软岩巷道支护ppt课件.ppt

软岩巷道支护简介 1 目录 1软岩分类及特征2国内外软岩巷道支护的发展与现状3软岩巷道支护特点及围岩控制原理4软岩巷道支护方式及各种支护方法5对新奥法的认识 2 软岩巷道工程是软岩工程的一个主要组成部分 我国许多煤矿巷道布置在松软围岩中 而松软围岩具有强度低 膨胀性和流变形严重等特点 影响着矿井的安全生产和经济效益 随着煤炭工业的发展 开采深度的日益增大 目前在全国有许多矿井存在严峻的软岩巷道支护技术问题 由于软岩巷道工程所处的复杂工程地质条件 其支护问题一直是困扰我国煤炭生产的一个主要问题 同时这也是采矿界和煤炭生产企业关注和研究的主要对象 选择合理的支护方式不仅对煤炭生产的安全至关重要 而且对提高煤炭企业的经济效益也有着很大的影响 引言 3 软岩仅是地质岩体中一部分 但却是地质介质中极为复杂的部分 按照软岩自然特征 物理化学特性 以及在上程力的作用下产生显著变形的机理作为分类的主要依据 软岩分为五类 即低强度软岩 膨胀性软岩 高应力软岩 节理化软岩和复合型软岩 软岩有别于硬岩而独具的特性有以下几点 1 可塑性 由于软岩胶结程度差 结构疏松 孔隙率高 强度低 粘土矿物亲水性强 在工程力和水的作用下矿物质分子结构发生变化 吸附水分子形成水化膜 从而使岩石具有极大的吸塑性 岩石强度急剧降低 在无控制条件下失去自身支承能力 2 膨胀性 软岩在水作用下产生体积膨胀现象 3 崩解性 软岩在物理 化学 力学 因素都作用下发生鳞片状解体4 流变性 有韧性的软岩受力发生流变 其过程与时间密切相关的特性5 易扰动性 由于软岩的内部结构特点 软岩对抗外界环境扰动的能力极差 对施工震动 吸水膨胀 软化泥化 暴露风化等影响极为敏感 1软岩分类及特征 4 2国内外软岩巷道支护的发展与现状 国内软岩巷道支护技术发展 5 德国 英国 法国 波兰等西欧国家直至80年代巷道支护仍以金属支架为主 在浅部巷道支护中金属支架用量约占支护总量的70 左右 并取得良好的支护效果 20世纪90年代初 美国 澳大利亚等国大力发展高预应力高强锚杆支护技术 美国 澳大利亚在近十年的煤矿深部井采中 一直以锚喷支护为主体进行联合支护 深部不稳定围岩一般采用锚喷网 组合锚杆 喷网 高强超长锚杆 喷网 等支护形式 对于深部极不稳定围岩主要采用组合锚杆析架与锚索支护 锚喷网与锚索联合支护等形式 目前 西欧大多数国家各类型的锚杆支护 锚索支护及联合支护约占软岩巷道支护总量的90 俄罗斯顿巴斯地区深部巷道以支撑能力大的ACrl ACrZ以及AK新型锚杆 其支撑能力为190一330kN 同时可用高强度托板钢带 形成锚网带联合支护137一l 取得了良好的支护效果和经济效益 德国主要矿井开采进入深部岩层 深部软岩巷道支护主要采用锚杆 锚索 注浆和封闭型的钢构混凝土衬砌组成的多重高强联合支护 支护效果显著 但导致其开采支护成本昂贵 2国内外软岩巷道支护的发展与现状 国外软岩巷道支护技术发展 6 2国内外软岩巷道支护的发展与现状 国内软岩巷道支护理论发展 陈宗基院士在20世纪60年代从大量工程实践中总结出 岩性转化理论 于学馥等人提出了 轴变论理论 和 开挖系统控制理论 何满潮教授提出了 软岩工程力学支护理论 何满潮教授提出了 关键部位耦合组合支护理论 方祖烈教授提出了 主次承载区支护理论 由董方庭教授等人提出的 围岩松动圈理论 以郑雨天教授 孙钧教授和朱效嘉教授为代表的学者在联合支护的基础上提出了 锚喷 弧板支护理论 冯豫 郑雨天 陆家梁 朱效嘉等人在总结新奥法支护的基础上 提出了 联合支护技术 7 2国内外软岩巷道支护的发展与现状 国外软岩巷道支护理论发展 散体压力理论 代表 太沙基 K Terzaghi 和普氏 M M 理论 奥地利学者Rabeewciz在20世纪60年代提出了 新奥法理论 20世纪70年代 萨拉蒙 M D Salamon 等又提出了 能量支护理论 数值计算方法 如有限元 有限差分 边界元 离散元 代表软件 ANSYS ADINA UDEC FLAC 20世纪初发展的巷道支护理论 古典压力理论 代表有 海姆 A Haim 朗金 W J M Rankine 和金尼克 A H 理论 日本的山地宏和樱井春提出了围岩的 应变控制理论 8 软岩巷道支护特点 软岩易风化 遇水易膨胀 软岩巷道的地压大 来压快 变形大 变形持续时间长 软岩巷道围岩自承载能力低 软岩巷道的地压特征是四周来压 不仅有顶压 侧压 还有底压 因而软岩巷道都出现一定量的底鼓 深度大 应力水平高 围岩软 强度低 3软岩巷道支护特点及围岩控制原理 9 软岩巷道支护控制原理体现在以下三方面 一是通过注浆或锚杆提高围岩自身的强度 二是利用锚索充分调动深部围岩的强度 三是提高支护强度 阻止围岩蠕变 顶底板和两帮构成巷道承载结构 顶板 底板和两帮组成一个不可分割的系统 支承压力通过两帮传递给底板 两帮岩体在巷道内移动的同时挤压破碎底板岩层 引起破碎岩体之间的滑移 剪胀 从而旨起强烈底鼓 同时加剧两帮的破坏 顶板软弱下沉 两帮向巷道内移动 两帮软弱 难以承受顶板传递的支承压力 导致顶板下沉 两帮向巷道内移动顶板与底板的相互作用通过两帮传递 当顶板为软弱岩层 两帮产生向巷道内位移 底板岩层在水平应力的作用下向巷道内移动 加剧底鼓 当底板岩层为软弱岩层时 受支承压力作用而下沉 导致顶板下沉甚至离层 影响顶板的稳定性 从而进一步加剧底鼓 因此 要想有效地支护多种变形力学复合的软岩巷道 单一的支护方法是难于奏效的 必须采取综合 联合支护方法 抓住关键变形力学机理 连带附加变形力学机理 合理运用综合型支护 从而达到软岩巷道变形控制的目的 3软岩巷道支护特点及围岩控制原理 软岩巷道围岩控制原理 10 1 棚式支护由于松软岩层中巷道围岩变形较大 通常采用预留断面可缩性金属支架支护 我国目前采用的架型有 梯形 拱形和环形 架型的选择应根据转岩的变形和压力的大小等指标来确定 2 锚喷支护适用于软岩巷道锚喷支护类型主要有锚杆喷射混凝土和锚杆钢筋网喷射混凝土 根据现场实际情况 设计参数包括巷道断面 锚杆类型和布置方式 喷层厚度 钢筋网规格等 锚喷支护金属锚杆 锚索木锚杆竹锚杆金属网混凝土 棚式支护梯形金属支架拱形可缩金属支架木支架钢筋混泥土支架 软岩巷道各种支护方法 4软岩巷道各种支护方法 金属支架 11 3 砌碹支护在20世纪60年代以来 砌碹支护曾作为软岩巷道的一种主要支护形式 该支护具有承载能力大 稳定性强等特点 并且在料石间夹有可缩垫层时 还具有一定的可缩变形能力 但是 由于碹体属刚性支架 一般不适应围岩变形很大的软岩巷道支护4 联合支护联合支护系指采用多种不同性能的单一支护的组合结构 根据我国近十年软岩工程支护的经验 锚喷支护作为一次支护方法 是联合支护的基础 组成了各种联合支护形式 锚喷 锚喷联合支护 锚喷 U型钢架联合支护 锚喷 砌碹联合支护和锚喷 弧板联合支护等 砌碹支护料石砖混泥土钢筋混泥土 联合支护锚喷 注浆加固锚喷 U型钢可缩性支架锚喷 弧板支架U型钢可缩性支架 注浆加固锚喷 注浆型钢可缩性支架等 4软岩巷道几种支护方法 12 4软岩巷道几种支护方法 锚网 锚索和预拉力桁架 三位一体 支护 顶板预拉力锚索网梁组合支护 13 4软岩巷道几种支护方法 大倾角复合顶板支护技术 14 4软岩巷道几种支护方法 15 5对新奥法的认识 新奥法的基本要点可归纳如下 1 岩体是隧道结构体系中的主要承载单元 在施工中必须充分保护岩体 尽量减少对它的扰动 避免过度破坏岩体的强度 为此 施工中断面分块不宜过多 开挖应当采用光面爆破 预裂爆破或机械掘进 2 为了充分发挥岩体的承载能力 应允许并控制岩体的变形 一方面允许变形 使围岩中能形成承载环 另一方面又必须限制它 使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力 在施工中应采用能与围岩密贴 及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构 例如 锚喷支护等 这样 就能通过调整支护结构的强度 刚度和它参加工作的时间 包括闭合时间 来控制岩体的变形 16 3 为了改善支护结构的受力性能 施工中应尽快闭合 而成为封闭的筒形结构 另外 隧道断面形状应尽可能圆顺 以避免拐角处的应力集中 4 通过施工中对围岩和支护的动态观察 量测 合理安排施工程序 进行设计变更及日常的施工管理 5 为了敷设防水层 或为了承受由于锚杆锈蚀 围岩性质恶化 流变 膨胀所引起的后续荷载 可采用复合式衬砌 6 二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的 围岩和支护结构形成一个整体 因而提高了支护体系的安全度 上述新奥法的基本要点可扼要的概括为 少扰动 早喷锚 勤量测 紧封闭 17 用一个弹簧来理解新奥法原理1 洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力 自重应力和构造应力 处于一个平衡状态 如同一根弹性刚度为K的弹簧 在P0作用下处于压缩平衡状态 2 洞室开挖后 A点在临空面失去约束 原始应力状态要调整 如果围岩的强度足够大 那么经过应力调整 洞室可处于稳定状态 不需支护 然而大多数的地质情况是较差的 即洞室经过应力调整后 如不支护 就会产生收敛变形 甚至失稳 塌方 所以必须提供支护力P 才能防止塌方失稳 等同于弹簧产生了变形u后 在P作用又处于平衡状态 5对新奥法的认识 18 3 由力学平衡方程可知 弹簧在P0作用时处于平衡状态 弹簧在发生变形u后 在P的作用下又处于平衡状态 假设弹