高应力巷道围岩稳定控制研究
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３ ）针对 围岩变形破 坏的非均称性 ，找准 围岩控 制的薄 弱部位 （ 关 键部位） ，对关键部位 （ 如巷道 肩角 和底 角 ） 实施 耦合支护 ，既要 加强关 键部 位 的支护 ，又要 考虑 支护结 构 的可缩性 ，避免支护体破坏失效 而导致巷 道失 稳。 ４ ）及 时注浆加 固 ，改善 围岩力学性质 ，提高其 承载能 力 ，并通过注 浆提 高锚杆 、锚 索锚 固力 ，加 大对 围岩 变形 的约束能力 。 ５ ）动态监测 与支护设计 ：高应力 巷道 应加强 围岩动态 监测 ，并依据监测信息 ，及 时修改 、完善支护设计 。
针对该变 形破 坏特征 ，提出高应力巷道 围岩控制原则 ：
由１ ０ ０—２ ０ ０ Ｎ ・ｍ 增 大 至 ３ ０ ０ ～５ ０ ０ Ｎ ・ｍ；锚 索 直 径 由
１ ）采 用 “ 高强、高预紧力” 锚杆锚索支护体 系，及 时
主动 控制 围岩 早 期 变形 ；增 加 锚 固体 厚 度 ，锚 杆 长 度 由 ２ ． ０～ ２ ． ２ ｍ增 加至 ２ ０ ｍ增 加至８ ． ０～１ ０ ． ０ ｍ，抑 制 高 应力 巷 道破 碎 区和 塑 形 区 的扩 展 ，协调 浅部和深部 围岩 的变 形 ，实 现支 护体 和围岩 共 同
变形 与破坏 ，减 少 围岩承 载能力 的降低 ，确 保 围岩成 为承
挥 围岩 自身承载 能力 ，并 使其 成为 承载 主体 ，将 围岩 变形
控制在合 理范围内。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ３—１ ６
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ２ ０ ４ １ ６ ７ ） ；河南理工大学博士基金项 目（ Ｂ ２ ０ １ ２— ０ ８ １ ）
２ ０ １ ３年 第 ８期
ｄｏ ｉ ：１ ０．１ １ ７ ９９ ／ｃ ｅ ２ Ｏ１ ３ ０ ８ ０３ １
煤
炭
工
程
高应 力巷 道 围岩 稳 定 控 制研 究
肖同强 ，李怀珍 ，李允 生
（ １ ．河南理工 大学 能源科学与工程学 院，河南 焦作 ２ ．河南理工大学 建筑艺术学 院 ，河南 焦作 ３ ．山东能源临矿集团 田庄煤矿 ，山东 兖州 ４ ５ ４ ０ ０ ０； ４ ５ ４ ０ ０ ０； ２ ７ ２ １ ０ ３ ）
承载。
１ ７ ． ８ ｍ ｍ提高至 ２ ０～ ２ ２ ｍ ｍ，预 紧力 由 １ ０ ０ ｋ Ｎ提 高至 ２ ０ ０ ｋ Ｎ 。 高应力巷道支 护实践 表明 ，锚 杆锚 索强度 及预 紧力 的提高 显著改善 了围岩控 制效果 。 国内外学 者及工 程技术 人员 通过研 究 ，得 到 高强 、高
于 工程 实践 ，有 效控制 了高应 力巷道 围岩 变形 。
关键 词 ：高应 力巷 道 ；围岩 控 制 ；预 紧力 ；支护 强度 中 图分类 号 ：Ｔ Ｄ ３ ２ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ６ ７ １— ０ ９ ５ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ － （ ） ０ ８ ９ － （ ） ４
在 高 应 力 巷 道 围岩 控 制 原 则 中 ，锚 杆 预 紧 力 和 支 护 强
随着 煤 矿开 采逐 渐 向深 部 发展 ，原 岩应 力不 断 升 高 ， 尤其在褶 曲、断层 等 构造 区域 ，应 力更 高 。根 据相 关 标准 ：１ ８～３ ０ ＭＰ ａ 为高应 力 区 ，大于 ３ ０ ＭＰ ａ为超高 应力 区。但 高应力 巷道并不 以此 界定 ，一 般指 的是 “ 在相 对较 高的应力 条件 下 （ 如埋深在 ８ ０ ０ ｍ 以下 ，或 因构造 、采 动等 因素 引起 的应 力集 中区等 ） ，支护难 度大 的巷道 ” 。支 护难 度大 的主要原 因是 高应力作用下巷道 围岩破碎 区显著增 大。 破碎 区显著增 大致使 巷道 严重 收敛 、支 护结 构严 重破 坏等 现象 时常出现 ，冒顶 事故 多发 。本 文针 对高 应力 巷道 围岩 变形破坏 特征 ，提 出 了高 应力 巷道 围岩控 制原 则 ，并将 锚 杆预 紧力 和支护强度两个 关键 参数 对 围岩稳 定性 的影 响进
摘
要 ：针 对 高应 力巷 道 围岩破 碎 区大、 变形量 大等破 坏特 征 ，提 出了高应 力巷 道 围岩控 制
原则 ，并 分析 了预 紧力、 支护 强度 对 围岩 稳 定性 的影 响 。基 于 圆形巷 道 周边位 移及破 碎 区半 径的 解析 解 ，探 讨 了不 同埋 深 、不 同构 造应 力下 支护 强度 对 围岩 稳 定性 的影 响规律 度 。并将 理论 应 用
预紧力支 护机 理 Ｉ ９ Ｊ ：①通 过提高 锚杆 抗拉 强度 和抗 剪强
度 ，提高 围岩 峰值强 度和残 余强 度 ，提高 其抵抗 变形 的能
２ ）选择合理的支护强度 ，减小 围岩强度损失 ，充分发
力； ②高 预紧力 支护 可及 时提供 较高 的支护 阻力 ，改 善 围
岩 的受力 环境 ，减 少 围岩 早期 的破裂 、离层 、滑 动等 扩容
行 了分 析 。
度是其关键参数 。
２ 高预 紧 力锚杆 支 护技术
随着锚杆材质 及支 护技术 的发 展 ，锚杆 支护逐 渐 由低 强度 向高强度 发展 ，由普通 锚杆 向高强 让压锚 杆发 展 。在
高 应 力 巷 道 中 ，锚 杆 屈 服 强 度 由 ２ ３ ５—３ ４ ０ Ｍ Ｐ ａ增 大 至 ４ ０ ０
～
１ 高应 力 巷道 围岩 控 制原则
高应 力巷道矿压 监测 表 明，高 应力 巷道 围岩变 形 破坏 特征 为¨ ］ ：围岩破碎 区大 ；初 期变形 速度快 、变形量 大 ；
支 护 结 构 变形 破 坏 严 重 ；巷 道 变 形 破 坏 具 有 “ 非均 称性 ” 。
６ ０ ０ ＭＰ ａ ，直径 由 １ ８～２ ０ ｍ ｍ增大至 ２ ２～ ２ ５ ｍ ｍ，预紧扭矩
针对该变 形破 坏特征 ，提出高应力巷道 围岩控制原则 ：
由１ ０ ０—２ ０ ０ Ｎ ・ｍ 增 大 至 ３ ０ ０ ～５ ０ ０ Ｎ ・ｍ；锚 索 直 径 由
１ ）采 用 “ 高强、高预紧力” 锚杆锚索支护体 系，及 时
主动 控制 围岩 早 期 变形 ；增 加 锚 固体 厚 度 ，锚 杆 长 度 由 ２ ． ０～ ２ ． ２ ｍ增 加至 ２ ０ ｍ增 加至８ ． ０～１ ０ ． ０ ｍ，抑 制 高 应力 巷 道破 碎 区和 塑 形 区 的扩 展 ，协调 浅部和深部 围岩 的变 形 ，实 现支 护体 和围岩 共 同
变形 与破坏 ，减 少 围岩承 载能力 的降低 ，确 保 围岩成 为承
挥 围岩 自身承载 能力 ，并 使其 成为 承载 主体 ，将 围岩 变形
控制在合 理范围内。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ３—１ ６
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ２ ０ ４ １ ６ ７ ） ；河南理工大学博士基金项 目（ Ｂ ２ ０ １ ２— ０ ８ １ ）
２ ０ １ ３年 第 ８期
ｄｏ ｉ ：１ ０．１ １ ７ ９９ ／ｃ ｅ ２ Ｏ１ ３ ０ ８ ０３ １
煤
炭
工
程
高应 力巷 道 围岩 稳 定 控 制研 究
肖同强 ，李怀珍 ，李允 生
（ １ ．河南理工 大学 能源科学与工程学 院，河南 焦作 ２ ．河南理工大学 建筑艺术学 院 ，河南 焦作 ３ ．山东能源临矿集团 田庄煤矿 ，山东 兖州 ４ ５ ４ ０ ０ ０； ４ ５ ４ ０ ０ ０； ２ ７ ２ １ ０ ３ ）
承载。
１ ７ ． ８ ｍ ｍ提高至 ２ ０～ ２ ２ ｍ ｍ，预 紧力 由 １ ０ ０ ｋ Ｎ提 高至 ２ ０ ０ ｋ Ｎ 。 高应力巷道支 护实践 表明 ，锚 杆锚 索强度 及预 紧力 的提高 显著改善 了围岩控 制效果 。 国内外学 者及工 程技术 人员 通过研 究 ，得 到 高强 、高
于 工程 实践 ，有 效控制 了高应 力巷道 围岩 变形 。
关键 词 ：高应 力巷 道 ；围岩 控 制 ；预 紧力 ；支护 强度 中 图分类 号 ：Ｔ Ｄ ３ ２ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ６ ７ １— ０ ９ ５ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ － （ ） ０ ８ ９ － （ ） ４
在 高 应 力 巷 道 围岩 控 制 原 则 中 ，锚 杆 预 紧 力 和 支 护 强
随着 煤 矿开 采逐 渐 向深 部 发展 ，原 岩应 力不 断 升 高 ， 尤其在褶 曲、断层 等 构造 区域 ，应 力更 高 。根 据相 关 标准 ：１ ８～３ ０ ＭＰ ａ 为高应 力 区 ，大于 ３ ０ ＭＰ ａ为超高 应力 区。但 高应力 巷道并不 以此 界定 ，一 般指 的是 “ 在相 对较 高的应力 条件 下 （ 如埋深在 ８ ０ ０ ｍ 以下 ，或 因构造 、采 动等 因素 引起 的应 力集 中区等 ） ，支护难 度大 的巷道 ” 。支 护难 度大 的主要原 因是 高应力作用下巷道 围岩破碎 区显著增 大。 破碎 区显著增 大致使 巷道 严重 收敛 、支 护结 构严 重破 坏等 现象 时常出现 ，冒顶 事故 多发 。本 文针 对高 应力 巷道 围岩 变形破坏 特征 ，提 出 了高 应力 巷道 围岩控 制原 则 ，并将 锚 杆预 紧力 和支护强度两个 关键 参数 对 围岩稳 定性 的影 响进
摘
要 ：针 对 高应 力巷 道 围岩破 碎 区大、 变形量 大等破 坏特 征 ，提 出了高应 力巷 道 围岩控 制
原则 ，并 分析 了预 紧力、 支护 强度 对 围岩 稳 定性 的影 响 。基 于 圆形巷 道 周边位 移及破 碎 区半 径的 解析 解 ，探 讨 了不 同埋 深 、不 同构 造应 力下 支护 强度 对 围岩 稳 定性 的影 响规律 度 。并将 理论 应 用
预紧力支 护机 理 Ｉ ９ Ｊ ：①通 过提高 锚杆 抗拉 强度 和抗 剪强
度 ，提高 围岩 峰值强 度和残 余强 度 ，提高 其抵抗 变形 的能
２ ）选择合理的支护强度 ，减小 围岩强度损失 ，充分发
力； ②高 预紧力 支护 可及 时提供 较高 的支护 阻力 ，改 善 围
岩 的受力 环境 ，减 少 围岩 早期 的破裂 、离层 、滑 动等 扩容
行 了分 析 。
度是其关键参数 。
２ 高预 紧 力锚杆 支 护技术
随着锚杆材质 及支 护技术 的发 展 ，锚杆 支护逐 渐 由低 强度 向高强度 发展 ，由普通 锚杆 向高强 让压锚 杆发 展 。在
高 应 力 巷 道 中 ，锚 杆 屈 服 强 度 由 ２ ３ ５—３ ４ ０ Ｍ Ｐ ａ增 大 至 ４ ０ ０
～
１ 高应 力 巷道 围岩 控 制原则
高应 力巷道矿压 监测 表 明，高 应力 巷道 围岩变 形 破坏 特征 为¨ ］ ：围岩破碎 区大 ；初 期变形 速度快 、变形量 大 ；
支 护 结 构 变形 破 坏 严 重 ；巷 道 变 形 破 坏 具 有 “ 非均 称性 ” 。
６ ０ ０ ＭＰ ａ ，直径 由 １ ８～２ ０ ｍ ｍ增大至 ２ ２～ ２ ５ ｍ ｍ，预紧扭矩