本文以三门峡某矿区破碎围岩巷道为背景,对巷道稳定性及支护效果进行分析研究。破碎围岩一直是地下工程中常见的棘手问题,破碎围岩具有裂隙发育,整体抗压强度低的特点。在地下矿山开采过程中,常遇到巷道变形量大、破坏情况严重等问题,造成支护困难且效果不理想,给矿山的安全生产带来隐患。采用现场调研、室内试验、理论计算和数值模拟相结合的方法,对三门峡某矿区破碎围岩巷道存在的支护问题进行研究。其目的主要是进行破碎围岩巷道稳定性等级评估,解决该矿山原有支护设计的不足,保证矿山安全、高效的开采,满足矿山生产需要,提高经济效益。主要完成了以下几个方面的工作:(1)利用详细测线法对矿区+260m、+295m和+330m三个中段巷道围岩进行现场调查和测量分析,结果表明该矿区混合花岗岩组裂隙发育,节理基距主要集中在0.2~0.6m,该区域属于破碎、极破碎岩体,稳定性较差。三个中段混合花岗岩组优势结构面产状分别为341°∠83°、17°∠72°与18°∠72°,粗糙度系数JRC集中在6~10。(2)对该矿区进行现场取样并进行岩石物理力学性质试验,得到了矿区钼矿、灰岩及混合花岗岩的物理力学参数。其中单轴压缩条件下三种岩石主要表现为脆性、单斜面剪切破坏形式,少量出现拉伸破坏。三种岩石全应力-应变曲线表现为明显的塑-弹性破坏,塑性变形时间较长,破坏变形阶段划分不明显。利用BQ分级法对上述三种岩体进行质量分级,表明灰岩岩体质量属于Ⅲ级,钼矿和混合花岗岩体质量均属于Ⅴ级。岩块强度一般较高,但整体强度低,支护困难。(3)基于未确知测度理论,首先建立了9个影响因素和5个分级标准的单指标测度模型,用差异系数法对主、客观综合权重进行优化,最后通过最小未确知测度距离判别法确定围岩等级。分析表明+260m中段属于Ⅳ级(一般不稳定)围岩,与该矿山实际较吻合。建立的未确知测度模型为围岩稳定性判定提供了一种有效方法。(4)无支护条件下,巷道主要发生拱形冒落、筒状冒落、不规则冒落及片帮等形式。支护条件下,主要有顶梁弯曲下沉、两帮棚脚受力外推和背板断裂后顶板围岩垮冒等形式。受到的外力主要有上覆岩层压力、构造应力、膨胀应力、松散和破碎岩块压力、支承压力的影响和冲击地压等。矿区受静压力影响巷道的破坏形式与巷道所处深度有直接关系。受采动压力影响的巷道具有破坏形式多、巷道破坏区域大,破坏严重、破坏区域不一、破坏具有间歇性等特点。巷道变形受到断层和爆破扰动作用明显。虽然矿区巷道变形破坏受到许多外力影响,但提高围岩自身的支撑强度,改善施工质量和支护形式,优化围岩的受力和覆存条件是十分有必要的。(5)破碎围岩巷道掘进后,出现顶板下沉、两帮内挤和底板底鼓。无支护及不同支护形式下的巷道垂直应力与最小主应力均在位于巷道宽度两倍处巷道两侧形成“耳廓型”压应力集中,其中垂直应力大小为16~20MPa,最小主应力大小为1.6~2.1MPa。最大主应力在巷道掘进后则呈现“蝴蝶结”型分布,同时在巷道水平方向两侧形成一个距离巷道4m,大小为6MPa的带状应力区域。最小主应力在不同支护形式下的分布范围变化较小。将锚杆为主的支护体系应用于破碎围岩支护,可以很好的控制巷道周边位移,锚杆、锚喷、锚喷+锚索支护能够控制顶板最大位移量分别减小约50%、60%和80%。锚喷支护对巷道围岩应力和塑性区都改善效果明显,建议矿山采用。同时建议采用混凝土硬化处理底板控制巷道底鼓。