9、深井、软岩岩巷二次支护原理重点讲解.pptVIP

1 深井、软岩岩巷二次支护原理 1 概述 软岩巷道 是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀应力等。 深井巷道极限深度 2 锚杆支护围岩强度强化理论 3 合理一次支护 4 二次支护时机 5 二次支护原则及计算 6 应用实例 6.2 某矿2的应用实例 试验巷道二次支护工作阻力计算 将试验巷道一、二次支护有关参数代入二次支护最大工作阻力计算公式得： 料石碹强度高且为脆性，材料性质在极限破坏之前可视为线弹性。因此，刚性料石碹的极限受力状态为周边岩石达到单轴抗压强度、碹体内部基本为弹性变形。 刚性料石碹的理论承载能力 6.2 某矿2的应用实例 根据弹性力学轴对称问题的厚壁圆筒应力解： 刚性料石碹的理论承载能力 巷道周边r＝R0, 料石碹极限承载能力状态时，r＝R0， ，碹体对围岩支护强度为(料石碹在圆形巷道受均布载荷情况)： 由计算结果可知，封闭的料石碹、混凝土碹支护能够满足二次支护大刚度与高工作阻力的要求，实现巷道稳定。 3.2 有控主动卸压技术 卸压次数增加 应力向深部转移趋势不可否认 蠕变速度降低的趋势不可否认 无限制地增加卸压次数就会利于巷道的稳定 ？ 有控卸压的理论依据（变形压力） 3.2 有控主动卸压技术 有控卸压的理论依据（变形压力） 3.2 有控主动卸压技术 有控卸压的理论依据（变形压力） Kastner公式中塑性变形压力与塑性区半径成反比，塑性区半径增大降低。应变软化的变化曲线呈凹形，塑性区发展的初始阶段，变形压力随塑性区半径增大而减小，一定阶段后，随塑性区半径的增大变形压力反而有增大的趋势，应变软化模量越大，粘聚力随塑性区发展的衰减速度越快，围岩承载能力的下降速度将会加剧。 3.2 有控主动卸压技术 以往巷道卸压技术 卸压程度过高，塑性区范围急剧增大造成浅部围岩自身承载能力大幅度降低，不利于巷道维护。 卸压程度过低，应力转移效果将不明显，达不到卸压的目的。 不易控制卸压程度 有控主动卸压技术 控制围岩变形空间（破碎围岩厚度） 合理的卸压程度 4 二次支护时机 一次支护后形成的塑性区具有显著的流变性质。 用弹粘塑性力学模型分析一次支护后塑性区的流变性质。 工程实践表明，二次支护过早将难以抗拒围岩的初期剧烈变形，二次支护过晚，围岩破坏加剧，自身承载能力又会急剧下降，即二次支护在时间上与围岩变形特性不能协调。 4 二次支护时机 变形速度/10-6m?s-1 t/105s 图4.1 一次支护后围岩变形速度随时间变化曲线 4 二次支护时机 应力/MPa t/105s 图4.2 一次支护后巷道周边应力随时间变化曲线 对比图4.1、4.2不难看出，巷道周边应力与围岩变形速度都逐渐趋于稳定的时间基本一致。 4 二次支护时机 图4.3 二次次支护后蠕变速度与二次支护时间关系 二次支护时间为600 h时蠕变速度最小，这与巷道周边应力和围岩变形速度稳定的时间段非常接近。 4 二次支护时机 高应力软岩岩巷围岩产生大范围的破碎区、塑性区难以避免，一次支护控制高应力软岩巷道围岩大变形难以实现，应进行二次支护。二次支护时机是决定维护效果的关键因素。二次支护最佳时机是围岩应力、塑性区及变形速度趋于稳定，此时围岩的膨胀变形能得到了充分释放而围岩自身承载能力又没有太多的损失。该时机的掌握可以通过对巷道表面位移监测，当巷道表面位移速度由快到趋于平缓的拐点附近为二次支护的最佳支护时机。 5 二次支护原则及计算 深井、软岩岩巷产生大范围的破碎区、塑性区难以避免， 峰后围岩的应力松弛过程中岩体的承载能力和强度将持续弱化 强度持续弱化—持续蠕变 采用合理的支护降低峰后围岩的应力松弛率、限制其强度的持续弱化，实现巷道围岩的低速稳定蠕变，就可以保证深部巷道的长期稳定， 5 二次支护原则及计算 5.1 基本方程 二次支护后巷道围岩分为粘塑性破碎区、粘塑性应变软化区和粘弹性区。 粘弹性区岩体的流变力学模型为H—K体三元件粘弹性模型。 粘塑性区围岩体满足莫尔——库仑强度准则，受长时间应力作用影响，粘结力C(t)、C*(t)、内摩擦角? (t)为时间t的函数变量，不考虑内摩擦角? (t)的应变软化。 5.1 基本方程 粘弹性区 — 应力偏张量； — 应变偏张量； — 应变球张量； — 应力球张量； K — 体积模量。 5.1 基本方