深部岩巷二次锚喷耦合支护技术.pdf

第 2 5 卷 第 3 期 2 0 0 8年 O 9月 采矿 与安全 工程 学报 J o u r n a l o f Mi n i n g S a f e t y En g i n e e r i n g Vo 1 ． 2 5 No ． 3 Se p ． 2 0 08 文章编号 1 6 7 3 3 3 6 3 2 0 0 8 0 3 0 2 5 8 0 5 深部岩巷二次锚喷耦合支护技术 李 清 ，刘文江 ，杨仁树 ，郝继威 ，苏 鹏 1 ．中 国矿业大学 力学 与建 筑工程学 院，北京 1 0 0 0 8 3 ；2 ．充 煤荷泽能化有 限公 司 ，山东 荷泽 2 7 4 0 0 0 摘 要 以孙村 煤矿 埋深 1 3 0 0 m 的 东大巷 应用 为例 ， 系统分 析 了深部 岩巷 锚喷 二 次 支护技 术． 结 合 深部岩 巷 的 实测数 据 ， 采用 F L AC 。 。 数值 分析软 件 ， 从 顸 底板 和 两 帮收 敛 变形 、 塑性 区、 围岩 最 大主应力、 锚杆 内力等方面比较 了二次支护技 术优 于传统的一次锚喷支护技术， 表 明二次锚喷支 护技术能有效地解决深部 高地应力巷道围岩难支护的技术 问题 ， 使 不同位置锚杆的荷栽和围岩 应力场均匀化 ， 实现 了支护结构与围岩的动态耦合． 通过比较第 2次锚杆 支护不同实施时间的顶 底板和两帮收敛变形， 得 出了与实测结果相吻合的东大巷二次支护第 2次锚喷最佳 时间为 3 O ～ 4 0 d． 关 键词 深部岩巷 ； 二 次锚 喷 支护 ；围岩应 力均 匀化 ；F L AC 。 中图分类号 TD 3 5 3 文献标识码 A Te c h n o l o g y o f S e c o n d a r y B 0 1 t ／ S h o t c r e t i n g Co u p l i n g S u p p o r t f o r De e p Ro c k Ro a d wa y L I Qi n g ，LI U W e n - j i a n g 。 ，YANG Re n s h u ，HAO J i we i ，S U Pe n g 1 ．S c h o o l o f M e c h a n i c s a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g＆ T e c h n o l o g y ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ．He z e En e r g y a n d Ch e mi c a l Co mp a n y ，Ya n z h o u Mi n i n g Co r p o r a t i o n，He z e ，S h a n d o n g 2 7 4 0 0 0，Ch i n a A b s t r a c t Te c h n i q u e o f s e c o n d a r y b o l t ／ s h o t c r e t i n g s u p p o r t f o r d e e p r o c k r o a d wa y ，wi t h t h e Ea s t Ma i n Ro a d wa y d e e p t o 1 3 0 0 m i n S u n c u n C o a l Mi n e a s a n e x a mp l e ，wa s a n a l y z e d ．Us i ng t he nu me r i c a l a na l y s i s s o f t wa r e FLAC∞ ，we di s c u s s e d a nd c o m p a r e d t he t wo d i f f e r e nt s u pp o r t t e c hn i q ue s f r o m s o m e r e a c t i o ns s u c h a s di s pl a c e m e nt ，p l a s t i c z o ne，p r i nc i p a l s t r e s s a n d i n t e r n a l f o r c e o f b o l t ．Nu me r i c a l mo d e l i n g r e s u l t s a n d a c t u a l me a s u r e me n t d a t a s h o w t h a t t h e s e c o n d a r v b o l t ／ s h o t c r e t i n g s u p p o r t t e c h n i q u e i s mo r e e f f i c i e n t t h a n t h e s u p p o r t b y o n l y o n e b o l t ／ s h o t c r e t i n g i n d e e p r o c k r o a d wa y ．Th e r e s e a r c h r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s e c o n d a r y b o l t ／ s h o t e r e t i n g s u p p o r t t e c h n i q u e c a n s o l v e t h e k e y t e c h n i c a l s u p p o r t p r o b l e ms i n t h e d e e p s u r r o u n d i n g r o c k wi t h h i g h g r o u n d s t r e s s ．By h o mo g e n i z a t i o n o f l o a d a t d i f f e r e n t b o l t s p o s i t i o n s a n d h o mo g e n i ～ z a t i o n o f s u r r o u n d i n g r o c k s t r e s s f i e l d，t h e d y n a mi c c o u p l i n g b e t we e n s u p p o r t s t r u c t u r e a n d s u r r o u n d i n g r o c k i s r e a l i z e d ．Th e s e c o n d b o l t ／ s h o t c r e t i n g s u p p o r t wa s a p p l i e d i n d i f f e r e n t p e r i od s a nd s ur r o un di ng r oc k di s pl a c e m e nt s o c c ur r e d i n t he s e d i f f e r e nt p e r i o d s we r e c omp a r e d， s h o wi n g t h a t t h e o p t i mu m t i me 1 e n g t h i S 3 0～ 4 0 d ，wh i c h i S i n a c c o r d a n c e wi t h t h e 0 b s e r v e d r e s ul t s ． Ke y wo r d s d e e p r o c k r o a d wa y ；s e c o n d a r y b o 1 t ／ s h o t c r e t i n g s u p p o r t ；h o mo g e n i z a t i o n o f s u r r ou nd i n g r o c k s t r e s s f i e l dFLAc2 D 收稿 日期 2 0 0 7 1 01 1 基金项 目教育 部 高 等 学 校优 秀 青 年 教 师 教学 科 研 奖 励 计 划 基 金 项 目 2 0 0 0 9 1 ； 高 等学 校博 士 学 科 点 专项 科 研 资助 项 目 2 0 0 2 0 2 9 0 0 1 0 作者简介 李清 1 9 6 9 一 ， 男 ， 湖南省岳 阳市人 ， 副教授， 博士， 从事岩土工程方面的研究． E。 ma i l l i q c u mt b ． e d u ． c n Te l 0 1 0 6 2 3 31 2 92 2 1 0 第 3期 李 清等 深部岩 巷二次锚喷耦合支 护技术 我 国一些 矿 区 已进 入埋 深 1 0 0 0 r n以上 的深 部开采 ， 开采的支护技术 问题越来越突出． 煤矿深 部与浅部开采的明显区别在于深部岩体“ 三高一扰 动” 的复杂力学特性n ] ， 表现为高地应力 、 高地温、 高岩溶水压和岩体开挖． 高地应力与采动影响更趋 显著 ， 软岩特性明显 ， 即使硬岩也呈现软化和弱化 现象 ， 围岩极破碎 、 强膨胀 ， 具有明显大流变 的时间 效应 ， 巷道维护的困难超过浅部巷道． 如何解决深 部大 流 变 围岩 巷道 支 护成 为急 待研 究 的课 题． 深部流变围岩支护的理论研究和实践表明_ 2 。 高地应力软岩巷道企图仅用一次特别强制性支护 是不能取得 良好控制效果 ， 单纯强力 U型棚、 一次 锚喷 网支护不能适应软岩大变形 的特点 ， 围岩应力 没得到充分释放 ， 难 以有效维护围岩变形， 岩巷支 护破坏严重， 返修 、 维护频繁， 严重影响深部煤矿安 全生产． 因此如何合理将锚喷 锚索 主动支护与被 动支护相结合 ， 寻求合理支护技术， 充分发挥 围岩 自承能力尚需深入研究． 近年来 ， 我们先后在浅、 深 部岩巷支护 中运用二次锚喷支护技术 ] ， 实践表明 二次锚喷支护的技术 、 经济效果 明显． 本文结合深 部岩巷的二次锚喷支护技术实际应用情况 ， 通过数 值 模 拟 ， 分 析二 次 锚 喷 支 护 技术 的作 用 机 制 ， 对 二 次锚喷支护设计 、 施工和安全可靠性具有较大的理 论 和现 实指 导意 义． 1 二次锚 喷支护技术应用概 况 新汶矿区为典型的华北石炭型二叠系近海相 煤 系地 层 ， 主要 由砂 岩 、 粉 砂 岩 、 泥 岩 和煤 层 组 成． 孙 村矿 一 1 1 0 0东 大 巷 是 矿 井 开 拓 延 深 的 主 要 大 巷， 埋深 1 3 0 0 m， 净断 面 1 9 ． 3 5 m ， 断 面为马蹄 形， 运用 C MJ 1 7液压钻车实施全断面一次掘进、 一 次打眼、 一次定炮 、 一次起爆等施工技术． 该水平地 应力测试结果为 最大水平主应力 3 2 ． 9 MP a ， 垂直 主应 力 3 7 ． 4 8 MP a ， 最 大 水 平 主 应 力方 向 N6 。 W ， 深部围岩流变变形明显． 常规一次锚 网喷支护已难 以有效 维护 大 流变 围岩 ， 巷道 支 护成 为制 约 深部 开 采 的重 要难 题之 一 ， 采用 红矸 石 自燃 陶粒 做混 凝 土 骨料、 币 2 0 mm2 2 0 0 mm 等强螺纹钢锚杆的二次 锚 喷支 护技 术 ， 喷射 混凝 土厚 1 5 0 mm． 如 图 1 ． 一 第1 次锚杆 ⋯ 第2 次锚杆 图 1 岩巷二次支护断 面图 F i g ． 1 S e c t i o n o f s e c o n d a r y s u p p o r t i n g r o a d wa y 岩巷工作 面爆破后 ， 初喷厚≥3 0 mm 封 闭作 临时支护 ； 按间排距 1 0 0 0 mmi 0 0 0 mm布置第 1 次锚杆 ， 锚杆 五花布置 ， 然 后进行第 2次喷浆 ， 约 8 0 mm 厚； 距迎头 5 O ～1 0 0 m 2 0 3 0 d ， 具体时间 按顶底板 、 两帮移近速度确定 ， 在第 1次支护锚杆 间按间排距 1 0 0 0 mm1 0 0 0 mm 穿插布置具有足 够强度的第 2次锚杆 ， 五花形布置， 用锚盘压网， 并 用预 留铁丝拴网； 完成厚 2 0 ～4 0 mm 的喷浆 盖网 防锈 ， 总支护厚约达 1 5 0 mm． 如遇到地质构造 、 松 软岩层 、 托顶煤等特殊岩层 ， 改为常规的一次锚 喷 支护技术 ， 岩巷用挂 网、 锚索加 固加强支护等特殊 技 术 措施 ． 观测东大巷表面收敛变形[ 5 ] ， 采用一次锚喷支 护 ， 巷 道 位 于 粉 砂 岩 内 移 近 速 度 为 顶 底 板 平 均 0 ． 5 8 mm／ d ， 两 帮 0 ． 4 1 mm／ d ； 巷道 顶板石 灰岩 、 两帮 泥 岩时 移近 速度 为 顶 底 板 0 ． 3 8 mm／ d ， 两 帮 0 ． 4 7 mm／ d ． 而采用二次锚 喷支护 ， 巷道位于粉砂 岩 中移 近速度 为 顶底 板平 均 0 ． 3 1 mm／ d ， 两帮 0 ． 2 8 mm／ d ； 巷道位 于顶板石灰岩 、 两帮泥岩时移 近速度为 顶底板 0 ． 2 3 mm／ d ， 两帮 0 ． 3 7 mm／ d ． 实践表 明， 二次锚喷支护技术在控制深部围岩稳定 方 面优 于一次 锚 喷支 护． 2 岩 巷二次支 护数 值分析 2 ． 1 参数取值及模型建立 一 1 1 0 0东大巷为穿层 掘进 ， 由煤 4底板穿 至 煤 7顶板 中， 煤 岩 层产状 、 厚度 、 结构见表 1 ， 巷 道顶 底 板岩 石力 学 性质 测试 结果 见 表 2 ． 表 1 巷道 顶底 板岩性特征 Ta bl e 1 The c ha r a c t e r s o f r o a dwa y r o of 表 2巷道顶 底板 岩石力学性质测试 结果 Ta bl e 2 The me c h a ni c al pa r a me t e r s of r oa d wa y r o o f 抗 拉 抗压 内聚 内摩 弹性 泊 类别 强度 ／ 强度／ 力／ 擦 角／ 模量／ 松 MPa MPa MPa 。 GPa 比 煤层 1 ． 3 1 8 ． 7 6 ． 0 3 2 ． 5 1 ． 1 7 0 ． 1 9 直接顶砂 岩 6 ． 5 9 9 ． 4 2 9 ． 3 2 8 ． 0 2 1 ． 0 0 ． 2 4 底板砂岩 3 ． 8 5 4 ． 5 1 4 ． 0 4 0 ． 0 2 3 ． 7 0 ． 1 9 连续介质快速拉格朗 日差分法是近年逐步完 善的数值分析法 ． F L AC 。 有限差分计算软件 ， 适 用于模拟计算岩土材料 的力学行为及屈服极 限后 采矿与安全工程 学报 第 2 5卷 的塑性 流动 ． 根 据现 有 一1 1 0 0 m 水平 开拓 巷道 的典 型 断 面 确定模型尺寸净宽 5 ． 2 m， 高 4 ． 4 m， 为便 于模 型 建立和计算 ， 底部不设置反拱 ， 断面为直墙半圆拱 形． 考虑巷道影响范围不小于 3 ～5倍断面尺寸要 求 ， 取计算区域为宽高一3 0 m2 4 m； 求解区域 离散为四边形网格， 问题简化为平面问题． 分析一 次锚 喷和二 次锚 喷支护 对 围岩变形 、 塑性 区和拉应 力区发展的影响 ， 研究二次支护 的最佳支护 时间． 采用黏弹性模型的伯格蠕变模型和摩尔一 库仑模 型 合成伯格蠕变黏塑性本构模型， 考虑围岩黏弹塑性 应力偏量特性与弹塑性体积变化特性、 黏弹性本构 关系和伯格模 型一致， 塑性本构关系和摩尔一 库仑 模 型一 致． 计算模型为 2 0 mm2 2 0 0 mm 等强螺纹钢 全长树脂锚 固， 模拟全 长锚 固， 初锚 力 8 0 k N 以 上 ， 杆体屈服荷载 1 0 8 k N， 锚杆采用 c a b l e单元模 拟． 一次锚喷支护锚杆间排距 7 0 0 mmX 7 0 0 mm， 二次 锚 喷支 护 的最 终 锚 杆 间 排距 1 0 0 0 mmX 5 0 0 mm， 支护密 度基本 相 近． 底 板 斜 锚杆 安 装 角 4 5 。 左 右 ， 底 板 中部平 均 布置 3根锚 杆 ， 喷射 C 2 0混 凝 土 厚 1 5 0 mm． 2 ． 2 数值 模拟 结果 一 次 锚喷支 护 、 二 次锚 喷支 护 的塑性 区发展 如 图 2 ， 黑色部分为 围岩塑性 区， 灰色部分 为围岩弹 陛区． 1 0 0 7 ．5 量 、 5 O 2 5 0 -5 0 - 2 5 0 2 5 5 0 x／ m a 一次锚喷支护 ．5 0 ． 2 5 0 2 5 5 0 m b 二次锚喷支护 图 2 不同支护巷道围岩塑性区 F i g ． 2 P l a s t i c r e g i o n o f s u p p o r t e d r o a d wa y 由图 2可见 ， 一 次锚 喷支 护 的围岩塑 性 区影响 到巷道 周边 2 ～3 m 范 围 ， 巷 道 变 形 明 显 ； 二 次 锚 喷支护 由于 巷道 围岩 经 过 一定 时 间 的应 力应 变 释 放 ， 塑性 区集 中在巷 道 周边 1 ． 5 m 的范 围 内 ， 基 本 处于锚 杆锚 固 的范 围 以 内 ， 巷 道 无 明显 的大 变 形 ， 支护体与围岩在结构上达到耦合 ， 使整个支护体与 围岩达到最佳 的耦合支护力学状态 ， 从而巷道围岩 和锚杆共 同组成的支护体很好地控制 了巷道 围岩 变形． 岩 巷 开挖后 的 围岩应 力场 如图 3 ． 2 5 O 1 2 5 1 0 ． 0 E 7 5 、 5 0 2 5 0 -7 5 - 2 ． 5 0 2 5 7 ． 5 m b 二次锚喷支护 应力／ MP a 1 3 5 1 0 5 7 5 4 5 1 5 O 应力／ MP a l 5 8 l 2 3 8 7 ．5 5 2 ．5 1 7 ．5 0 幽 3巷 遭 围岩 最 大 主 应 力 等 值 线 Fi g ． 3 M a x i mu m p r i n c i p a l s t r e s s e s c o n t o u r s o f r o a d wa y 由图 3可见 ， 一次锚喷支护后 ， 巷道在一定范 围内围岩应力重分配 ， 而采用二次锚喷的巷道变形 进一步的减小 ， 围岩应力重分布的影响范围比一次 锚喷支 护 大 ， 平 均应 力 比一 次 支 护 时小 ， 一 次 支 护 的高应力分布范围比二次支护后的要大得多， 二次 锚喷 支护 能较好 的控 制巷 道 的大流 变破坏 ． 可见 二 次锚喷支护的围岩经过一段时 间的应变能有效转 移、 释放 ， 导致围岩最大应力区向低应力区转化 ， 最 大应力区的数值 降低 ， 低应力区荷载有所提高， 实 现了围岩从高应力向低应力区的扩散转移 ， 使围岩 应力 场均 匀化 ． 不同支护形式的锚杆 内力变化如图 4 ． a 一次锚喷支护 堇 擐 一 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 l 4 l 6 1 ． 8 距内锚头距离／ m 帮锚杆 ；． ． ． 帮拱锚杆 ； 拱顶锚杆 图 4 不同位 置的锚杆 内力 变化 Fi g ． 4 Va r i a t i o n o f b o l t i n t e r n a l f o r c e s a l o n g b o l t a x i s 一 ■ 如 ∞ ∞ ∞ ∞ 如 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 第 3 期 李 清等深部岩巷二次猪喷耦合支护技术 由图 4可见 ， 锚杆内力分 布是 中部最大 、 两端 偏小 ， 但不同位置的锚杆不完全相 同． 拱顶锚杆最 大 内力距内锚头 0 ． 9 m， 一次锚喷支护锚杆最大内 力 9 7 ． 6 k N， 二次锚喷支护 的最大值 9 8 k N； 帮拱 锚杆最大内力距 内锚头 1 ． 2 m， 一次支 护的最大值 1 1 2 ． 7 k N， 二次支护的最大值 1 0 1 ． 2 k N； 中部的帮 锚 杆 最大 内力 也距 内锚 头 1 。 2 m， 一 次 支 护 的最 大 内力 1 2 2 ． 5 k N， 二次支护 的最 大内力 1 0 6 ． 5 k N． 二次锚喷支护的锚杆 内力小于一次锚喷完全支护 的锚杆 内力 ， 两种支护方法的锚杆最大内力均出现 在两帮的锚杆部位 ， 但一次完全支护的锚杆最大内 力 1 2 2 ． 5 k N超 出了锚杆 的屈服载荷 ， 锚杆进入塑 性阶段． 可见二次锚喷支护中围岩应变能的有效释 放 ， 不同部位的锚杆受力状态发生变化 ， 受力较小 的锚杆的最大内力稍微增大 ， 受力最大的锚杆的最 大 内力降低 ， 避免了支护结构的局部锚杆的强度失 稳 ， 实现不同部位的锚 杆受力荷载均匀化 ， 发挥 了 锚杆共同作用， 同时对于深部岩巷要重视帮部围岩 的水平作用力对支护结构的破坏作用 ， 适 当加强帮 部 围岩 的支 护强 度． 2 ． 3第 2次锚 杆最 佳支 护 时 间 岩巷 的流变时效性对巷道支护结构提出了时 间过程匹配的要求． 最佳第 2次锚杆支护时间是最 大 极 限地发 挥 围岩 塑 性 区承 载 能力 而 又不 出现 松 动破坏 ， 受多种因素影响 ， 数值模拟结果如图 5 ． a 顶底板 0 I 6 0 1 2 0 , 0 8 0 O 4 量 蠢 。 趟 0 0 7 0 ,0 5 0 ,0 3 0 0l j b 两帮 ，一 ’ d- “ 4 0d ’ l J i i i 1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l 0 0 时间， d 图 5 二次锚 喷支护围岩的时间一 位移 曲线 Fi g ． 5 Di s p l a c e me n t c u r v e s o f s u r r o u n d i n g r o c k o f r o a d wa y u n d e r s e c o n d a r y b o l t ／ s h o t c r e t i n g s u p p o r t 结果表明第 2 0 d进行第 2次锚杆支护 ， 巷 道 变形未收敛 ， 此时二次锚杆支护后巷道 的继续变形 量较大 ， 最终变形量顶底板 1 4 0 mm， 两 帮位移 6 3 mm， 顶底板在第 2次锚杆 支护后 的变形 量有 3 6 mm， 两帮收敛量 1 9 mm， 可见第 2次锚 杆支护过 早． 3 0 4 0 d后进行第 2次锚杆支护后 ， 顶 底板移 近量约 1 7 mm， 两帮变形量 8 mm， 围岩控制效果 明显． 第 6 0 d进行第 2次锚杆支护后 ， 巷道变形增 长缓慢 ， 但巷道需较 长时间收敛 ， 也可能使初次支 护的锚杆失去作用． 考虑其它 因素影响 ， 第 2次锚 喷支护最佳支护时间为 3 0 4 0 d ． 孙村矿一I 1 0 0 m 东大巷在经过一次锚喷支护 后的巷道混凝土表面表现为出现鳞 、 片状剥落的高 地应力腐蚀现象时， 是实施二次锚喷支护的最佳支 护时间， 根据现场调查 ， 张性、 张扭性裂纹宽度达到 1 ～3 mm， 或者巷道表面各点变形量达到设 计余量 的 6 0 ％， 并结合岩巷掘进工艺和安全生产的要求 ， 确定实 际的第 2次锚杆耦合支护 时间 ， 一1 1 0 0 m 东大巷 的二次锚喷支护实时 间为一次锚喷支护后 3 0 ～4 O d左 右 实施 ． 3 二次锚喷支 护的力学机制探讨 岩巷开挖引起巷道 围岩变形和应力重分布 ， 围 岩变形分为减速 、 近似线性恒速 、 加速和收敛变形 等阶段． 围岩切 向应力增大 ， 径向应力减小 ， 促使围 岩向巷道临空区变形 ， 围岩裂隙发生扩容和扩展 ， 力学性质随之不断恶化 ， 致使围岩应力高度集 中区 域的岩层屈服而进入塑性工作状态 ， 形成 塑性 区， 但围岩仍具有承载能力． 应力集 中区向围岩纵深进 一 步偏移 ， 塑性 区不断向围岩 内部发展． 临空塑性 区将 随变形 加大而 可能 出现松 动破坏 ， 形成松 动 区， 围岩失去承载能力． 充分利用围岩与支护体共同作用能很好地解 决巷道围岩控制问题 已形成共 识 ] ， 尤其是深部 巷道支护． 支护所受压力 、 变形来 自于围岩 自身平 衡过程中的持续变形或破裂． 另一方面 ， 支护 以 自 身的刚度和强度抑制岩体变形和破裂的发展 ， 同样 影响支护体 自身， 形成 围岩一 支护共同耦合作用． 发 挥 围岩的自承能力 ， 有利于维护地下工程稳定和减 少支护的投入． 广泛采用 的一次锚喷支护 的主动柔性支护相 比传统 的强力 U 型棚的被动刚性支护 ， 支护效果 要好得多 ， 但两者支护结构一定程度上都表现为柔 性差、 可缩性小 ， 仍以抗压为主 ， 企 图依靠锚喷 、 棚 类支护结构限制围岩移动变形 ， 提高围岩 的整体稳 定性及抗压强度 ， 没有充分考虑围岩 自承和 自稳能 力． 在深部岩体高地应力作用下， 这种以抗压为主 采矿 与安全工程学报 第 2 5卷 的支护技术消耗大量的人力和物力 ， 即使采用高强 锚杆也难以完全控制围岩的流变大变形． 二次锚喷支护技术是 主动支护与被 动支护 、 “ 让压” 与“ 抗压” 的结合， 利用了支护结构与围岩共 同承载耦合作用． 二次锚喷支护中围岩应变能的有 效释放 ， 使不同部位 的围岩最大应力 区、 锚杆所受 内应力等发生转化 ， 实现了围岩从高应力向低应力 区的扩散转移 ， 减小 了受力锚杆的最大 内力值． 第 一 次锚喷支护主要是 以一定强度 的支护结构加 固 提高围岩 自支承能力 ， 保证巷道安全的前提下允许 围岩在控制下释放巨大 的塑性能， 产生一定变形 ， 使 巷道 围岩应 力重 分布 ， 围岩 中最 大应力 区向低 应 力区的转化 ， 应力集 中区 向围岩深部偏移， 减小 了 围岩最大应力 ， 减小 了作用 于锚喷支护体上 的荷 载 ， 适应软岩变形力学机制 ； 为保证巷道较长时间 的稳 定和 服务期 安全 ， 在 围岩变 形稳定 后必 须实 施 具有足够强度的第二次锚喷支护， 甚至采用高预紧 力 、 较大延伸量的高强度锚杆、 锚索支护系统， 强化 锚 固 区围岩强 度 ， 加 强巷道 两帮 、 底 角支护 ， 以给巷 道围岩提供最终的足够支护强度 、 刚度 ， 控制非稳 定塑性区的扩展 ， 避免松 动破坏区的出现 ， 提高巷 道最薄弱部位 两帮、 底角 残余强度和巷道围岩的 整体稳定性． 可见二次锚喷支护技术实现 了支护结 构体不同位置锚杆受力荷载和围岩应力场的均匀 化 ， 强调发挥支护结构与围岩共同承载的动态耦合 作 用 ， 允许 围岩 出现 塑性 区 ， 控 制 围岩 松 动 区的 发 展 ， 避免围岩与支护结构 的强度失稳 、 变形失稳和 结构失稳等． 4 结 论 1 F L AC数值分析表明一次锚喷支护的围岩 塑性区影响范围、 围岩变形都较二 次锚喷支护要 大 ， 二次锚喷支护的围岩塑性区集中巷道周边 1 ． 5 m 内， 处 于锚 杆锚 固范 围 内； 二 次锚 喷支 护 的 围岩 应力重分布的影响范围比一次锚喷支护大 ， 平均应 力 比一次锚喷支护小 ； 二次锚喷支护的最大受力锚 杆的内力小于一次支护的最大锚杆 内力 ， 避免了局 部锚杆的强度失稳． 2 二次锚喷支护技术是主动与被动支护的结 合 ， 适应 了深部围岩的大流变变形． 第 1次锚喷支 护在保证安全下允许 围岩有控制地变形和释放 围 岩的变形能； 第 2次锚喷支护在围岩基本稳定后实 施 ， 强调二次支护结构具有较大强度 ， 以给巷道围 岩提供最终的足够支护强度 、 刚度 ， 保证巷道 的较 长时间的稳定和服务期． 3 二次锚喷支护技术使支护结构体的锚杆受 力荷载和围岩应力场的均匀化 ， 发挥支护结构与围 岩的刚度 、 强度 、 变形的匹配与动态耦合． 4 比较第 2次锚 喷不 同支 护时 间 的巷 道 围岩 位移变化 ， 得出孙村矿 一I 1 0 0 m 东大巷 的第 2次 锚喷支护最佳时间为 3 0 4 0 d ， 基本与现场矿压观 测 相一致 ． 参 考 文献 [ 1 ] 何满潮 ， 谢 和平 ， 彭苏萍 ， 等．深部开采岩体力 学研究 [ J ] ．岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 1 6 2 8 0 3 2 8 1 3 ． HE M a n - c h a o ，XI E He p i n g ，P ENG S u - p i n g ，e t ． S t u d y o n r o c k me c h a n i c s i n d e e p mi n i n g e n g i n e e r i n g [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i - n e e r i n g，2 0 0 5 ， 2 4 1 6 2 8 0 3 2 8 1 3 ． [ 2 ] 晏玉 书．我国煤矿 软岩巷 道 围岩控制技 术现 状及发 展趋势 [ c ] ／ ／ 何满潮．中国煤矿软岩巷道支护理论 与 实践．徐州 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 6 1 - 1 7 ． E 3 ] 刘 泉声 ， 张华 ， 林涛．煤矿 深部 岩巷 围岩稳定与 支护对策[ J ] ．岩石 力学 与工 程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 3 2 1 3 7 32 37 37 ． LI U Qu a n - s h e n g ，ZHANG Hu a ，LI N Ta o ．S t u d y o n s t a b i l i t y o f d e e p r o c k r o a d wa y s i n c o a l mi n e s a n d t h e i r s u p p o r t me a s u r e s [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d En g i n e e r i n g， 2 0 0 5，2 3 2 1 3 7 3 2 - 37 3 7． [ 4 ] 李清 ， 杨 仁树 ， 汤增陆 ， 等．深部大断 面岩巷快速掘 进技术研究[ J ] ．煤炭科学技术 ， 2 0 0 6 ， 3 4 1 0 1 - 4 ． LI Qi n g，YANG Re n s h u，TANG Z e n g l u，e t a 1 ． Re s e a r c h o n r a p i d e x c a v a t i o n t e c h n o l o g y f o r d e e p mi n e l a r g e c r o s s s e c t i o n a l r o c k r o a d wa y [ J ] ．C o a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，2 0 0 6 ， 3 4 1 0 1 - 4 ． E s ] 李均雷．深部软岩巷道锚喷二次支护技术的模拟试 验研究 [ D] ．北京 中国 矿业 大学 建 筑 工 程 学 院 ， 2 00 6． [ 6 3 刘波， 韩彦辉．F L AC原理、 实例与应用指南[ M] ． 北京 人民交通出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 7 ] 汤雷 ， 王五平．锚杆支护与 围岩共 同承载 的协调性 [ J ] ．煤炭学报 ， 2 0 0 4 ， 2 9 1 1 2 1 6 ． TANG Le i ，W ANG W u p i n g ． Co o r d i n a t i o n b e t we e n b o l t i n g s u p p o r t a n d s u r r o u n d i n g r o c k a f f e c t e d b y g r o u n d p r e s s u r e [ J ] ．J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y , 2 0 0 4， 2 9 1 1 2 - 1 6 ． [ 8 ] 董 方 庭．巷 道 围岩 松 动 圈 支护 理 论及 其 应 用技 术 [ M] ．北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 1 ．