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1、附件1：广旺矿区巷道支护设计方法（暂行）1.巷道支护围岩分类法巷道支护围岩分类方法很多，各有优缺点。经过现场大量实践,采用围岩松动圈分类法，比较简单可行、经济实用。巷道支护围岩松动圈分类法见表L1、表1.2。表1.1巷道支护围岩松动圈分类表围岩类另分类名称松动圈Lp/cm支护机理及方法备注小松动圈I稳定围岩040杆射混凝土支护围岩整体性好，不易风化的可不支护中松动圈H较稳定围岩40100锚杆悬吊理论杆层局部支护III一般围岩100-150锚杆悬吊理论杆层局部支护刚性支护局部破坏大松动圈IV一般不稳定围岩（软岩）150200锚杆组合拱理论杆层、金属网局部支护刚性支护大面积破坏V不稳定围岩（较软围
2、岩）200-300锚杆组合拱理论杆层、金属网局部支护围岩变形有稳定期VI极不稳定围岩（极软围岩）300二次支护理论围岩变形在一般支护条件下无稳定期表1.2大松动圈软岩工程分类表Lp/cm围岩类别围岩类型支护机理及方式备注150200IV一般软岩锚杆组合拱理论锚杆网支护200300V较软软岩锚杆组合拱理论全断面锚杆网支护300VI极软软岩二次支护理论联合支护2.锚杆支护理论锚杆支护是通过围岩内部的杆体，改变围岩本身的力学状态,提高围岩的强度，从而在巷道周围岩体内形成一个完整稳定的承载圈，与围岩共同作用，达到维护巷道的目的。各种锚固支护理论的研究都是以一定的假设为基础的，各自从不同的角度、不同的条
3、件阐述锚杆支护的作用机理，适用不同的围岩条件，得到了国内外的认可和应用。2.1 传统锚杆支护理论2.1.1悬吊理论悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性。悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用巷道帮、底。如果顶板中没有坚硬稳定岩层或顶板软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。2.1.2组合梁理论组合梁理论认为：在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。组合梁理论只适用于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。2.1.3组合拱（压缩
4、拱）理论组合拱理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱（也称组合拱或压缩拱），这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑力也相应加大。组合拱理论没有深入考虑围岩-支护的相互作用，一般不能作为准确的定量设计，但可作为锚杆加固设计和施工的重要参考。2. 1.4最大水平应力理论最大水平理论认为：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方
5、向性，最大水平应力一般为最小水平应力的L52.5倍。最大水平理论，论述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。可以借贴计算机进行模拟设计。2.2围岩松动圈支护理论围岩松动圈支护理论由三个主要部分组成。2.2.1 围岩松动圈支护。开巷后，当围岩应力超过围岩强度后将在围岩中产生新的裂缝分布，其分布区域类似圆形或椭圆形，当围岩为不均质时将为异形,称之为围岩松动圈。松动圈主要尺寸属性为其厚度，其值可用超声波围岩松动圈测试仪或其他如多点位移计等测得。围岩一旦产生松动圈，围岩的最大变形荷载将是围岩松动圈产生过程中的体积膨胀称之为碎胀变形。并且经试验证明，现有支护无法有效阻止围岩松动圈的
6、产生和发展。即围岩松动圈支护理论的立论有二：一是围岩松动圈是开巷后的客观存在；二是围岩碎胀变形远远大于围岩的弹塑性变形。2.2.2 围岩松动圈分类方法。分类表将围岩分为Vl类，其中当松动圈大于150Cnl时，无论围岩性质如何，其支护上都需采用软岩支护技术，因此称之为软岩（不稳定围岩）支护。2.2.3 围岩松动圈锚杆支护技术。从围岩松动支护理论出发，它将锚杆支护按机理分三种类型设计。当LPV40CnI时，称小松动圈，或理解为围岩只有弹塑性变形,锚杆将起不到作用，只需进行杆混凝土支护或裸体巷道。中松动圈。Lp=40150cm,松动圈在这范围内，支护较容易，采用悬吊理论，其悬吊点在松动圈以外，在这种
7、条件下，杆混凝土只有防止围岩风化和防止锚杆间小块岩石的掉落。大松动圈。Lp150cm时，用锚杆给予松动圈内破裂围岩以约束力，使其恢复到接近原岩的强度并具有可缩性，形成锚固体进入支护，即所谓组合拱/梁理论。2.2.4 3软岩工程力学支护理论。软岩巷道工程变形、破坏和失稳的原因是多方面的，但其根本原因是其具有复杂的变形力学机制。根据理论分析和大量的工程实践，可将软岩巷道工程的变形力学机制归纳为3大类，即物化膨胀类、应力扩容型类和结构变形类。软岩一般是泥质岩类，基本上是黏粒的集合体。软岩工程支护是力求有控制地产生一个合理厚度的塑性圈，最大限度地释放围岩变形能。2.2.5 .锚杆支护设计方法目前的巷道
8、锚杆支护设计方法基本上可归纳为四大类：第一类是工程类比法，包含简单的经验公式进行设计；第二类是理论计算法；第三类是以计算机数值模拟为基础的设计的方法；第四类是监测法。3.1 常用锚杆支护设计方法3. 1.1经验公式计算法1 .锚杆支护锚杆长度1.=N（1.3+W/10）式中：W一巷道或碉室跨度，m；1.锚杆总长度，m；N一围岩影响系数（表3.1）（围岩类别按煤矿井巷工程锚杆、杆浆、杆射混凝土支护设计试行规范中的围岩分类）。表3.1围岩影响系数表围岩类别IIIlIIVV围岩影响系数N0.91.01.11.2锚杆间距M0.4L锚杆直径d=l110.煤巷锚杆及与网、梁组合支护锚杆长度1.=N(1.5
9、+W/10)锚杆间距M0.9/N锚杆直径d=L110.1.2工程类比法1.直接类比法对待开掘的巷道进行工程条件分析，选择与其条件类似、已实践成功的巷道进行比较。2,间接类比法比照多年来实践经验总结出来的支护参数进行支护设计。此外，锚杆支护设计方法还有极限平衡区锚杆支护设计方法和煤层巷道围岩预应力锚杆支护设计方法。鉴于广旺矿区的实际情况，建议采用围岩松动圈锚杆支护设计方法。2 .2围岩松动圈锚杆支护设计方法3 .2.1围岩松动圈与锚杆支护机理松动圈围岩分类方法以松动圈的尺寸为惟一的分类指标，即根据松动圈的厚度值划分围岩的稳定性类别。锚杆支护在围岩中的作用机理与松动圈的大小有关，也即不同的围岩类别
10、，锚杆支护的作用机理是不同的。小松动圈1.p=0-40cm,由于碎胀比较小，锚杆受力很小，可以不计。因此在小松动圈值的情况下，在采矿工程中，可以不用锚杆。只杆混凝土层，防止危岩的掉落和风化。(2)中松动圈1.p=40150cm,这一松动圈范围，碎胀为明显，需要给予约束,不使产生明显的周边位移量。采矿工程中需要采用锚杆支护为主体,锚杆起悬吊作用。对于永久工程，加杆混凝土防止围岩风化。设计的悬吊点是在松动圈边界外的岩石中，这点与传统的悬吊原理需要把悬吊点选择在稳定性较好岩层上是不同的。大松动圈1.PeI50cm,碎胀相当明显，在松动圈分类表中，松动圈厚度大于150Cm的围岩为软岩。软岩中地压显现特
11、征为：地压在，23层石布常被压坏；围岩变形量大，变形时间长，支护不成功时底股严重。实践证明，成功合理的支护形式应具备两方面的特性：一是支护抗力大，二是支护要有一定的可缩性。32.2松动圈锚杆支护设计方法1.小松动圈围岩松动圈值L=O40CnI时，为I类稳定围岩。当松动圈L=O时,围岩只有弹塑性变形。若围岩整体性好，没有危石掉落和风化的危难时，巷道也可以裸体不必支护。杆层厚度的计算按抵抗危石坠落和防止围岩风化计算，危石的稳定条件是杆射混凝土的抗冲切和黏结力必须大于危石的质量。杆层厚度一般计算如下：按冲切破坏验算T1-RIH式中：Tr-冲切计算杆层厚度，mm；G危岩质量；Ri混凝土抗拉强度，MPa
12、；U一危岩在巷道断面上的周长，IDo按黏结破坏计算式中：T2一冲切计算杆层厚度，mm；Riu混凝土杆层黏结强度，Mpa；k岩石弹性系数；E岩石弹性模量。合理杆层厚度T=kmaxT1,T2式中：L为安全系数。2 .中松动圈围岩松动圈值L=40100Cm时，为11类较稳定围岩；松动圈值L=100150Cnl时，为HI类一般稳定围岩。支护的主体构件是锚杆，锚头必须锚固在松动圈以外的岩体上，将松动圈以内的岩体质量悬吊起来，以达到安全支护的目的。锚杆长度按悬吊理论设计，锚杆长度为1.=LP+0.3+0.1锚杆间、排距计算式为D叵式中：D锚杆间、排距，m；Q一锚杆设计锚固力，kN；Y一围岩的重力密度，kN
13、m3.在松动圈围岩锚杆支护中，锚杆是是支护的主体，松动圈岩体的碎胀力（简化为重力）由锚杆承受。杆层只起局部支护作用，即锚杆间的表面支护、控制锚杆间非锚固区围岩的变形、阻止非锚固区危石的坠落以及防止围岩风化，故杆层厚度一般选取70100mmo3 .大松动圈围岩松动圈值L=150200cm为W类一般软岩；松动圈值L=200300cm为V类软围岩；L300cm为Vl类极软围岩，对于软岩要用组合拱理论设计锚杆网支护。锚杆是锚杆网支护结构的主体构件,锚杆伸入围岩内部，与围岩相互作用形成的组合拱支护结构体，具有接近原岩强度和较好的可缩性能，能对巷道实行全方位的支护；杆层能够及时封闭围岩防止围岩风化潮解，并
14、能充填围岩裂隙和补平岩壁凹凸表面改善围岩的受力状态，同时对锚杆间围岩起支护作用；杆层加钢筋网是为了改善杆层性能，提高杆层的抗大变形、抗弯、抗支、抗剪能力，增强杆层的整体性，保证锚杆部的表面支护强度。锚杆网支护参数计算，考虑锚杆网能将破裂了的围岩重新组合起来，且具有足够的可缩性。主体支护主要是锚杆所形成的组合拱,其支护参数要按组合拱计算，组合拱的厚度、锚杆长度和锚杆的间排距有近似关系：1.=?tana+Dtana式中：L锚杆的有效长度，m；b一组合拱厚度，m；Q一锚杆在破裂岩体中的控制角（模拟试验得a=430）；D一锚杆的间排距，mo锚杆控制角如按45计算，对破裂岩体较为安全，则有1.=D+b一
15、般取：D=O506m杆层厚度与钢筋网的确定。杆层厚度多采用100120mm钢筋网，设计中一般可采用68mm网孔边长100150mm的金属网。组合拱的合理形状。对于Vl和V类软岩锚杆网支护宜选择缺圆拱形断面。在V类软岩中，用缺圆拱形断面是可行的。对于Vl类软岩锚杆网支护只能用圆形断面。4 .锚索支护设计方法锚索支护技术主要是将一定长度的低松驰高强度的钢较线配以专用锚具，用树脂或砂浆进行锚固，通过液压千斤顶在其尾部施加预应力，达到对巷道锚固支护的一项技术。锚索除具有普通锚杆的悬吊作用、组合梁作用、组合拱作用、楔固作用外，与普通锚杆不同的是对顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用，并且沿巷道纵轴线形成连续支撑点，以大预紧力减缓顶板变形扩张。在采掘现场，对于围岩松动圈大，巷道围岩节理发育、顶板破碎及伪顶较
