《浅谈矿井软岩巷道支护问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈矿井软岩巷道支护问题（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅谈矿井软岩巷道支护问题田国平（新疆煤炭设计研究院有限责任公司，乌鲁木齐 830091 ）巷道支护是指包括支护体与巷道周围岩体的支承作用在内的联合支承系统。在松软破碎岩体中， 由于松软破碎岩体变形具有明显的时间效应，且初期变形剧烈，若采取传统支护方式，支护结构系统随时被推移，在载荷作用下，支承能力逐渐降低，而围岩的自身承载能力也要降低，与此同时支护结构系统承受的载荷增大， 这样又引起围岩自身承载能力降低， 随之支护结构系统承受的载荷又增大，当支护系统承受的载荷超过支护系统本身所能承受的载荷时，支承系统产生破坏，造成巷道片冒坍塌。软岩可从两个方面考虑， 一方面岩石本身的性质较差， 即强度低、空隙
2、率大、胶结程度差，受结构面切割及风化影响显著或含有大量易膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层。另一方面是巷道在各种内外荷载作用下产生显著的变形，使得常规支护不能满足要求而出现严重破坏的岩层。而处于软岩中的巷道就是软岩巷道。软岩巷道支护一直是困扰煤矿生产的一大课题，经过多方不断探索、研究，基本弄清了软岩巷道的支护特点及支护方法，积累了不同条件下软岩巷道支护的经验，对工程实践有较高的指导价值。1 软岩巷道支护特点（1）软岩易风化、遇水易膨胀。软岩巷道开挖后，应及时封闭围岩，尽量保持围岩的原始特征，应及时喷射混凝土，防止围岩风化、吸潮，同时也具有一定的支撑力，以防止围岩松动，保证安全。（2）软岩巷道的地
3、压大、来压快、变形大、变形持续时间长。为适应软岩巷道的这一支护特点， 可遵照先柔后刚或二次支护甚至多次支护的原则，在支护形式上先期应有一定的让压作用，即柔性支护，后期有足够的刚性以防止软岩无限制变形造成的巷道断面大幅度缩小。（3）软岩巷道围岩自承载能力低。由于上覆岩层压力主要部分是由巷道围岩来承受， 只有一小部分由支架来承担，因而要加强软岩自身的承载能力，可通过岩体注浆加固或锚喷支护等来实现，特别是对于多次修复的巷道， 围岩松动范围大，承载能力极低，尤其应提高围岩岩体强度，提高岩体自承载能力。（4）软岩巷道的地压特征是四周来压，不仅有顶压、侧压，还有底压，因而软岩巷道都出现一定量的底鼓。因此，
4、对软岩巷道，不仅要加强顶、帮支护还要加强底板支护，防止底鼓。2 软破碎岩体的概念及特征松软破碎岩体一般指岩体中的岩石结构疏松、容重小、孔隙率大、强度低、硬度小，容易产生塑性变形及流变变形，且岩体内层理，裂隙发育，小断层纵横交错，挤压错动极为明显， 各种岩石分布杂乱无章， 组成这种岩体的岩石不抗压强度低，而且工程岩体自身的不连续面和被连续面分割而成的结构体也影响其强度，例如岩体中的断层裂隙、 层理等构成了岩体中的弱面，因此松软破碎程度是显然的。此外，岩层在地下，受地应力，地下水，地温等的作用影响，相对强度低的岩层也属软岩。矿井深部，虽然岩体本身强度较高，但在埋藏深度大，地质应力大的情况下， 也会
5、发生类似软岩的问题， 即围岩压力大， 使井巷围岩周边应力集中，当应力超过围岩的极限强度时，就会发生破坏，围岩体积扩张，膨胀，向井巷空间内移，扰动范围较大，故作用在支架上的压力增加，使支护出难。3 松软破碎岩体中巷道失稳，破坏机理在岩体中开掘巷道后， 改变了原岩体在地下的三轴向应力平衡状态，地应力重新调整，在巷道周边产生应力集中， 周边围岩在集中应力作用下向巷道的空间内移动，产生应变。 对松软破碎岩体来说， 围岩由于二次应力大于该岩体的极限强度，使用围岩产生塑性变形和流变变形，从而使岩体的强度下降， 全部或部分丧失岩体自身承载能力。4 我国软岩巷道支护的发展和现状早在60年代，我国就开始软岩巷道
6、的地压与研究工作，70年代吸收了国外新奥法施工经验，在矿压理论、支护理论和施工经验等方面都有了突破。在此期间，锚喷支护在软岩巷道中得到了很好的应用，并出现了锚喷网与料石碹联合支护及条带碹支护等方式。 80年代大力发展了全封闭可缩性支架及锚喷网联合支护方式，并采用锚喷支护方式与大型钢筋混凝土弧板联合支护，此外还出现了各种适合软岩支护的新型锚杆、 柔性喷层等。 90年代以来， 采用锚喷支护与注浆锚杆注浆加固围岩相结合， 以及注浆加固与可缩性支架相结合，加强底角支护等， 取得了较好的技术经济效果，且在矿压理论和支护理论方面都取得了较大进步。5 松软破碎岩体中巷道支护根据松软破碎岩体的力学特征及巷道失
7、稳破坏机理，以及现场实践， 可以从以下3个原则人手，来确定支护方案。51封团围岩原则对于易风化和遇水膨胀的松软破碎岩体，应在巷道开掘后尽早维护， 一股在围岩表面喷射一薄层混凝土，封闭围岩，防止同空气、水接触，这样不仅能避免围岩风化、膨胀，同时还可避免片冒情况的发生，保证安全生产。喷射混凝土厚度根据实践，一般为 2030 mm ，总的原则是不宜过厚，但又必须封闭住围岩。因为松软破碎岩体只有流变的特点，如果混凝土层过厚，则会具有一定的刚性，限制了围岩的适度形变， 进而产生同岩压力增高点， 破坏喷层， 使围岩暴露于空气中，失去封闭作用。52加固岩体原则由于松软破碎岩体节理，裂隙，层理发育，断层交错，
8、呈松散和松软结构，岩体强度低，因此必须加固围岩，改变岩体结构，提高岩体的整体性，调整巷道周围的应力场和围岩的力学特征， 把作用在支承系统上的外力尽可能地转移到围岩的更深处， 同时，使巷道周围的岩体从载荷转化为承载结构的一部分，提高围岩的自身承载能力。(1) 注浆加固。松软破碎岩体的稳定性主要取决于岩体内磨擦角和岩体结构面。岩体注浆后，由于浆液的网络胶结作用，增大了岩体的内磨擦角，不仅增加了结构面间的磨擦力， 又改善了岩体的连续性， 使应力均匀分布， 避免应力集中。另外，注浆还能使岩体的弹性模量增大，相对地降低了岩体的塑性， 围岩塑性变形范围缩小， 注浆一般有水泥浆和化学浆液，后者普遍应用的为聚
9、氨酯材料，注浆需要有注浆专用设备。(2) 锚杆挤压加固作用。在松软破碎岩体中安装锚杆，即构成了锚杆一围岩支扩体系，使本来松软的没有多大联结力的岩块之问，借助于挤压和磨擦力而加强彼此的联结，从而提高了岩体强度。另外，锚杆的加固作用，使围岩由二向受力状态，变为三向受力状态， 围岩的残余强度也相对地提高了。由于井下围岩经常是在残余强度的条件下， 承担载荷的。 所以说提高了围岩的自身承载能力。近些年，由于高强度、超高强度锚杆的研制，在松软破碎岩体中施工巷道时，可以得以应用，既保证锚杆发挥悬吊软岩层的作用，又可以使锚杆与岩体之间形成的挤压加固拱厚度增加，进而提高围岩的强度。(3) 让压缓冲原则。在松软破
10、碎岩体中掘进巷道时，围岩处在二向应力的调整中，围岩向井巷空间移动， 围岩压力通过围岩形变得以释放。不允许围岩压力释放是不可能的， 单纯采用立即封闭的刚性支护是有害的。刚性封闭支护往往因围岩压力释放而招致变形压力的破坏( 新建矿一采区 -450环行车场， -300轨道石门在过松软破碎带时先采用封闭碹体支护，最终导致碹体开裂， 巷道被推垮即为例证) 。为适应井巷既有支护又不能硬抗的要求，可以考虑先取“让支”结合的支护方式， 保证既能提供一定的支护抗力，限制围岩大幅度塑性流变， 又允许围岩有一定的应变，释放压力，从而减少作用在支护上的载荷。6 我国软岩巷道的主要支护形式我国在软岩巷道中采用的支护形式
11、，主要有：（1）料石砌碹支护。如加木砖的料石圆碹、条带碹、干砌料石碹、离壁碹等方式。（2）可缩性金属支架。 包括拱形可缩性支架和封闭形可缩性支架，如圆形、椭圆形、马蹄形、方环形等形式。（3）锚喷支护。它包括锚喷、锚喷网、锚喷网带等支护形式。锚杆有普通端头锚杆、全长锚固锚杆、可伸缩锚杆等；喷层有柔性喷层、高强度喷层等（4）联合支护。最适合于二次支护，应用非常广泛。其主要形式包括锚喷与U 型钢支架联合支护 , 锚喷与料石碹联合支护 , 锚喷网与砌碹及 U形钢支架联合支护, 锚喷与大型钢筋混凝土弧板联合支护等, 预应力锚索与锚喷、 砌碹、金属支架的联合支护， 注浆锚杆注浆加固围岩与锚喷、 金属支架的
12、联合支护也得到了很好的应用。以上各种支护方式在不同条件下应用均取得了一定经验，在实际应用中只要根据工程特点选择合理的支护形式及参数就会取得较好的效果。7 破碎岩体中巷道支护的确定依据上述松软破碎岩体中巷道支护的原则，以及实践经验。 确定了目前能符合要求的支护方式。71注浆锚网喷支护对于节理、裂隙、层理、断层发育的围岩体，通过向岩体内注浆，可以使岩体产生网络胶结作用， 提高围岩的整体性； 锚杆的应用， 可以在围岩体的一定范围内形成一个受挤压的承载环( 挤压加固拱 )，从而使岩体强度提高； 金属网与喷浆联合可以增加喷体的抗拉强度， 而锚杆本身在承载过程中有10一15的伸长量，金属网与喷浆组成的联合
13、体又具有一定的柔性，故在松软岩层中既可以起到缓冲压力的作用，同时又具有封闭围岩和支护岩体的功效。72 U型钢可缩支架加喷混凝土支护U型钢支架具有可缩性，且混凝土喷层初期具有较大的塑性形变，二者的特性允许围岩在地应力作用下适量的收敛变形。当u型钢支架可缩性丧失时，即变成强力钢性支护， 最终既达到了释压的目的， 又起到了支护围岩的作用。 一般在易风化，膨胀的围岩中使这种支护方式。8 软岩巷道底鼓的防治底鼓是软岩巷道普遍存在且较难治理的问题，国内外对软岩巷道底鼓的主要治理方法有：（1）底板锚杆。锚杆加固底板应考虑的主要因素包括底板岩性及强度、底板中滑动层层理的数量、 底板的水敏度、 岩层的完整性等。
14、 用锚杆加固底板的条件主要为砂岩、砂页岩、粘土页岩等，且分层厚度大于20cm ，无很多滑动层理，底板岩层的整体性好，无原始破坏，通过锚杆的作用，可形成底板组合梁结构，减少底鼓。（2）注浆加固法。其实质是在已破坏的底板处打若干钻孔并注入浆液，浆液凝固后将已破碎的岩层重新粘结为整体，从而可部分或全部恢复岩层的原始强度，提高底板承载能力，减少底鼓。（3）底板混凝土拱及可缩性钢拱支架或底板梁，既可分别使用，也可组合使用，主要用于永久巷道的底板支护，适应能力比锚杆加固强。（4）底板卸载法。 通过开底板卸载槽 ( 卸载钻孔及卸载爆破等方法，将巷道边缘处的高应力转移至内部， 具有支持能力未破坏的岩层中， 可减少底鼓作用力。（5）底角锚杆。在巷道两帮底角处分别打一倾斜锚杆，将帮上的高应力传至岩层深部，减少底板岩层上的应力集中。（6）底板预应力锚索。其承载力大，能有效控制底鼓，将底板集中应力向底板深部围岩中转移，且起到组合支架的作用。以上支护方式可组合使用， 形成联合支护结构， 以更好的控制巷道底鼓， 减少巷道的破坏。作者简介：田国平，男，（ 1982），助理工程师， 2006年毕业于西安科技大学能源学院采矿工程系，现于新疆煤炭设计研究院有限责任公司工作。通信地址：新疆乌鲁木齐市南昌路177号，新疆煤炭设计研究院有限责任公司邮编： 830091 联系人：田国平（ 13999212581 ）
