软岩回采巷道锚网索耦合支护特征分析
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科 技 论Ｉ 『ｌ 坛
科
赢
软岩 回采巷道锚 网索耦合支护特征 分析
郭 有 平
（ 河北省武安 市冶金矿 山管理局 ， 河北 武安 ０ ６ ０ ） ５ ３ ０
摘 要： 随着 时代 的发展 、 学的进步及其不断的开采 实践 和理论研究 ， 科 围岩工程控制理论 取得 了长足发展 ， 道 支护形式也随之发 生了重 大 巷 变化， 支护理念 由被 动支护 变为主 动支护 ， 巷道的 支护 已由传统的棚式 支护 向锚杆、 锚索支护转变 ， 支护手段 由单一 支护向联合 支护发展 ， 而改善 从 了巷ｉ ￣支护状 况。锚 杆、 索支护是 当今各种地下工程的一种新型先进的 支护形式。 ｌ ｉ ． 锚
力。
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益 的必 要手 段 。
１回采巷道锚网索耦合支护特征 锚网索注耦合支护就是针对软岩巷道围岩 由 于塑性大变形而产生的变形不协调部位， 通过锚、 注、网一 围岩以及锚索 支护的耦合而使 其变形协调， 从而限制围岩产生有害的变形破坏 ， 实现支护—体化、 载荷均匀化， 达到巷道稳定的 目 的。在整个支护体系中， 锚杆 、 锚索 的作用不 网、 同。 锚杆通过与围岩的相互作用， 起着主导承载作 用， 同时能够防止围岩的松动破坏 ， 并有一定的伸 缩性 ， 可随巷道的变形， 而不失去支护能力。网的 主要作用是将支护材料联成—体 ， 并阳 ｌ Ｅ 锚杆问 的破碎岩石冒 ， 落 使支护的整体性得到提高。 锚索 由于锚固深度大，可将浅部松动的岩层锚固在深 部稳定岩层 中， 并且可施加预紧力 ， 使围岩得到主 动支护， 从而充分发挥巷道深部围岩的强度 。 １ 回采巷道锚网索耦合支护的基本特征。 ． １ １． －１ １ 强度耦合。 软岩巷道支护中， 具有一定强 度的支护形式是必要的， 但支护强度不是万能的， 因为巷道围岩内部存在着强大的变形能量，支护 体 的强度不可能抵抗围岩的巨大能量，很难保证 巷道的稳定 ， 实现 良好的支护效果。所以 ， 在巷道 开挖过程中，选择有利于巷道 自身承载能力的方 式， 支护时， 通过耦合支护使 围岩 自身的能量得到 释放 ，保证软岩巷道关键部位不对支护体产生破 坏。与此同时 ， 锚杆、 锚索等支护体可以改善围岩 应力状态， 使巷道浅部松软围岩得到保护。 １ ２刚度耦合。松软巷道围岩的破坏原因是 ．， １ 多方面的 ， 但主要是围岩变形具有不协调造成的， 支护效果好的支护体具有充分的柔度 ，预留给松 软围岩一定的变形量 ，防止围岩内部能量积聚而 引起巨大变形破坏 ； 同时 ， 支护体应具有足够刚度 的良好性能， 既可 以保证围岩 自身的承载强度 ， 又 可以达到控制围岩变形破坏的目的。 １ ３结构耦合。巷道围岩内部具有多个结构 ． １ 面， 其对围岩稳定性极其不利， 通过耦合支护将其 局部修复 ， 使围岩变形更连续， 避免局部变形破坏 波及扩大到所有支护体 ， 实现良 好支护效果。 １ ２回采巷道锚网索耦合支护原理。 在软岩巷 道支护体系中， 锚网索注耦合支护原理主要涉及 ： 锚杆与围岩之间的耜晗 ， 锚索、 浆液与围岩间的耦 合， 锚网与围岩之间的耦合 。
，
பைடு நூலகம்
由于巷道开挖 ， 顶板岩体要向下移动 、 变形 ， 下部岩体和上部岩体的变形程度有所不同， 锚入 锚杆后 ， 使岩体整体的刚度增大了， 岩体变形更加 协调， 下部岩体比上部岩体变形量要大 ， 所以锚杆 受到拉应力。在耦合支护时， 围岩与锚杆在刚度上 相差两个数量级时，锚杆调动岩体强度范围远远 超过传统界限。 所以要求在进行锚杆支护 Ｐ 时， 首先应考虑锚杆与围岩的耦合。 １． ． 锚网一 ２ ２ 围岩帮冶 支护原理 ： 锚网与围岩的 耦合作用直接影 响巷道支护效果 ， 锚网支护不管 过强还是过弱 ， 均会造成围岩局部应力集中而导 致巷道变形和破坏。 锚网与围岩的强度、 刚度—旦 耦合， 围岩的变形就比较协调。 实现锚网与围岩耦 合的特征是巷道 围岩在变形过程中，应力集 中区 向低应力区转移和扩散 ，最终实现围岩应力均匀 化和—体化。 ・ ２软岩回采巷道锚网索支护作用分析 ２ 锚杆的支护作用 。 ． １ 锚杆锚入巷道浅部围岩 后，使围岩 自身的力学状态发生 了一定程度 的改 变， 使围岩的强度得到提高 ， 进而在巷道浅部 围岩 中 形成—个稳定的承载圈 ， 围岩在锚杆与围岩的 共同作用下 实现巷道围岩的稳定性。 ２ ．悬吊作用： １ １ 回采巷道沿煤层掘进 ， 巷道开 挖后 ， 直接顶板将出现弯曲等变形 ， 与上方坚硬顶 板脱离 ， 且容易垮落影响巷道稳定 ， 假如及时将锚 杆锚人老顶 ， 并具有一定得预紧力 ， 那么直接顶将 和老顶产生挤压 ， 起到有效地悬吊作用 ， 从而可以 减小和限制直接顶板的下沉变形 ，实现 良 好支护 效果。 ２ ２组合岩层作用：取板岩层若由若干层状 ． １ 薄岩体中构成，锚人顶板中的锚杆可以 使各薄岩 层间的摩擦力增大 ， 阻止岩石沿层面滑动 ， 以免岩 层出现离层 ； 同时 ， 锚杆杆体能使各岩层问的抗剪 强度增大，一定程度上可以防止岩层间产生水平 滑动。所 以， 巷道顶板锚固范围内， 锚杆将若干个 薄岩层组合成—个较厚的岩层。通过锚杆组合后 的厚岩层可以承受 Ｅ 覆岩层更大的载荷，所 以其 最大弯曲应变和应力在一定程度上都将降低 ， 形 成的组合梁结构的挠度也会减小，而且组合梁厚 度越大 ， 内的最大应力、 梁 应变和梁的挠度就会越
关 键 词 ： 采巷 道 ； 道 支 护 ； 合 回 巷 耦
引言：软岩巷道支护是 当今世界地下工程 中 项复杂而重要的技术问题。 我国软岩普 遍存在 ， 其中以东北、 内蒙最突出， 内蒙煤矿软岩巷道占岩 巷的９ ％， ０ 东北占 ６ ％。据统计 ， 国目前煤炭开 ０ 我 采每年开巷掘进大约每年 ６ ｏ ｋ 其中软岩巷道 ０ Ｏ ｍ， 约占６ ０ ｉ。 ０ ｋ 随着采深增加， ｎ 这类巷道的维护问题 将越来越突出， ， 因此 寻求一种有效的支护方法具 有重要意义。安全 、 、 的巷道支护是保证 合理 有效 也是提高经济效
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１１ ． 锚杆一 Ｚ 围岩耦合支护原理： 当锚杆锚 人 浅 部围岩后 ， 锚杆与浅部围岩间相互作用 ， 导致软岩 巷道浅部 围 的受力状态再次改变。锚杆对岩体 岩 的加固作用机理 比较复杂。主要表现在：１提高 （） 围岩的整体冈 ， 帔 增强了围岩的抗变形能力 ， 加强 了岩体 的整体牲 。（ ） ２如果能深 ＾到围岩的稳定岩 层是， 主要起悬 吊作用。３锚杆的组合梁作用。４ （） （） 使围岩处于三 向受力状态 ，提高了围岩的承载能
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赢
软岩 回采巷道锚 网索耦合支护特征 分析
郭 有 平
（ 河北省武安 市冶金矿 山管理局 ， 河北 武安 ０ ６ ０ ） ５ ３ ０
摘 要： 随着 时代 的发展 、 学的进步及其不断的开采 实践 和理论研究 ， 科 围岩工程控制理论 取得 了长足发展 ， 道 支护形式也随之发 生了重 大 巷 变化， 支护理念 由被 动支护 变为主 动支护 ， 巷道的 支护 已由传统的棚式 支护 向锚杆、 锚索支护转变 ， 支护手段 由单一 支护向联合 支护发展 ， 而改善 从 了巷ｉ ￣支护状 况。锚 杆、 索支护是 当今各种地下工程的一种新型先进的 支护形式。 ｌ ｉ ． 锚
力。
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益 的必 要手 段 。
１回采巷道锚网索耦合支护特征 锚网索注耦合支护就是针对软岩巷道围岩 由 于塑性大变形而产生的变形不协调部位， 通过锚、 注、网一 围岩以及锚索 支护的耦合而使 其变形协调， 从而限制围岩产生有害的变形破坏 ， 实现支护—体化、 载荷均匀化， 达到巷道稳定的 目 的。在整个支护体系中， 锚杆 、 锚索 的作用不 网、 同。 锚杆通过与围岩的相互作用， 起着主导承载作 用， 同时能够防止围岩的松动破坏 ， 并有一定的伸 缩性 ， 可随巷道的变形， 而不失去支护能力。网的 主要作用是将支护材料联成—体 ， 并阳 ｌ Ｅ 锚杆问 的破碎岩石冒 ， 落 使支护的整体性得到提高。 锚索 由于锚固深度大，可将浅部松动的岩层锚固在深 部稳定岩层 中， 并且可施加预紧力 ， 使围岩得到主 动支护， 从而充分发挥巷道深部围岩的强度 。 １ 回采巷道锚网索耦合支护的基本特征。 ． １ １． －１ １ 强度耦合。 软岩巷道支护中， 具有一定强 度的支护形式是必要的， 但支护强度不是万能的， 因为巷道围岩内部存在着强大的变形能量，支护 体 的强度不可能抵抗围岩的巨大能量，很难保证 巷道的稳定 ， 实现 良好的支护效果。所以 ， 在巷道 开挖过程中，选择有利于巷道 自身承载能力的方 式， 支护时， 通过耦合支护使 围岩 自身的能量得到 释放 ，保证软岩巷道关键部位不对支护体产生破 坏。与此同时 ， 锚杆、 锚索等支护体可以改善围岩 应力状态， 使巷道浅部松软围岩得到保护。 １ ２刚度耦合。松软巷道围岩的破坏原因是 ．， １ 多方面的 ， 但主要是围岩变形具有不协调造成的， 支护效果好的支护体具有充分的柔度 ，预留给松 软围岩一定的变形量 ，防止围岩内部能量积聚而 引起巨大变形破坏 ； 同时 ， 支护体应具有足够刚度 的良好性能， 既可 以保证围岩 自身的承载强度 ， 又 可以达到控制围岩变形破坏的目的。 １ ３结构耦合。巷道围岩内部具有多个结构 ． １ 面， 其对围岩稳定性极其不利， 通过耦合支护将其 局部修复 ， 使围岩变形更连续， 避免局部变形破坏 波及扩大到所有支护体 ， 实现良 好支护效果。 １ ２回采巷道锚网索耦合支护原理。 在软岩巷 道支护体系中， 锚网索注耦合支护原理主要涉及 ： 锚杆与围岩之间的耜晗 ， 锚索、 浆液与围岩间的耦 合， 锚网与围岩之间的耦合 。
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由于巷道开挖 ， 顶板岩体要向下移动 、 变形 ， 下部岩体和上部岩体的变形程度有所不同， 锚入 锚杆后 ， 使岩体整体的刚度增大了， 岩体变形更加 协调， 下部岩体比上部岩体变形量要大 ， 所以锚杆 受到拉应力。在耦合支护时， 围岩与锚杆在刚度上 相差两个数量级时，锚杆调动岩体强度范围远远 超过传统界限。 所以要求在进行锚杆支护 Ｐ 时， 首先应考虑锚杆与围岩的耦合。 １． ． 锚网一 ２ ２ 围岩帮冶 支护原理 ： 锚网与围岩的 耦合作用直接影 响巷道支护效果 ， 锚网支护不管 过强还是过弱 ， 均会造成围岩局部应力集中而导 致巷道变形和破坏。 锚网与围岩的强度、 刚度—旦 耦合， 围岩的变形就比较协调。 实现锚网与围岩耦 合的特征是巷道 围岩在变形过程中，应力集 中区 向低应力区转移和扩散 ，最终实现围岩应力均匀 化和—体化。 ・ ２软岩回采巷道锚网索支护作用分析 ２ 锚杆的支护作用 。 ． １ 锚杆锚入巷道浅部围岩 后，使围岩 自身的力学状态发生 了一定程度 的改 变， 使围岩的强度得到提高 ， 进而在巷道浅部 围岩 中 形成—个稳定的承载圈 ， 围岩在锚杆与围岩的 共同作用下 实现巷道围岩的稳定性。 ２ ．悬吊作用： １ １ 回采巷道沿煤层掘进 ， 巷道开 挖后 ， 直接顶板将出现弯曲等变形 ， 与上方坚硬顶 板脱离 ， 且容易垮落影响巷道稳定 ， 假如及时将锚 杆锚人老顶 ， 并具有一定得预紧力 ， 那么直接顶将 和老顶产生挤压 ， 起到有效地悬吊作用 ， 从而可以 减小和限制直接顶板的下沉变形 ，实现 良 好支护 效果。 ２ ２组合岩层作用：取板岩层若由若干层状 ． １ 薄岩体中构成，锚人顶板中的锚杆可以 使各薄岩 层间的摩擦力增大 ， 阻止岩石沿层面滑动 ， 以免岩 层出现离层 ； 同时 ， 锚杆杆体能使各岩层问的抗剪 强度增大，一定程度上可以防止岩层间产生水平 滑动。所 以， 巷道顶板锚固范围内， 锚杆将若干个 薄岩层组合成—个较厚的岩层。通过锚杆组合后 的厚岩层可以承受 Ｅ 覆岩层更大的载荷，所 以其 最大弯曲应变和应力在一定程度上都将降低 ， 形 成的组合梁结构的挠度也会减小，而且组合梁厚 度越大 ， 内的最大应力、 梁 应变和梁的挠度就会越
关 键 词 ： 采巷 道 ； 道 支 护 ； 合 回 巷 耦
引言：软岩巷道支护是 当今世界地下工程 中 项复杂而重要的技术问题。 我国软岩普 遍存在 ， 其中以东北、 内蒙最突出， 内蒙煤矿软岩巷道占岩 巷的９ ％， ０ 东北占 ６ ％。据统计 ， 国目前煤炭开 ０ 我 采每年开巷掘进大约每年 ６ ｏ ｋ 其中软岩巷道 ０ Ｏ ｍ， 约占６ ０ ｉ。 ０ ｋ 随着采深增加， ｎ 这类巷道的维护问题 将越来越突出， ， 因此 寻求一种有效的支护方法具 有重要意义。安全 、 、 的巷道支护是保证 合理 有效 也是提高经济效
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１１ ． 锚杆一 Ｚ 围岩耦合支护原理： 当锚杆锚 人 浅 部围岩后 ， 锚杆与浅部围岩间相互作用 ， 导致软岩 巷道浅部 围 的受力状态再次改变。锚杆对岩体 岩 的加固作用机理 比较复杂。主要表现在：１提高 （） 围岩的整体冈 ， 帔 增强了围岩的抗变形能力 ， 加强 了岩体 的整体牲 。（ ） ２如果能深 ＾到围岩的稳定岩 层是， 主要起悬 吊作用。３锚杆的组合梁作用。４ （） （） 使围岩处于三 向受力状态 ，提高了围岩的承载能