，比如利用机掘而不是炮掘，减小爆破对围岩的扰动，此外尽量利用高强锚杆(索)支护体系，软弱面加强支护等手段保持巷道稳定。尽量使巷道的强度和刚度与围岩相适应，发挥围岩的自承能力，不过分提高支护体的强度和刚度，使支护成本保持在合理范围之内。三、深部巷道围岩控制技术1.主动支护技术在进行深部巷道的支护设计时，应考虑到巷道围岩自身是巷道的主要承载部分，而支护结构的主要作用是保护围岩的承载能力。一味的提高支护强度并不能改善巷道的维护效果，需充分调动起围岩自身的承载能力才能保证巷道的稳定性，这是进行深部巷道支护设计时所必需遵循的主要原则，而主动支护技术能显著的提高围岩的强度。在对深部巷道围岩进行支护时，采取主动支护技术，例如锚杆(索)和注浆技术，通过对锚杆(索)施加一定的预紧力或对破裂围岩进行注装，可以大幅提高破碎围岩的内聚力等物理力学性质，进而提高了围岩的强度。从控制方法这个方面可以看出，为了更有效的发挥锚杆的加固和卸压两方面的作用，可釆用锚索来对围岩进行加固，使其与巷道围岩共同承载和卸除部分应力，要求锚杆和锚索具有一定的变形能力和足够的强度和刚度。锚杆及锚索要在巷道围岩变形弱化的过程中，有效保证围岩在一定的强度范围之内。2.联合支护技术深部巷道比较理想的支护方式是锚梁网索和锚注相结合的支护方式，有效发挥各个支护元素的特点来保证巷道的稳定性。①锚杆可以深入到巷道的破碎岩体中，一方面可以大幅度提高破裂面的粘聚力和内摩擦角的物理力学性质；另一方面，通过发挥锚杆的加固及组合等作用，可以巷道围岩中破裂的小块体组合成大块体，所有锚杆共同作用从而形成组合拱。②锚索对巷道围岩起到加固支护的效果是复杂和综合性的多种机理共同作用而形成的，目前广泛认为锚索主要有减跨作用、组合梁作用及悬吊挤压作用，同时锚索作为一种加强支护手段，可以将锚杆形成的组合拱悬吊在巷道破碎围岩上部稳定的岩体中，辅助锚杆进行加强支护，所以描索很适合深部大松动圈围岩的支护。③钢筋网可以将描杆连接成群体描杆，并支撑围岩内破碎岩块，锚杆和钢筋网共同形成具有一定柔性的支护圈，锚网索与巷道围岩共同作用，承载围岩内部应力，维护巷道的稳定性。④过一定的压力将浆液充填到围岩岩体的破裂面中，将破碎岩体胶结成整体，提高破裂岩体的残余强度和其他力学性质，并提高围岩的承载能力，能充分发挥围岩的自稳能力；注浆后一般锚杆就成为全长锚固锚杆，大大提升锚固体的强度和锚杆的锚固力，从而进一步提高巷道围岩的承载能力，保证深部巷道的稳定性。