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上篇　软岩控制理论3

1　我国软岩概况及软岩工程技术发展现状3

1.1 中国的聚煤期3

1.2　中国的主要含煤地层3

1.2.1 古生代石炭二叠纪煤系地层4

1.2.2 中生代含煤地层4

1.2.3　新生代含煤地层7

1.3 中国煤矿床的分布8

1.4　我国煤矿软岩的赋存特点13

1.4.1 地理分布范围广13

1.4.2　跨越地质年代长13

1.4.3 成因和结构复杂14

1.5　软岩工程技术发展现状14

1.5.1 软岩工程技术的发展14

1.5.2　软岩工程支护技术的进展15

1.5.3 软岩工程支护理论学派百花齐放16

2　软岩的概念及其分类17

2.1　软岩的概念17

2.1.1 概述17

2.1.2　地质软岩的概念18

2.1.3　工程软岩的概念19

2.1.4　工程软岩和地质软岩的关系20

2.2　软岩的基本力学属性20

2.2.1 软化临界荷载20

2.2.2　软化临界深度21

2.2.3 软岩两个基本属性之间的关系21

2.2.4　软化临界荷载与软化临界深度的确定方法22

2.3　软岩的工程分类体系22

2.3.1 软岩的矿井分类22

2.3.2　软岩分类与分级23

2.3.3　软岩软化程度分类26

2.3.4　软岩的软化路径及软化状态议程表27

3　软岩的物理力学特性30

3.1　软岩的成分30

3.1.1 软岩粒组及粒度成分30

3.1.2　软岩中矿物成分的类型31

3.1.3 矿物成分与粒相的关系32

3.2　软岩中的膨胀性矿物及其特征33

3.2.1 软岩中的膨胀性矿物33

3.2.2　软岩膨胀性矿物的物理化学特征35

3.2.3　软岩膨胀性矿物的水理特征36

3.2.4 软岩膨胀性矿物的力学特征37

3.2.5　软岩膨胀性矿物的微观结构特征38

3.3　我国膨胀软岩的赋存特点38

3.3.1 沉积型泥质膨胀软岩39

3.3.2 蒙脱石化中基性火成岩类膨胀软岩41

3.3.3 蒙脱石化凝灰岩类膨胀软岩41

3.3.4 断层泥类膨胀软岩41

3.4　软岩的力学特性41

3.4.1 软岩的单轴抗压特性41

3.4.2　软岩的抗拉强度特性44

3.4.3 软岩的三轴抗压力学特性46

3.5　软岩的工程力学特性46

3.5.1 可塑性47

3.5.2　膨胀性47

3.5.3　崩解性49

3.5.4 流变性51

3.5.5 易扰动性54

3.6　软岩的抗剪强度恢复56

4　软岩控制理论概况58

4.1　巷道破坏现象58

4.2　巷道破坏原因58

4.2.1 地应力58

4.2.2　岩性67

4.2.3　巷道支护强度73

4.3　巷道支护设计方法75

4.3.1 工程类比法75

4.3.2　理论计算法76

4.3.3　现场监控法86

4.3.4　实验室模拟法86

4.3.5 大松动圈软岩的控制技术86

4.4　巷道围岩分类88

4.4.1 分类目的及原则88

4.4.2　分类方法88

5　大松动圈围岩（软岩）巷道支护技术90

5.1　软岩工程的特征及判定91

5.1.1 “软岩工程”矿压显现工程特征及其范畴91

5.1.2　软岩工程分类及判定91

5.2　大松动圈软岩工程类型及支护对策94

5.2.1　碎胀型软岩94

5.2.2　水胀型软岩96

5.2.3　复合型软岩97

5.2.4 大松动圈软岩支护对策98

5.3　软岩支护的工程监测99

5.3.1 软岩工程监测的意义和目的99

5.3.2　常规观测内容及方法100

6　软岩巷道的支护形式及控制方法104

6.1　软岩巷道锚喷支护104

6.1.1 锚喷支护原理104

6.1.2　锚喷支护设计原则106

6.1.3 锚杆加固设计原则112

6.2　软岩巷道矿工钢支护116

6.2.1 矿用工字钢116

6.2.2 U形钢117

6.2.3 其他矿用支护钢材118

6.2.4　支架附件及配套机具119

6.2.5　软岩巷道工钢支护分析123

6.3　软岩巷道围岩改性增强技术研究124

6.3.1 锚注改性增强机理分析与研究124

6.3.2　锚注改性增强加固的力学机制130

6.3.3 锚注改性增强围岩变形的黏弹性分析131

6.3.4　锚注锚杆的创新研究137

6.3.5　注浆工艺流程148

6.3.6　注浆工作注意事项150

7　巷道围岩地质力学测试研究152

7.1　现场调查和测试内容152

7.2　巷道围岩强度153

7.2.1 测站布置153

7.2.2 测点布置153

7.2.3 测试仪器154

7.2.4 测试原理154

7.2.5 技术特征155

7.2.6　测试方法156

7.2.7 测试结果156

7.3　钻孔节理裂隙观察160

7.3.1 测点布置161

7.3.2　测试仪器161

7.3.3 测试原理161

7.3.4　技术特征162

7.3.5 观察方法162

7.3.6　观察结果162

7.4　地应力164

7.4.1 力学方法164

7.4.2　地球物理方法166

7.4.3　地质信息方法166

7.4.4　地应力测试结果167

7.5　锚杆锚固力167

7.6　结论168

下篇　工程应用173

8　复合型软岩巷道支护工程实例173

8.1　工程概况173

8.1.1 地层岩性174

8.1.2　地质构造175

8.1.3 水文地质175

8.1.4 井田开拓及井底车场、硐室175

8.2　井底车场巷道及硐室围岩特性研究176

8.2.1 地应力176

8.2.2　围岩强度测定177

8.2.3 软岩物化178

8.2.4　岩体结构179

8.3　井底车场及主要硐室破坏特征181

8.3.1 高变室变形破坏特征181

8.3.2　4号交岔点变形破坏特征184

8.3.3　支护体破坏机理184

8.4　软岩巷道支护对策185

8.5　软岩巷道支护实践186

8.5.1　锚网喷支护186

8.5.2　铺设反底梁186

8.5.3 加固高变室两端小断面联络道188

8.5.4 注浆188

8.6　支护效果191

8.6.1 高变室支护效果191

8.6.2　其他巷道支护效果193

9　极软岩巷道的数值模拟技术研究194

9.1　技术原理194

9.2　模拟巷道工程地质条件195

9.3　模型方案设计196

9.3.1 模拟方案196

9.3.2　模拟过程分析197

9.3.3　模拟结果分析198

9.4　工程实践199

9.5　结论200

10　A矿软岩巷道化学锚注技术研究工业性试验201

10.1　工程背景201

10.2　化学锚注机理201

10.3　东大巷化学锚注二次支护试验方案202

10.3.1　注浆孔参数设计202

10.3.2　注浆压力205

10.3.3　注浆时间205

10.4　注浆工艺205

10.5　工业性试验206

10.6　注浆效果检测206

10.7　结论207

11　软岩巷道的无机锚注技术研究工业性试验208

11.1　引言208

11.2　软岩巷道锚注加固机理210

11.3　锚注支护参数设计210

11.3.1 注浆孔参数设计210

11.3.2　注浆量计算212

11.3.3 注浆压力213

11.3.4　注浆时间213

11.4　二次支护最佳时间确定213

11.4.1 二次支护最佳时间研究213

11.4.2 二次支护最佳时间确定214

11.5　注浆工艺214

11.6　二次锚注支护效果分析215

11.6.1 矿压观测215

11.6.2 注浆后围岩力学性能检测结果216

11.7　经济效益分析217

11.8　结论217

12　全长黏结锚杆锚固能力分析研究218

12.1 引言218

12.2　影响全长黏结式锚杆主要参数的分析计算218

12.2.1 全长黏结锚杆切向锚固能力的分析计算218

12.2.2 全长黏结锚杆黏锚能力的分析计算220

12.2.3　托锚能力分析223

12.3　锚杆锚固参数的合理匹配及参数优化223

12.3.1　托锚能力与黏锚能力匹配223

12.3.2 切向锚固能力与围岩特性匹配223

12.3.3 三径合理匹配提高锚固能力224

12.4　结论224

13　软岩巷道不良部位耦合增强技术研究225

13.1　巷道支护体不破坏的力学机理225

13.2　不良部位耦合支护技术226

13.2.1 不良部位的变形特征226

13.2.2 不良部位耦合支护技术原理227

13.2.3　不良部位特征的确定227

13.2.4 最佳支护时间的确定228

13.2.5　支护控制对策231

13.3　工程实例231

13.3.1 模拟过程及结果分析231

13.3.2　实施233

13.4　结论233

14　B矿软弱围岩巷道突水注浆封堵技术研究工业性试验234

14.1　工程概况234

14.2　突水机理分析234

14.3　巷道围岩注浆改性加固方案设计235

14.3.1　布孔设计研究235

14.3.2　加固方案设计237

14.3.3　工序流程238

14.4　施工工艺方法及技术要求238

14.4.1 工艺方法238

14.4.2　注浆工艺流程238

14.4.3 工艺技术要求239

14.4.4　注浆结束标准239

14.4.5 施工设备239

14.5　注浆加固效果240

14.5.1 声波检测结果240

14.5.2 注浆后围岩力学性能检测结果240

14.6　结论241

15　C矿软岩巷道控制技术研究242

15.1　概况242

15.2　试验巷道支护参数设计242

15.2.1 围岩松动圈的测定242

15.2.2　支护形式与断面形状的选择242

15.2.3　支护参数的计算242

15.3　锚喷网支护施工245

15.3.1 施工工艺245

15.3.2　施工技术及组织管理245

15.4　支护效果及复喷时间的确定246

15.5　技术经济效益248

16　复杂应力软岩锚注支护的工程实践与技术总结249

16.1　D矿区复杂应力软岩概况249

16.2　D矿巷道变形破坏原因250

16.2.1 开采地质条件250

16.2.2 采用的常规支护方式与围岩条件不相适应分析251

16.3　巷道锚网注支护的一体化及在D矿的应用252

16.3.1 锚网注支护一体化方案的实施252

16.3.2　锚网注支护的基本技术原则253

16.3.3 锚注支护围岩测试及稳定性监测255

16.4　锚注支护机理分析258

16.4.1 围岩注浆的主要作用258

16.4.2　锚注支护和围岩共同作用分析259

16.5　施工设备及施工工艺259

16.5.1　施工设备259

16.5.2　施工工艺259

16.6　锚注的劳动组织及技术要求260

16.6.1 锚注的劳动组织260

16.6.2　锚注的技术管理261

16.7　支护效果分析263

16.7.1　施工速度263

16.7.2　巷道的稳定性263

16.7.3 锚注支护效果的数值模拟264

16.8　经济效益分析270

16.9　锚喷支护发展的成果及展望271

参考文献274