软岩控制理论与应用PDF电子书下载

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