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极破碎围岩大断面巷道变形破坏机理及控制技术研究
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武汉工程大学硕士学位论文极破碎围岩大断面巷道变形破坏机理及控制技术研究姓名周敏申请学位级别硕士专业防灾减灾工程及防护工程指导教师陈清运祝启坤摘要摘要武钢金山店铁矿井下工程地质条件复杂矿岩体极松软破碎。&&&&随着井下大型无轨设备全面采用采矿巷道断面从×扩大到其结果是巷道成巷率低支护成本居高不下严重影响矿山高效、安全生产。&&&&本文在东区工程地质详细调查的基础之上进行了巷道围岩稳定性分级指出了影响大断面巷道稳定性的因素和围岩破坏机理。&&&&在实验室矿岩石力学试验的基础上根据西区水平撑试验采矿巷道变形监测的数据使用有限元分析软件正算得到数值试验样本。&&&&在此基础上采用神经网络技术反演矿体力学参数。&&&&根据上述反演的矿岩体力学参数结合东区工程地质条件和生产实际使用有限元分析软件建立巷道喷锚支护计算模型依据正交试验设计得到个支护方案分别对巷道锚杆支护的几何参数锚杆的长度和间距进行数值模拟计算利用神经网络构建网络模型得到最优组合支护方案。&&&&关键词极破碎围岩变形破坏机理支护参数优化神经网络―×’群―独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。&&&&尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。&&&&对本文的研究做出贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。&&&&本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。&&&&学位论文作者签名司钦卯年月卜日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定即我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅。&&&&本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。&&&&保密在――年解密后适用本授权书。&&&&本论文属于不保密√请在以上框内打“√学位论文作者签名同祆川年月中指导教师签名修褊童叫年月牛第章引言第章引言问题提出及选题意义问题提出对地下矿山开采而言保证巷道开挖和支护稳定是矿山安全生产的前提。&&&&随着矿山开采的大规模进行和采深的不断加大巷道围岩应力状态趋于恶化高地压问题日益严重使得巷道围岩的支护更加困难尤其在破碎围岩中开掘大断面巷道其支护一直是困扰地下矿山安全生产的重大技术难题。&&&&本文以金山店铁矿工程背景为依托在综合考虑矿区复杂工程地质的基础上对金山店铁矿采取有效的支护方式控制围岩的变形破坏。&&&&金山店铁矿从年井巷工程基本建成并开始试生产以来已有近年的开采历史主要集中在西区开采。&&&&目前随着西区开采延深后可采矿量的逐步减少以及考虑到生产系统使用上东西区的连接和延续东区开采的准备工作已提到议事日程。&&&&由于矿区特殊的构造变形和断裂活动造成大量破碎岩体在内部块体相互错动的过程中形成层间滑动破碎带和挤压破碎带。&&&&由于复杂的工程地质条件和强大的采场地压破碎岩体结构松散极易松弛容易产生滑落失稳或冒顶…。&&&&因此巷道围岩控制的好坏直接制约着矿井生产的高产、高效水平并给矿井安全生产带来很大威胁。&&&&近年来随着开采深度的增加地压越来越大、巷道变形急剧加大、巷道底臌及片帮严重【引支护难度增加严重危害巷道围岩的稳定性和巷道维护制约深部开采。&&&&如何有效的支护和加固巷道围岩、维护巷道围岩的稳定性成为近年来国内外岩土工程界和采矿界特别关注的重要课题。&&&&选题意义武汉程人学硕学位论文金山店铁矿具有地质条件复杂、矿岩松软破碎、采场地压较大的特性随着无轨设备的大量投入使用巷道断面加大使巷道的维护难度加大。&&&&如果简单采用传统的巷道支护方式不能从根本上进行有效的支护而再次支护时又存在很大的安全隐患研究对象条件也复杂多变因此结合金山店铁矿复杂工程地质条件采用锚喷网支护为其首要支护手段。&&&&由于围岩松散、破碎采场地压过大巷道常常会出现大范围的冒顶、塌方、垮帮等事故严重影响矿山的安全生产。&&&&因此本文旨在采用数值计算软件建立数值模型来分析研究这类破碎围岩巷道的变形破坏机理改善围岩的受力状态提出合理可行的围岩控制技术使围岩达到最佳支护水平在保证巷道正常运行的同时为矿山安全生产提高矿井经济效益实现矿井高产高效具有重要的理论意义和实践价值【。&&&&研究现状巷道围岩变形破坏机理研究现状通过查阅各种资料总结得出巷道围岩变形破坏机理的研究方法主要有力学分析法、围岩分类法、数值计算法、人工智能法、反分析法以及由这些方法结合起来进行综合分析的研究方法。&&&&世纪人类开始对松散地层主要是土层围岩稳定和围岩压力理论进行研究以来围岩压力理论主要经历了古典压力理论、散体压力理论及现在广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论。&&&&随着半解析元法以有限厚条法的形式提出林银飞、郑颖人【】提出了弹塑性有限厚条法采用大单元内划分小网格的方法判断塑性区范围在弹性区及塑性区内选用统一的解析函数级数。&&&&以修正常刚度增量法为迭代方法推导出了塑性系数矩阵及塑性刚度矩阵并将其应用于圆形及椭圆形截面洞室的地下工程三维弹塑性围岩稳定性分析中。&&&&朱素平、周楚良【】提出了以对数函数描述岩石蠕变的粘弹性模型进行围岩稳定性的力学分析。&&&&第章引言同济大学孙钧、石振华【】通过对围岩一支护系统受力机理的充分阐述对层状节理围岩、含软弱断层、破碎带的围岩分别提出了两个串联模型和四元件的粘弹塑性模型。&&&&日本学者】及国内学者孙钧、李术才【】等将“损伤力学”这一学科应用于节理岩体的力学分析中。&&&&李术才采用损伤力学方法得到的节理裂隙岩体的本构关系及其损伤演化方程来评价节理裂隙岩体的稳定性和变形行为。&&&&同济大学孙钧】、朱合华【佗】等用“位移释放系数”来反映掘进面对围岩的空间约束程度提出了广义虚拟支撑力法并成功地将其应用于巷道围岩变形机理研究中。&&&&于学馥教授运用连续介质和静力学方法提出了“轴变论【】理论该理论认为围岩破坏是由于应力超过岩体强度极限所引起的巷道的塌落可以自行稳定并改变巷道轴比导致应力的重分布。&&&&该理论是从具体的应力和围岩应力来研究围岩变形破坏规律的。&&&&围岩分类法因其简单、明了而被广泛作为围岩稳定性评价与支护参数选取的依据但此类方法包含参数较多且有些参数难以确定加之岩体工程力学行为及其变形、破坏机理的不确定性和不确知性。&&&&因此许多学者采用模糊数学的方法加以处理。&&&&日本的铃木昌次等利用模糊数学的方法提出了采用模糊回归分析进行岩体分类的方法。&&&&中国地质大学的于震平、李铁汉【基于一种围岩稳定性分类方案的具体内容采用模糊处理的具体方法建立了分类指标的隶属函数对围岩类别进行了模糊综合评判。&&&&同济大学的黄宏伟、杨新安【】采用模糊数学及层次分析法分析了围岩稳定性分类中的不确定因素及工程支护类比设计中的不确定性提出了一种适应于岩石隧道锚喷支护工程类比设计的模糊经济分析法。&&&&武汉科技大学的雷学文、汤斌、王瑞芳【】等运用人工神经网络理论建立了围岩稳定性分类的人工神经网络识别模型。&&&&田敬学、姜福兴】采用“工程要求、基本结构、演化结构’’为一级武汉稃人学硕十学位论文指标提出了巷道围岩稳定性动态工程分类技术、分类结构的表达技术及分类结果的应用方法。&&&&近几十年来随着计算机应用的发展各种数值计算方法越来越多地被应用到围岩变形机理的分析中如有限差分法、有限元法、边界元法、离散元法等【。&&&&有限差分法是将待解决的基本方程和边界条件近似地用差分代数方程来表示即由有定规则的空间离散点处的场变量应力、位移的代数表达式代替从而把求解微分方程的问题转化为求解代数方程的问题。&&&&有限差分法原理简单可以处理一些复杂的问题应用范围广泛。&&&&前最常用的有限差分数值计算软件是软件它是一种用于工程力学计算的二维显示有限差分程序可以模拟由土、岩石和其他的在到达屈服极限时会产生塑性流动的材料所建造的结构的特性。&&&&清华大学的朱建明、徐秉业、朱峰…和北京科技大学的任天贵【】在分析有限差分程序的基础上提出了变弹模方法模拟时间因素对巷道围岩稳定影响的衰减曲线并利用该曲线有效地模拟出巷道围岩矿柱塑性区随时间的扩展情况为揭示巷道围岩变形机理和有效地指导围岩支护提供了有效地分析方法。&&&&有限元法是目前工程技术领域中实用性最强、应用最为广泛的数值模拟方法它将连续的求解域离散为一组有限个单元的组合体解析地模拟或逼近求解区域。&&&&有限元模型一般有弹性、弹塑性、粘弹性、粘塑性、粘弹塑性等。&&&&为了克服有限元法在无限域问题应用中的限制印度的】运用有限元计算程序对围岩变形机理问题进行了一系列的计算分析。&&&&边界元法是世纪年代发展起来的求解边值问题的一种数值方法。&&&&它是以拜特互等定理为基础有直接法与间接法两种。&&&&直接边界元法是以互等定理为基础建立起来的而间接边界元法是以叠加原理为基础建立起来的。&&&&与有限元法相比它具有降低维数将三维降低为二维、二维降低为一维、输入数据较简单、计算工作量少、精度较高及计算时间省等优点。&&&&特别是由于边界元法适用于无限域或半无限第章引言域的特点而在均质或等效均质围岩地下工程问题分析中表现的更为方便、明显。&&&&台湾的采用模拟地下洞室的虚拟力法和求解不连续面问题的位移不连续法两者相结合的混合模型提出了三维混合边界元法。&&&&离散元法是年由提出来的一种不连续介质数值分析法。&&&&它既能模拟块体受力后的运动又能模拟块体本身受力变形状态。&&&&其基本原理不同于基于最小总势能变分原理的有限单元法也不同于基于互等定理的边界单元法而是建立在最基本的牛顿第二运动定律上。&&&&该方法突出的优点是适于模拟节理系统或离散颗粒组合体在准静态或动态条件下的变形过程。&&&&】等对运用离散元法和有限元法分析节理岩层中洞室围岩变形机理进行了比较。&&&&随着多种新型网络模型的出现神经网络、遗传算法等人工智能学科的兴起为我们解决这类不确定和不确知的工程问题提供了强有力的理论依据【】。&&&&国内外许多学者基于人工智能方法理论提出了围岩变形机理的新方法。&&&&刁心宏】等利用神经网络辨识软岩情况下的岩石工程岩体力学参数从而进行巷道变形观测为研究岩体物理力学性质参数和岩石工程初始地应力条件提供了一个有效途径。&&&&刁心宏、冯夏庭【】等用神经网络反推岩体物理力学性质和初始地应力环境参数时各参数的可辨识性以及参数辨识的稳定性找出了待辨识参数个数与所需最少巷道变形观测项目数之间的关系并给出了巷道围岩变形观测项目选择的建议。&&&&北方交通大学的】利用神经网络找出了影响围岩稳定性的关键因素建立了一种等级分析方法。&&&&胡建华、王福寿【】等在神经网络工作原理的基础上利用改进的神经网络进行围岩稳定性的识别建立了围岩稳定性的神经网络识别模型。&&&&安红刚、冯夏庭【】将有限元与遗传进化算法相结合提出了进化有限元方法对地下大型硐室群围岩稳定性进行最优建模和获得全局最优武汉稃人学硕十学位论文解。&&&&自奥地利地质学家缪勒提出以充分发挥围岩自承能力为基本原理以锚喷支护及复合柔性衬砌为主要特征的新奥法以来以现场监控信息为依据通过反演计算围岩物理力学参数来评价隧道围岩稳定性的反演分析方法开始日趋完善。&&&&印度的】等认为由于隧洞围岩裂隙传播受到周围岩体约束及初始地应力对岩体的预应力作用其强度将会有显著的提高并通过反分析得出了变化的强度参数及变形模量。&&&&长沙矿冶研究院的梅松华【】、李文秀和长江科学院的盛谦在正交设计原理的基础上选定反演参数与水平采用二维显式差分法进行弹塑性位移反分析用正交设计的计算结果训练人工神经元网络、建立位移目标函数并获取最佳反演参数最后将所得参数用于变形观测。&&&&武汉大学的郭凌云和山西潞安矿业集团的肖明【】采用三维弹塑性损伤有限元及位移反演分析方法对地下工程岩体参数场进行反演分析获得洞周围岩参数场将计算结果用于洞室后期开挖围岩变形及稳定预测中。&&&&长江科学院的董志宏、丁秀丽【】等和长江勘测规划设计研究院的张风【】以乌江彭水水电站大型地下厂房为例从围岩实测位移出发建立了基于均匀设计神经网络遗传算法的围岩力学参数的系统反分析方法反演考虑开挖卸荷效应的围岩力学参数。&&&&巷道围岩控制技术研究现状国内外巷道控制技术理论研究现状破碎围岩作为软岩的一种其巷道支护理论与软岩巷道支护理论的发展密切相关目前国内外关于软岩巷道支护已经提出了多种支护理论与方法。&&&&世纪初以海姆、朗肯金尼克为代表的古典压力理论认为作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量【。&&&&但随着开挖深度的增加人们发现了坍落拱理论也称为松软压力理论相比古典第章引言压力理论更符合实际其代表有太沙基理论和普氏理论【。&&&&该理论认为坍落拱的高度与地下工程跨度和围岩性质有关。&&&&到了世纪年代奥地利工程师腊布希维兹又提出了新奥地利隧道施工方法简称为新奥法。&&&&年米勒教授比较全面地论述了新奥法的基本指导思想和主要原则并将其概括为条【】【删。&&&&随后日本的山地宏和樱井春辅提出了围岩支护的应变控制理论。&&&&该理论认为通过增加支护结构能较容易地将围岩应变控制在容许应变范围内。&&&&世纪年代萨拉蒙等人又提出了能量支护理论。&&&&该理论主张利用支护结构的特点使支架自动调整围岩释放的能量和支护体吸收的能量支护结构具有自动释放多余能量的功能【】【】。&&&&我国软岩巷道支护系统研究工作开始于年。&&&&冯豫、陆家梁、郑雨天、朱效嘉【】等在新奥法的基础上提出了“联合支护理论”该理论认为对于巷道支护要先柔后刚先让后抗柔让适度稳定支护。&&&&随后孙钧、郑雨天和朱效嘉】等对“联合支护理论”做进一步发展提出了“锚喷弧板支护理论”该理论强调联合支护理论的先柔后刚的刚性支护形式坚决限制围岩向中空位移。&&&&中国矿业大学董方庭等提出了“围岩松动圈理论”指出巷道支护的目的在于防止围岩松动圈发展过程中的有害变形。&&&&我国破碎围岩巷道支护实践研究现状破碎围岩作为不稳定巷道。&&&&由于其具有围岩松散、破碎、地压大等特点其支护问题一直被认为是矿山巷道支护的重大难题。&&&&对于软岩巷道采取的巷道支护形式主要有【】全刚性支护、刚性支护加柔体垫层支护、型钢可缩性支架支护、锚喷支护、超高强度锚杆支护、锚注支护以及各种形式的联合支护如锚喷注浆加固、锚喷型钢可缩性支架、锚喷弧板支架、型钢可缩性支架注浆加固、锚喷注浆型钢可缩性支架等支护方式。&&&&针对破碎围岩巷道目前使用最多的支护方式有锚喷支护、锚注支护、喷锚网支护、超高强度锚杆支护等以及各武汉程人学硕十学位论文种形式的联合支护。&&&&河北章村矿的白书民【针对章村矿三井采区泵房围岩破碎、地压大、变形严重的特点采用强力锚杆、锚索及两步耦合注浆进行综合加固取得了较好效果。&&&&中国矿业大学的韩立军【】等针对牛儿庄矿高应力环境下松散破碎围岩巷道存在的支护问题采用壁后充填和锚杆锚固与注浆联合支护技术加固巷道围岩较好地解决了巷道支护问题取得了较好的技术经济效果。&&&&焦煤集团的杨运峰【】针对中马村煤矿高应力破碎带大断面巷道运用锚网支护基本理论采用“锚网锚索注浆”联合支护技术取得了良好的支护效果和经济效益。&&&&中国矿业大学的王和志【】等针对淮北矿区许疃煤矿机巷近距离采空区下松散煤层巷道采取了以锚网支护为基础、关键部位采用锚索梁与桁架补强的支护方案。&&&&实践证明该支护方案新颖支护可靠.
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|个人分类:|系统分类:|关键词:支护 巷道 硐室 基本原则 发展方向初探
能源是中国经济的一大命脉，而煤炭在能源中占着举足轻重的地位，随着中国经济的快速平稳增长，煤炭、石油、天然气等化石燃料的补给也需要平稳增长。以煤炭地下开采为例，随着地下浅部资源的日益枯竭，深部煤炭开采的比重越来越大，而与之对应的技术、经济困难性越来越严重。以高地压、高温、高渗透压为代表的开采障碍正在影响着中国广大的煤炭企业。在瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、透水事故、顶板冒落、冲击矿压、煤炭自燃等众多问题中，深部地下工程中的巷道（硐室）围岩的合理控制作为地下生产系统的血脉显得尤为重要。目前，国内外关于深部围岩控制的理论较多，工程经验相对成熟，结合前人的研究成果，本文提出了四设计基本原则，并在此基础上初步探讨了未来地下深部工程的发展方向。1. 四设计基本原则Kastner 和Fanner根据经典的理想弹塑性理论，得到了地下硐室的围岩特性曲线并且进一步指导围岩控制设计，主要包括三个方面，一是改善巷道围岩的应力状态，二是改善巷道的围岩力学性能，三是提高巷道的支护强度。当然巷道的布置层位，与最大水平构造应力方向的关系等等也涉及到围岩最优控制，由于源头设计的局限性，不在此详述。个人根据自己的理解把围岩控制分成了四种基本设计的组合，一是让压设计，二是卸压设计，三是补强设计，四是支护设计。四种设计原则是相互影响，相互联系，相互依赖的，只有合理设计围岩控制方案，充分发挥第一和第二原则的前提下，借助第三、第四原则实现围岩控制的最优化。1.1 让压设计地下工程涉及的研究对象是各种类型的岩层，地质力学环境较为复杂，随着国内外勘测、探测技术的发展，对地下工程岩体的认识越来越充分，层理、节理、断层、褶皱、地下水、岩浆区域等地质状况清晰度不断增加，但是在深部地下工程中，岩体物理力学性质的变化存在着不确定性和复杂性。对地下响应的岩体的准确认识可以帮助我们更好的设计，同时个人感觉地下岩体本身具有一定的生命力或者自修复能力，当我们开挖硐室或者巷道时，岩石的三向应力状态转为二向应力状态，静态平衡状态被破坏，工程岩体开始重新进行应力分布以适应这种工程响应，而且这种自修复是不能避免的。在动态平衡形成的过程中，如果我们可以合理利用，加以引导就能形成让压设计技术，从而充分发挥围岩的生命力，达到优化设计的目的。近年来，国内外学者开展了大量的装备、技术、工艺等研究，形成了广泛却不系统的让压设计理论与技术。具体包括以下几项技术：1）高阻高延伸率让压锚杆、大延伸率锚索技术2）预留刚隙柔层技术、刚柔层桁架支护技术3）超边界开挖技术4）高预应力让压锚杆（带有让压构件：让压管或者让压环）5）木托盘与铁托盘的复合托盘（木托盘是让压构件）6）可收缩金属支架技术、让压拱形支架技术1.2 卸压设计由于让压设计是一个被动过程，而且其主要根据是围岩的力学环境主要包括有无地下水，围岩破碎程度，围岩的力学性能，水理性质等等，所以卸压技术原则是主动改变围岩的赋存力学环境，降低巷道或者硐室围岩应力，特别是其峰值的位置。工程岩体开挖后，自由面区域在动态平衡过渡期间，力学性质不断劣化，随着位移量的增加，从弹性区向塑性区转移，最终形成破碎区（松动圈范围），从巷道向深处依次为破碎区、塑性区、弹性区，与此同时释放存储的变形能，形成裂隙带，应力向深部转移，重新利用三向应力状态控制变形，最终达到新的工程平衡。考虑到一个现实问题，如果工程岩体本身地应力就较大，则需要更多的破碎区与塑性区来释放能量，从而导致松动圈范围过大，严重影响围岩的稳定。所以松动圈是一个矛盾体，对于具体的工程岩体，存在着一个优化点。我们人为的通过技术手段降低工程岩体的高应力状态，是围岩处于低应力状态，从而有利于结构的稳定，此类技术便是第二大优化控制原则：卸压设计原则。目前常见的技术手段有：1) 钻孔卸压技术2) 巷道围岩浅部松动爆破技术3) 巷道开槽、开缝卸压技术4) 开掘邻近卸压硐室（巷道）技术，主要有底板巷，顶板巷等等5) 巷道迎头超前钻孔应力释放技术6) 上行开采或者连续卸压开采带来的岩层整体卸压技术7) 跨采巷道卸压技术8) 坚硬顶板的爆破致裂或者水力压裂技术（主要适用于沿空留巷、沿空掘巷的侧向顶板）9) 水力割缝（高压水射流）等预裂技术10)控制底鼓的药壶爆破技术1.3 补强设计改善工程岩体的物理力学性质（峰值强度、残余强度、内摩擦角、粘聚力等等）可以提高地下工程的稳定性，我们称之为补强设计。具体计算包括四个层面，若干技术。基于分区破裂现象，可以分区的进行补强设计，强调浅部、深部的合理补强控制。第一层面：注浆补强注浆技术作为补强设计中主要技术，可以显著提高岩体强度，在地下岩体大承载结构下形成小承载结构，充分发挥围岩应力转移后的结构效应。同时对于部分地下水渗流情况下，可以通过注入马丽散等进行堵水。例如采用高水速凝材料注浆加固遇水弱化、膨胀的泥岩等等。近年来，注浆材料发展迅速，水泥基注浆材料和化学注浆材料在地下工程中的应力越来越多。主要分为以下几个技术：1)&超前注浆技术2)&滞后注浆技术3)&锚注技术4)&钻锚注一体化技术第二层面：混凝土置换补强技术随着深部开采的加剧，地下工程中会涉及到部分地质软岩，其力学特性表现为松散软弱，并且有各种膨胀岩，如伊利石，蒙脱石等等，在地下渗透水或者灰岩水的作用下，围岩力学性质非常弱，有时需要采用置换的方法去除围岩浅部异常脆弱的区域，此类方法称为置换补强，例如治理底鼓采用的反底拱技术，无论是帮部还是底板，主要采用的都是混凝土技术，工序合理且采用慢循环进行替换，从而达到置换补强围岩的目的。第三层面：护表补强技术采用高预紧力（预应力）的锚杆、锚索对围岩表面进行补强，从而使围岩处于准三向应力状态，同时强化钢带、梁、金属网的材料，底板的反底拱技术，保证围岩表面的强度。此类设计统称为护表补强技术。护表补强技术在一定程度上限制了围岩松动圈的发展，保障了围岩体的完整性，减少了破裂区和塑性区，但是同时抑制了应力向深部转移，与卸压设计是相互制约的。找到两者的合理点可以实现优化设计。第四层面：工程支护材料的补强技术采用大延伸量的高强度锚杆、锚索支护系统，一方面可以强化锚固区围岩强度，提高巷道围岩自身稳定性，另一方面支护材料自身强度的增加可以使其承受更高的拉应力和切应力等等，因此，改善提高支护体（锚杆、锚索、金属支架）的力学性能是一种重要的补强技术。1.4 支护设计支护设计的概念相对较广，也是我们平时所知的围岩支护设计。无论是锚杆、锚索的主动支护技术还是金属支架（U型钢、工字钢、角钢、槽钢等等）+壁后充填的被动支护技术，未来的支护设计应该重点强调动态性、非对称性、空间性、时效性、组合优化性，从传统的钢结构与钢结构的组合到未来的钢结构与混凝土结构的有效搭配，充分借鉴钢管混凝土、钢骨混凝土、钢与混凝土的组合结构、网壳结构、桁架结构等领域的经验，结合前面三个设计原则（让压设计、卸压设计、补强设计）与地质力学测试等等，进行围岩优化控制设计。例如锚网索联合支护时，强调锚网支护的及时性和锚索支护的滞后性，合理的支护时机对于围岩的优化控制有着重要的作用。1)&锚杆支护设计2)&锚索支护设计3)&U型钢、工字钢等金属支架4)&液压支架或者支柱5)&墩柱支护6)&钢管混凝土结构支护2. 基于四设计原则的技术分析根据前面的四项基本原则，把现有的围岩控制技术进行初步归类分析，为合理优化设计提供科学依据。1)&锚注技术（注浆补强设计与支护设计）2)&金属支架与壁后充填技术（护表补强设计与支护设计）3)&锚网索喷与深、浅孔注浆技术（注浆补强设计与支护设计）4)&高阻高延伸率锚杆、锚索支护技术（让压设计与支护设计）5)&控制底鼓的底角(板)锚杆与注浆技术（注浆补强设计与支护设计）6)&二次支护技术（让压设计与支护设计）7)&管棚超前注浆技术（注浆补强设计与支护设计）8)&巷道底板松动爆破与再注浆技术（卸压设计与注浆补强设计）9)&高强度钢管混凝土支架支护技术（补强设计与支护设计）3. 发展方向的探讨深部地下工程中巷道、硐室的围岩控制领域涉及到越来越多的学科，其研究的复杂程度、广度也不断增加，总体而言，未来地下工程的围岩控制的发展可能涉及到下面几个方向。1)&深部地下工程围岩控制的最优化研究，即体现有传统的钢结构与钢结构组合到未来的钢结构与混凝土结构的组合，也体现时间与空间的优化协调。强调支护的非对称性、针对性，考虑水平构造应力方向的地质力学性质快速测量技术与巷道布置的优化分析。2)&钢结构与混凝土结构的组合在地下工程中的应用，例如钢管混凝土、钢骨混凝土、钢与混凝土的组合结构、网壳结构、桁架结构。3)&地下巷道与硐室在高温高压高渗透水作用下的THMC多场（流-固-热-化）耦合理论研究4)&工程支护材料的升级与组合支护结构的多样化、精准化、标准化、模块化，例如提高锚杆、锚索的强度和延伸率，优化注浆材料、锚固材料的物理力学性能，改善护表结构的整体性等等，实现动态支护的无损在线快速监测技术。&&
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