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出版者:煤炭工业出版社

作者:杨双锁

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页数:0

译者:

出版时间:2004-04-01

价格:25.0

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isbn号码:9787502024178

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回采巷道围岩控制理论与锚固结构支护原理 前言 在矿山开发利用的浩瀚历史长河中，地下采矿活动始终伴随着对复杂地质环境的征服。回采巷道，作为矿井生产生命线的重要组成部分，其稳定性的维持直接关系到矿井的安全高效运行。围岩的变形、失稳，以及由此引发的冒顶、片帮等事故，一直是困扰矿山工程界的世界性难题。尤其是在煤炭、金属矿产资源日益枯竭，开发深度不断增加，地质条件愈发复杂多变的背景下，如何有效地控制回采巷道围岩，保障其长期稳定，成为亟待解决的关键技术问题。 本书正是在这样的时代背景下应运而生。它深入探讨了回采巷道围岩的力学特性、变形破坏机理，并在此基础上，系统阐述了锚固结构支护的理论基础、设计方法、施工工艺及应用实践。本书旨在为广大从事矿山工程设计、施工、科研及管理的人员提供一本既具理论深度又不失实践指导意义的参考著作。 第一章 围岩的力学性质与变形破坏机理 任何工程结构的稳定与否，都离不开对其所处环境材料力学性质的深刻理解。回采巷道，作为在地下岩体中开挖形成的结构，其围岩的力学性质直接决定了巷道能否在承受地压、开采扰动等复杂应力作用下保持稳定。 本章将从岩石和岩体的宏观及微观力学行为入手，全面梳理围岩的主要力学参数，包括但不限于单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等。我们将深入分析这些参数的测试方法、影响因素（如岩石类型、完整性、含水率、应力状态等）及其在工程实践中的意义。 更重要的是，本章将着重剖析回采巷道围岩在不同开采方式、不同地质条件下的变形破坏机理。这包括： 应力集中现象： 巷道开挖本身会在围岩中产生应力重分布，特别是在巷道壁、角部等区域，应力会显著集中，导致局部强度过载。 围岩的蠕变与松弛： 在长期应力作用下，岩石会表现出蠕变特性，即应变随时间缓慢增长，导致围岩的长期变形。开采扰动还会引起围岩内部应力的松弛，加速变形。 岩体结构面（节理、裂隙、层理等）的影响： 天然岩体并非均质连续体，而是由结构面分割的块体。结构面的存在极大地影响围岩的整体力学行为，可能成为卸荷、滑移、垮塌的优势面。 地压显现与顶板垮塌： 随着开采深度的增加，上覆岩层所承受的应力也随之增大。在回采巷道附近，这种应力会发生显著的释放和重分布，可能导致顶板岩石的弯曲、断裂、垮塌。 巷道失稳模式： 结合围岩的力学性质和地质结构特点，本章将分析回采巷道可能出现的各种失稳模式，例如：顶板冒落、两帮片帮、底鼓、巷道变形（收敛、错动）等。对这些模式的理解，是制定有效支护策略的前提。 通过对围岩力学性质和变形破坏机理的深入研究，为后续章节中锚固结构支护原理的应用奠定坚实的理论基础。 第二章 锚固结构支护的基本原理与类型 围岩控制的根本目的是在围岩变形破坏之前，通过人工支护手段，将其加固、约束，使其能够承受开挖和采动带来的附加应力，并保持巷道的稳定。锚固结构支护作为一种先进、高效的围岩支护技术，以其能够充分发挥围岩自承能力、改善围岩应力状态、以及适应复杂地质条件等优势，在现代矿山工程中得到越来越广泛的应用。 本章将系统介绍锚固结构支护的基本原理。核心在于利用锚杆（索）将巷道围岩的岩块或岩层锚固在一起，形成一个整体性更强的复合结构，从而提高围岩的整体强度和稳定性。我们将重点阐述以下几个关键原理： 锚固力原理： 锚杆（索）通过其锚固段，将围岩块体约束在锚固点附近，从而产生一股抵抗围岩变形和滑移的拉力。锚固力的发挥受到锚杆材质、锚固方式（粘结、摩擦、膨胀等）、围岩的粘结强度、摩擦系数等多种因素的影响。 梁板效应（“拱”效应）： 通过合理布置锚杆，可以将围岩岩块连接起来，形成受弯或受压的梁、板或拱结构。这些结构能够将上覆岩层的荷载传递到两侧的稳定岩体或辅助支护结构上，有效防止顶板岩石的下沉和垮塌。 预应力作用： 锚杆（索）的张拉过程可以在围岩中引入预应力，挤压岩块，提高岩石的抗压强度，并减小岩石的变形。这种预应力能够有效地封闭裂隙，改善围岩的整体性。 联合支护作用： 锚固结构支护并非孤立存在，而是常常与其他支护方式（如喷射混凝土、金属网、钢拱架等）协同作用，形成联合支护体系。这种联合支护能够充分发挥各自的优势，实现更优的支护效果。 在此基础上，本章将详细介绍锚固结构支护的常见类型。这包括但不限于： 锚杆支护： 这是最基础也是最广泛应用的锚固支护形式。我们将介绍不同类型的锚杆（如全长粘结锚杆、砂浆锚杆、树脂锚杆、组合式锚杆、管缝锚杆等），以及它们在不同地质条件下的适用性。 锚索支护： 锚索具有更长的锚固长度和更高的锚固力，适用于锚固厚层岩石、破碎围岩以及处理大型滑坡体等。我们将介绍锚索的结构、锚固方式以及设计要点。 组合式锚固支护： 将锚杆、锚索与喷射混凝土、钢筋网、钢拱架等结合，形成更强的支护体系。例如，锚杆喷射混凝土支护（ Shotcrete and Bolt Support, SBS）是当前应用非常广泛的支护形式。 新型锚固支护技术： 简要介绍近年来出现的一些新型锚固支护技术，如自钻式锚杆、柔性锚固体系等，以体现技术的进步和发展。 通过对锚固结构支护基本原理和各类支护形式的理解，为后续章节的设计与应用打下坚实基础。 第三章 锚固结构支护的设计理论与方法 锚固结构支护的设计是确保支护效果的关键环节。科学合理的设计能够充分发挥围岩的自承能力，以最经济的材料和施工成本实现最佳的支护效果。本章将聚焦于锚固结构支护的设计理论与方法。 我们将从力学分析入手，介绍几种常用的设计方法： 基于极限平衡法的设计： 分析围岩可能存在的滑动块体，计算其下滑力，并根据锚固力的要求确定锚杆（索）的数量、间距和锚固力。 基于强度折减法的设计： 通过数值模拟等手段，分析围岩的应力场和变形场，根据围岩的强度储备和安全系数，确定支护参数。 基于围岩质量分类（如RMR、Q值法）的设计： 结合围岩的各项地质参数，对围岩质量进行分类，并根据不同的围岩等级，推荐相应的支护参数和类型。 基于数值模拟的设计： 利用有限元、离散元等数值模拟软件，建立回采巷道的地质模型，模拟开挖和采动过程中的围岩应力、变形和破坏，并反复优化支护参数，直至达到设计要求。这将是现代工程设计的重要手段。 在设计方法之外，本章还将深入探讨影响支护设计的重要因素： 围岩地质条件： 包括岩性、岩体完整性、结构面性质（产状、间距、充填物、通透性）、地下水等，这些因素直接影响围岩的力学强度和变形特征。 开采工艺与采动影响： 不同的采矿方法（如炮采、综采、水力采煤等）以及采动波的传播，对围岩产生的应力状态和变形模式有着显著影响。 巷道几何尺寸与形态： 巷道的跨度、高度、形状（矩形、圆形、马蹄形）以及巷道布置，都会影响围岩的应力集中程度和支护需求。 支护材料性能： 锚杆、锚索、喷射混凝土等支护材料的强度、耐久性、施工性能等，都会直接影响支护效果。 安全性和经济性： 设计不仅要保证巷道的安全稳定，还要考虑支护成本、施工效率等经济因素，力求达到最佳的综合效益。 我们将详细介绍各种设计方法的具体步骤、计算公式、图表应用以及在实践中的注意事项。特别会强调如何根据实际地质条件和工程需求，选择最合适的设计方法和支护参数。 第四章 锚固结构支护的施工工艺与质量控制 再完善的设计，也需要精湛的施工工艺来落地。锚固结构支护的施工质量直接关系到支护效果的最终实现。本章将详细介绍锚固结构支护的施工工艺，并强调质量控制的重要性。 我们将按照施工流程，逐一介绍关键环节： 钻孔施工： 钻孔是锚固支护的基础，孔位、孔径、孔深、孔距的准确性至关重要。我们将介绍不同钻孔设备（如潜孔钻、回转钻、旋挖钻）的性能特点，以及钻孔过程中影响质量的因素（如钻头磨损、钻进速度、泥浆性能等）。 锚杆（索）的安装： 包括锚杆（索）的制作、运输、下锚、注浆（或安装锚固剂）等环节。 锚杆（索）的注浆： 注浆材料的选择（水泥浆、聚合物浆料）、配比、注浆压力、注浆顺序等，直接影响锚固体的强度和粘结效果。 锚固剂的使用： 树脂、水泥砂浆等锚固剂的特性、保存、使用方法，以及如何确保锚固剂在钻孔内均匀分布并充分反应。 喷射混凝土施工： 介绍湿喷和干喷两种工艺的特点，喷射机的操作技巧，混凝土的配合比、外加剂的使用，以及喷射层的厚度、均匀性、强度等方面的要求。 其他辅助支护构件的安装： 如钢筋网、钢拱架等，介绍其安装顺序、连接方式及要求。 施工过程中的监测与反馈： 强调在施工过程中进行必要的监测（如锚杆受力监测、围岩变形监测），并根据监测结果及时调整施工参数或支护方案。 质量控制贯穿于施工的全过程。本章将重点阐述： 施工前的准备： 包括人员培训、设备检查、材料验收、技术交底等。 施工过程中的质量检查： 对钻孔质量、锚杆（索）安装质量、注浆质量、喷射混凝土质量等进行实时监控和检查。 施工后的验收： 按照设计要求和相关规范，对锚固结构支护的整体效果进行验收，包括外观检查、力学性能检测等。 常见施工质量问题的分析与预防： 例如，锚杆受力不足、注浆不密实、喷射混凝土脱落等问题，分析其产生原因并提出预防措施。 通过对施工工艺和质量控制的详细阐述，旨在帮助工程技术人员掌握规范、高效的施工方法，确保锚固结构支护的实际效果。 第五章 锚固结构支护的应用案例与效果评估 理论与实践相结合，是检验和发展科学理论的根本途径。本章将通过分析回采巷道围岩控制的典型应用案例，来直观地展示锚固结构支护的实际效果，并探讨如何对支护效果进行科学评估。 我们将精选一些具有代表性的回采巷道围岩控制工程案例，这些案例将涵盖： 不同地质条件下的应用： 例如，在坚硬岩石中、软弱岩石中、断层破碎带中、高地应力区域等不同地质环境下，锚固结构支护是如何应用的。 不同采矿工艺的配套： 例如，在煤炭综采工作面的回风巷、运输巷，在金属矿山地下开采的采矿巷道等不同用途的巷道中，锚固结构支护是如何配置和实施的。 复杂地质问题的解决： 如处理突涌水、软弱夹层、滑塌等复杂地质现象时，锚固结构支护所发挥的作用。 在每一个案例分析中，我们将详细介绍： 巷道的地质概况与围岩特性。 围岩面临的主要支护挑战。 所采用的锚固结构支护的具体方案（包括锚杆/锚索类型、参数、布置方式、辅助支护等）。 施工过程中遇到的主要问题及解决措施。 支护效果的监测数据和评估结果。 此外，本章还将重点探讨锚固结构支护效果的评估方法。这包括： 宏观评估： 通过观察巷道的变形量、失稳迹象（如裂隙发展、片帮、冒顶等），以及巷道的维护频率和成本等，进行整体性评估。 微观评估（监测）： 围岩变形监测： 使用测斜仪、沉降仪、 Convergence Meter 等仪器，监测巷道的收敛、沉降等变形量。 应力监测： 使用锚杆测力计、应力计等，监测锚杆（索）的受力变化，以及围岩的应力状态。 结构面活动监测： 使用裂缝计、位移计等，监测结构面的开合和滑移情况。 数值模拟与理论分析相结合： 利用监测数据，通过数值模拟等手段，进一步分析围岩的应力分布、变形机理，从而更深入地理解支护效果。 通过对这些实际案例的分析和效果评估方法的介绍，可以帮助读者更好地理解锚固结构支护的实际应用价值，并掌握评价支护效果的关键方法。 结语 回采巷道围岩的稳定控制，是矿山工程领域一项永恒而充满挑战的任务。本书力求从理论到实践，系统地阐述回采巷道围岩控制的科学原理，特别是锚固结构支护的设计、施工与应用。我们希望本书能够成为广大矿山工程技术人员的良师益友，在保障矿井安全生产、提高资源开发效率方面，贡献一份力量。未来的矿山工程，将更加注重科技创新，更加追求绿色、可持续发展，而锚固结构支护作为一种高效、环保的支护技术，必将在未来的矿山建设中发挥更加重要的作用。

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这本书的语言风格极其克制和精准，几乎没有一句废话，每一个句子都像是一枚计算好的铆钉，紧密地连接着前后文的逻辑链条。我发现作者在处理那些敏感的、容易产生争议的工程地质概念时，采取了一种非常严谨的“辨析式”写作手法。例如，在区分“围岩等级”与“支护难度”这两个看似相关实则有差别的概念时，作者引用了大量国内外不同标准下的案例进行对比论证，使得读者能够清晰地认识到，工程决策的底层逻辑往往比我们想象的要复杂得多。这种对细节的锱铢必较，体现了作者在科研上的极高素养。更难得的是，尽管内容专业性极强，但作者巧妙地运用了大量的图示和流程图来辅助说明复杂的数学模型推导过程，这些图表的设计并非简单的示意，而是经过精心布局，与文字描述形成一种互补和强化的关系。这种对信息传递效率的极致追求，极大地降低了专业知识的学习门槛，让非理论背景的工程师也能快速掌握其核心要义，可以说是将学术的深度与工程的可读性完美地融合在一起的典范之作。

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我个人对这本书中对于“动态支护响应”的章节留下了极其深刻的印象。在现代采矿和隧道建设中，快速掘进带来的应力释放速率，对围岩的瞬时稳定性能提出了前所未有的挑战，传统的静态平衡分析显得力不从心。这本书似乎捕捉到了这一时代脉搏，花了大量的篇幅去探讨时间效应，比如掘进扰动波传播速度与锚固系统反应时间之间的匹配问题。它不是简单地提出“加快支护”的口号，而是从材料的粘滞性、岩体的蠕变特性等多维度，建立了描述这种“时滞效应”的数学模型。当我看到作者如何将流变力学引入到支护结构与岩体耦合分析中时，我感到一种豁然开朗的感觉——原来围岩控制的本质，是对时间尺度的管理。这种超前的视角，使得这本书不仅仅是针对当前技术标准的参考手册，更像是一本面向未来十年工程难题的“预言书”。它促使读者跳出单纯的强度和刚度范畴，去思考支护体系的“生命周期管理”和“动态适应性”，这对于提升我国地下工程的本质安全水平具有不可估量的指导价值。

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这本书的封面设计着实引人注目，那深沉的蓝色调与中间那张力十足的岩石裂纹图片，一下子就把你拉进了那个充满挑战的地下世界。初翻开目录，那严谨的章节编排就透露出作者在理论深度上的追求，每一个术语的排列组合都像是精心铺设的逻辑阶梯，引导着读者一步步攀登。我特别欣赏它在概念引入时的那种循序渐进，不像有些专业书籍上来就是一堆公式和定义，让人望而却步。这本书更像是请了一位经验丰富的老矿工，带着你慢慢走进那个我们既敬畏又必须征服的岩层环境。它没有过多地纠缠于那些已经被学界广泛接受的、陈旧的理论框架，而是着重于探讨在复杂地质条件和高应力环境下的“动态响应”问题，这一点，对于我们这些常年与不稳定围岩打交道的人来说，简直是久旱逢甘霖。我尤其期待它在“失稳模式识别”那一章节的阐述，希望它能提供一套既实用又具备前瞻性的分析工具，而不是停留在理论推演层面。整体来看，这本书的气质是内敛而厚重的，它不试图用花哨的语言去包装深奥的知识，而是用最扎实的结构和最精确的表达，勾勒出隧道工程中的核心难题与解决之道，让人有强烈的阅读和实践欲望。

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读完前几章，我最大的感受是作者对于工程实践的深刻洞察力，这绝不是闭门造车的研究成果。很多教科书在讲解支护结构受力分析时，往往假设岩体是理想均质的，但在实际工程中，我们面对的是层理、节理、断层交织的复杂体，应力集中和卸荷效应是常态。这本书的厉害之处就在于，它似乎完全理解了现场工程师的痛点，从描述岩体结构变形的非线性特征入手，逐步构建了一个更贴近现实的力学模型。特别是关于“锚固体系的有效锚固长度”的讨论，它不仅仅给出了一个基于破坏模式的计算公式，更深入剖析了锚杆与围岩之间相互作用的微观机理，比如锚固段的应力分布梯度是如何影响整体稳定性的。这种从宏观现象到微观机制的穿透力，让原本晦涩的力学概念变得鲜活起来，仿佛你手中拿着一张实时监测数据图，正在对照书中的理论进行分析。这本书在理论与实践的结合度上做得非常出色，它提供的不是一套僵化的规范，而是一种系统性的、可灵活调整的思维框架，指导我们如何像一位老中医把脉一样，去精准判断巷道的“病灶”所在，并施以“对症下药”的支护方案。

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这本书的排版和装帧质量也值得称赞，这对于一本厚重的技术专著来说至关重要。纸张的选择恰到好处，既保证了墨迹清晰度，又避免了反光对阅读造成的疲劳，长时间阅读下来眼睛的负担明显减轻。更重要的是，书中的公式符号标注清晰、一致性极高，很少出现符号混用或者排版错误，这在处理复杂的张量和矩阵运算时，简直是福音——少了查找和核对符号的时间，就能更专注于理解其物理意义。此外，全书的注释和参考文献列表做得非常详尽和规范，体现了作者严谨的学术态度和扎实的研究基础。通过这些引用，读者可以方便地追溯到每一个理论的源头，进行更深入的文献调研。总而言之，这是一本从内容深度到外在呈现都无可挑剔的专业巨著，它不仅是知识的载体，更像是一件精工细作的艺术品，放在书架上会让人心生敬意，翻开阅读则会让人受益匪浅，无疑是地下工程领域近些年来难得的一部集大成之作。

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