技术特征：
1.一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)首先结合地质和开采资料，通过应力解除法现场测试，获得巷道周围的原始地应力参数，包括三个主应力方向θ1、θ2,、θ3和大小σ1、σ2、σ3；(2)通过对巷道所处环境中取得的岩石试样，分别进行3-5组单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩试验，获得巷道围岩的力学参数，所述力学参数包括弹性模量e
d
、抗拉强度σ
t
、抗压强度σ
c
、抗剪强度τ、内聚力c、内摩擦角φ、泊松比v等宏观力学参数；(3)以试验获得的所述宏观力学参数为基础，对目标岩体的细观力学参数进行标定，使用fdem模拟多组单轴压缩和巴西劈裂试验，直至模拟得到的试件抗拉强度σ
t
、抗压强度σ
c
以及变形破坏特征与宏观物理试验中的所述宏观力学参数基本一致，记录此时输入的各细观参数值；(4)基于现场测试获得的原始地应力参数和标定获得的围岩力学参数，结合地质和开采资料，构建fdem数值模型，获得巷道围岩最大主应力云图和位移云图；(5)对照巷道围岩最大主应力云图和位移云图，将巷道围岩开挖破坏区中与最大主应力方向垂直且以拉伸扩容-剪切滑移为主要变形特征的区域划分为拉剪破裂变形区，将与最大主应力方向平行且以岩梁整体大挠度位移为主要变形特征的区域划分为整体移动变形区；(6)对巷道围岩实现“区域精准
”ⅱ
级非对称锚固设计，针对拉剪破裂变形区拉伸扩容-剪切滑移的主要变形特征，选用“阻裂抗滑为主导”作用的锚杆或锚索对围岩潜在拉剪破裂进行锚固控制；针对整体移动变形区大挠度位移为主的变形特征，选用“悬吊控移为主导”作用的锚索对围岩整体移动进行锚固控制；(7)在ⅱ级锚固设计的基础上，对巷道围岩整体实现“整体协同
”ⅰ
级综合控制，结合不同变形破坏机理的拉剪破裂、变形移动分区的相互嵌入和融合性，适时进行锚杆或锚索支护的精准调控，对拉剪破裂-整体变形混合区加设锚杆或锚索，对破裂发育密集区域进行注浆加固等；(8)依据巷道围岩变形破坏范围对锚杆或锚索进行选型并确定所需锚固剂种类；(9)通过实验室拉拔试验以及直剪试验获得选定的锚杆或锚索及锚-力学参数；(10)通过fdem数值模拟，添加选定的锚杆或锚索及锚-力学参数，并对锚杆或锚索的布设进行优化；(11)通过前述步骤，在巷道围岩出现宏观拉伸、剪切破坏前，进行锚杆或锚索的布设，对深部软岩巷道进行非对称性的分区分级超前主动锚固；(12)对巷道围岩变形破坏进行实时监测。2.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述力学参数为排除差异性较大存在误差的参数，其余几组取平均值。3.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述拉剪破裂变形区具有“方向性”的拉剪破裂密集发育。4.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述整体移动变形区具有少量张拉裂隙和层间错动裂隙发育。5.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，
其特征在于：所述锚杆一方面通过提供锚固力，增强各岩层面间的摩擦力，阻止岩层面的相对滑动，另一方面锚杆的杆体增加了岩层间的抗剪强度，阻止剪切裂隙的产生，即“阻裂抗滑为主导”作用。6.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述锚杆或锚索长度依据松动圈理论进行计算获得，锚杆以深入稳定岩体内1-2m为准，锚索以1.5倍巷道宽度为准，锚杆型号根据所需阻裂抗滑作用确定，锚索型号根据所需悬吊控移作用确定。7.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述锚-力学参数包括锚杆或锚索的弹性模量e
b
、抗拉强度σ
b
等以及岩石-锚固剂间的内聚力c
rg
、内摩擦角φ
rg
和锚杆-锚固剂间的的内聚力c
gb
、内摩擦角φ
gb
等。8.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述实时监测包括安设gwl150型本安型位移传感器对巷道围岩位移进行实时监测，采用myj-20锚杆锚索测力计对锚杆或锚索进行受力检测，一旦巷道出现局部大变形、破坏或锚杆或锚索锚固失效，及时对相应位置进行补强，维持巷道稳定性。9.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：所述ⅱ级锚固设计是在基于对围岩分区的基础上，针对拉剪破裂变形区拉伸扩容-剪切滑移的主要变形特征，结合破裂发育的明显方向性，选用抗剪型锚杆沿近似垂直围岩剪切破裂滑移线进行精准布设；针对整体移动变形区大挠度位移为主的变形特征，选用锚索对浅部岩层进行悬吊布设。10.根据权利要求1所述的一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法，其特征在于：还包括ⅰ级锚固，所述ⅰ级锚固设计是基于ⅱ级非对称分区精准锚固设计，对围岩进行整体协同调控，包括对拉剪破裂变形区岩体补设锚索，将浅部锚固后的拉剪破裂变形区整体悬吊在深部稳定岩层中；对整体移动变形区补设锚杆，控制浅部岩体的少量破裂裂隙；对破裂发育密集区域进行注浆加固，保证围岩的完整性；结合不同变形破坏机理的拉剪破裂、变形移动分区的相互嵌入和融合性，对拉剪破裂-整体变形混合区加设锚杆或锚索。
技术总结
本发明公开了一种基于围岩破裂非对称性的分区分级超前主动锚固方法。该方法通过FDEM数值模拟，对深部巷道所处地应力环境进行重现，通过计算预测其变形破坏特征，使复杂的深部巷道围岩变形破坏问题清晰化；该方法充分考虑了巷道围岩因岩性和所处地应力环境不同引起的巷道围岩拉剪破裂网络的差异性，并结合围岩变形破坏特征将巷道围岩开挖破坏区分为拉剪破裂变形区和整体移动变形区，为巷道非均匀支护的研究提供了理论基础；该方法实现了“区域精准控制-整体协同控制”两个分级锚固层次的支护设计，在加强巷道围岩稳定性的同时，降低了支护成本和巷道返修次数。低了支护成本和巷道返修次数。低了支护成本和巷道返修次数。
技术研发人员：洛锋 高帅 吕振 李盟 董恩远 吴东涛 李国栋 孙赓 樊浩冬
受保护的技术使用者：河北工程大学
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/8/12