浅析软岩巷道的破坏机理及其控制技术

摘 要：本文浅析软岩巷道破坏的机理、软岩巷道围岩控制技术，以及技术应用效果分析等。

关键词：软岩巷道；破坏机理；控制技术；效果分析

中图分类号： X924.4文献标识码： A 文章编号：

一、软岩巷道破坏的机理

煤矿有些锚喷网支护巷道仍出现失稳破坏现象，表现出了底鼓、两帮严重内挤和拱顶离层等问题，经现场调研和初步理论分析，大家一致认为，软岩巷道发生严重变形和破坏的原因是由多多面因素作用的结果。

1）围岩承载能力低。软岩可分为砂岩、泥岩和煤三类基本岩性，还有具有临近两岩层间共性的过渡岩层（泥砂岩互层、泥质粉砂岩）。过渡岩层的岩石物理力学性质指标介于两者之间，加上各岩层连续性较差，RQD质量指标较低，围岩整体承载能力将受到极大影响。所以，围岩承载能力较低是软岩巷道失稳的主要原因。

2）地应力以水平应力为主。根据破坏形式表明，不同方向巷道破坏严重程度不同，说明煤矿原岩应力场的第一主应力为水平应力，经实测也说明了此问题。

3）巷道原支护结构和参数不合理。因受地质条件的限制，巷道成型效果差、支架与围岩接触不良、无控底措施、喷射混凝土封闭效果不明显，整体支护强度不够。

4）底板和底角控制措施不力。对巷道的底角和底板若不能采取有效的支护措施，当巷道的顶帮压力较大时，围岩就会出现应力集中，产生显著的塑性变形和剪切破坏，表现出显著的底鼓现象，进而影响巷道顶帮的稳定，产生拱顶下沉，两帮内挤，从而造成巷道支护结构的全面失稳破坏。

5）水侵的影响。有的侏罗系含水层组的孔隙裂隙水是影响巷道掘进与支护的主要因素。由于巷道所处位置围岩大部分为泥质胶结，对水非常敏感，岩体遇水泥化现象较为明显。

6）大松动圈不稳定围岩。根据围岩松动圈支护理论，属于Ⅴ类大松动圈较软软岩或极软软岩巷道，一般支护形式无法满足维护其稳定的要求。可先采用U形钢棚支护属于被动低强度支护。围岩强度得不到加固提高，自身承载能力在变形过程中逐渐降低；在高围岩压力下，支架受力不均也出现集中高应力，使支护机构的承载能力大打折扣。

二、软岩巷道围岩控制技术

1、控制巷道围岩措施

根据巷道变形破坏特点、失稳机理，为确保巷道围岩的稳定性，宜采取以下支护措施：①全断面封闭支护。以U型钢支架支护为基础，采用型钢反拱和混凝土封底找平等全断面封闭支护，提高支架的整体承载能力；在岩性允许和治水成果显著的情况下，采用锚喷+钢架联合支护，并在“关键部位”采用锚索结构补强，并滞后一定距离。根据现场实测资料，确定注浆充填时机。②释放高应力。通过预留围岩收敛变形富余量，允许围岩产生一定量的变形，释放掉部分应变能，降低支护难度。③治理水侵。优选巷道层位，避免在含水岩层中掘巷；采取疏、喷、堵、复喷相结合的综合治水措施。④设计强力整体支护结构。通过治水、及时封闭围岩等，改善巷道围岩物理力学性能，提高支护结构的承载能力；设计合理的支护结构、参数以加固围岩。

2、巷道围岩控制施工技术

1）采取分层与超前中央导硐掘进。巷道底板围岩长期受地下水和施工用水的作用，形成大面积底板围岩弱化，进而造成底鼓。对此，可采用分层施工方法。即将巷道全断面分2 层施工，上分层为巷道的主体，超前掘进与支护，滞后再进行下分层掘进及卧底和底板反底拱施工，以减少对巷道底板岩层的扰动。同时在上分层超前掘进过程中，由于巷道断面仍较大，一次形成掘进断面后难以实施及时支护，可采用中央导硐超前掘进，及时对顶板实施强力锚网喷支护，并采用小孔径低预应力锚索进行加强支护，然后再对中央导硐两侧围岩进行掘进和支护。

2）采取顶帮锚网喷与低预应力锚索支护。形成掘进断面后，及时实施全断面锚网喷支护与低预应力锚索支护，以组成复合支护结构。

3）合理进行下分层掘进与底角、底板加固。滞后一定距离或时间进行下分层的掘进与底板反底拱支护。下分层的掘进要之后一月左右，并及时采用锚网喷对巷道两帮及底角进行支护，然后再卧底砌筑钢筋混凝土反底拱，以形成全断面支护。

4）采取全断面锚注二次支护与加固。底板反底拱施工完成后，利用高强预应力锚杆和内注浆锚杆进行顶帮二次锚网喷支护，并在底板反底拱基础上，采用内注浆锚杆进行加强支护，然后利用顶帮和底板布置的内注浆锚杆进行全断面注浆加固。

在利用顶、帮、底中布置的内注浆锚杆进行全断面注浆加固时，其注浆材料主要采用单液水泥-水玻璃浆液，水灰比控制在0.8～1.0，水玻璃的掺量为水泥用量的3～5％，注浆压力控制在1.5～3.0MPa。当遇到围岩严重风化，注浆可导致围岩发生膨胀变形，或围岩裂隙细小，水泥浆液无法注入时，可采用超细水泥浆液或化学浆液（如马丽散）进行全断面注浆加固。完成全断面注浆加固后，再对顶帮喷浆以覆盖外露的锚杆尾端，总喷厚100mm 左右。

三、技术应用效果分析

按照上述技术措施对某软岩巷道进行综合加固支护后，再连续经过几个月的位移监测，支护效果较好。巷道顶板、底板和两帮的收敛变形与原支护方案相比有了明显的减小，顶板最大移进量、两帮的最大移进量和变形速度都明显减小很多，巷道趋于稳定。之后巷道没有发生明显的顶板下沉、喷层开裂及底鼓等现象，为矿井的高产高效和加快巷道的开拓与修复速度提供了可靠保障。

修复加固后，与原支护方案相比，巷道节约成本效果显著，经济效益非常可观。同时，大大减少了巷道的维修量，减轻了工人的劳动强度，有效提高了生产的安全性，改善了矿井的运输条件。

四、结语

针对锚喷网支护的软岩巷道仍出现失稳破坏现象，其有效的综合治理措施可总结于以下几点：①通过对极软岩巷道破坏状况和破坏特点的分析，发生严重变形和破坏的原因主要是由应力集中区、岩性差、支护结构与参数不合理、岩性、水等几个方面综合作用的结果。②极软岩巷道可采用U型钢支护和普通锚喷支护后，在应力平衡过程中表现出压力大，持续时间长的特点，支护结构的刚度和强度明显不足，并不能够有效地减少水对巷道稳定性的影响，而造成巷道不同程度的破坏，一次支护不能满足深部围岩地压大，初期活动剧烈及具有蠕变特性的要求，应设法加强支护。③对这类的软岩巷道支护，在分层和超前导硐掘进的基础上，通过对极软岩巷道围岩及时进行锚固和注浆加固、充填，使得围岩胶结成为一个整体，这样既提高了支护结构的承能力，使初次支护结构中的普通锚杆成为全长锚固，保证了锚杆的锚固力和可靠性，又能封堵了岩层中的静压水和孔隙水，从而减少了水对围岩强度的影响，充分发挥了支护和被加固岩体的承载能力。④在普通锚喷支护的基础上进行锚注加固，并在底板上加设反底拱、底板锚注加强支护后，顶底板及两帮位移量均较小，巷道能够较好地保持稳定状态，利用锚注加固和全断面支护，改变了围岩的内部松散结构，提高了岩体的内聚力，内摩擦角，形成可靠有效的多层组合拱结构，从而也扩大了支护结构的有效承载范围，并提高了支护结构的整体性和承载能力，也能较好地解决极软岩巷道的支护问题。总之，对这类巷道支护，要分析透其原因，采取综合性对策治理，最终可能取得可靠的支护效果。

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