煤四矿深部软岩巷道支护技术浅析

平煤四矿深部软岩巷道支护技术浅析10～25m深部软岩巷道围岩变形力学机理和围岩控制机制，结果表明：随着开采深度的加大，巷道变形对地应力的敏感度增强，深部软岩巷道岩体强度明显降低，因此软岩巷道的稳定问题变的更为突出。本文针对平顶山煤业四矿的巷道支护问题，在了解了该矿软岩巷道变形的特征的4000m2000m新汶等矿区部分煤矿开采深度已经超过1000 之首，与之配套的巷道掘进量每年达6000km，其中10%以上的巷道微软岩巷道。等等。另外，在深部高应力环境中，在浅部表现为硬岩特性的岩层也表现为软岩特性巷道围岩长期变形不止。目前，深部巷道大变形已经成为深部工程安全的瓶颈之一，深部软岩巷道稳定问题已成为国内外研究的热点。为解决或降低这一问题对煤矿生产和其他岩土工程所造成的不利影响，国内外与岩土工程相关的各个领域，都投入了大量的人力、物力和财力进行矿业大学，以陆士良教授为首的一批学者，将巷道围岩深处任一点径向位移与其周边位移的比称为深表比，同时认为这反映了锚杆支护的巷道周边位移和围岩深处的位移规律。之后，几位教授通过对我国的一些著名矿区各类巷道岩体的位移以及其深表比进行的测，即是在巷道周边深表比最大，而在围岩的深处则按照负指数曲线来衰减。围岩的周边位移量大小、衰减的速度、深表比变化以及最终影响深度，主要决定因素是巷道岩体的性质，同2010005～16。HmaxHmax---c---种情况，原采用了H/

1.1岩石强度巷道埋深移近量移近量增量H——

原西德、前的研究认为，顶底板移近量小于巷道高度45%时，现有的支护技术依然1600m的巷道顶底板移近量的预计表明：1600m5 许 板 近 底，，1-11600m时岩巷支架的适用范围针对深井软岩巷道压力大、变形量大的特点，国外发展了深井软岩巷道支护技术，概括起来，主要有：采用结构复杂的全封闭支护系统；采用锚喷网联合支护系统；采用特种钢和加大型钢质量（44kg/m，甚至更大；采用硬石膏、水泥砂浆、聚氨酯或其他建筑材料壁后充填；此外，国外深井软岩巷道之后都有一个共同点，即具有可缩装置或“让压结构”，允许支架或支护系统可缩，以适应深井软岩巷道压力大、变形量大的特点。同时，巷道支护设还有通过加固改善巷道围岩的力学性质，通过卸压改变巷道围岩的应力分布，从而达到改变深井软岩巷道围岩状态、提高深井软岩巷道稳定性的目的。国内外对巷道围岩卸压技术进行了大量理论与试验研究，已提出了多种卸压方法，在实践中取得了较好的效果。然而，有的卸压方法还处于试验研究阶段，有的卸压方法用于生产实践中还有一定难度，这些都有1．3教授、教授、研究员等众多学者采用物理模拟数值模拟方法从岩石弹塑粘性角度分析和解释了巷道围岩的破坏失稳原因认为巷道围岩应力是流变变形教授等是研究岩体节理、裂隙的结构变形谢和平等是从岩石损伤角解释、分析了巷道大变形地机理。提出了在投影图上判断可动块体的方法，此后他又用矢量代数做了研究，1984年” ，提出了软岩巷道支护的4条基本原则。岩工程 律和变形力学机制研究的基础上，提出了软岩巷道支123412型等对工程进行位移预测研究，取得了许多成果软岩巷道支护所承受围岩的变形压力来自于包括巷道底板在内的巷道各个方向，如果底板不支护或支护强度较小，底板就成为围岩的薄弱部位，会产生强烈底臌现象，进而降低整个巷道支护体系的承载能力，因此对于软岩巷道必须加强底板支护。对此类深部软岩巷道，一方面要强调全断面支护的整体性，另一方面要对薄弱的底板部位采取重点加强支护措施，从而防止巷道从薄弱的底板部位首先变形破坏而导致全断面变形破坏。采用反底拱和对底板和硬岩工程支护的指导思想不同，软岩工程支护必须出现塑性圈。硬岩工支护是力求控制塑性区的产生，最大限度发挥围岩自承力，而软岩工程支护是并悬挂在2.1所示。 岩层上。B是悬吊理论的进一步发展2.2BH图2-1锚杆的悬吊作用 2-2顶板锚杆悬吊松动破裂岩H在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定的岩层时，锚杆的悬吊作用居次要位置将锚杆作用与围岩的自稳作用分开，与实际围岩的条件的变化顶板较破碎、连续性受到破坏，组合梁就

2-31.5～2.5倍。巷道的顶底板稳定性主要受到水平应力的影3-4所示。1）地应力与围岩之间相互作用会产生围岩2）3）根据平

2-4

2-5锚杆作用机理比较复杂，一方面，锚杆与岩体两者的弹性模量之间的差异使锚杆体对其围岩产生反向的约束力，进而锚固作用，使得围岩强度得以恢复提高，进而围岩的整体性得到加强，使得围岩的锚固体能具有较高承载能力。从而增强岩体抗变形的能力。锚杆的锚固作用的体现为径向与切力锚固力。径向锚固力使围岩分别从单向受力的状态转变为双向受力的状态、双向受力的状态转化为三向受力的状态，同时切向锚固力也可改善结构层面力学性质，从而使岩体的力学参数能W，或者是指用锚杆将因巷道开挖所引起的松动岩体连结在深部未松动的完整的岩体上，使松动岩体不致于冒落下来，具体如图4-1所示。W圆形断面巷 层状岩4-14-23此于是在围岩的周边一定的厚度范围内形成了一个不仅仅能保持自身的稳定还能上部围岩的松动和变形的一种连续压缩（即挤压加固拱从而保持巷道稳定具体如图4-34-3在软岩巷道的锚网支护中，金属网的作用是托住挤入巷道的岩体防止岩块发生冒落现象而导致的锚固层的失效，另外，金属网也可以有效地控制锚杆之间的非锚固岩体变形，将锚杆之间的非锚固岩体载荷传给锚杆。金属网能托住巷道周边围岩中已碎裂的岩体。由于碎石碎胀的作用与传递力媒介的作用，巷道深部围岩仍可以维持三向应力的状态，岩体的残余强度得到提高，这就是工程实践中常见的软岩锚网的支护巷道，虽然金属网的变形很大并且网内围岩已完全碎裂，巷道仍然能长时间的维持稳定的内在原因。同时又可将单个锚杆连接成一个整体锚杆群。金属网在锚网支护中的作用，除了通过钢筋承受围岩的压力，更重要的是巷道的围岩稳定性越差，网的作用越加重要。互，更大限度的发挥围岩承载作用。向外拱相互，改善围岩的应力状态，缩小拉应力区，进而保持外拱范围内岩体的整体稳锚注支护就是一种利用特种中空锚杆来兼作注浆管，实现锚注的巷道加固方式，（形刚度，从而提高整体的稳定性。根据前与法国等国的有关资料的，注浆加固可以使砂岩的强度增加50%－70%340%－70%22%－375%4.5%－175%。－4／5左右，而围岩与支护体一起变形时支护体支护体载荷则可降低3／4－5／6Ctan式中：——抗剪强度——正应力（°γC0σ4-1可知岩体的强度是由C和C和内摩擦角均减小，从而形成度，即提高了内聚力C与内摩擦角γC0σ图4-4强度包络岩体的C和的值的增加幅度的大小，与注浆材料的材料性能及工艺相关。一般情况C和亦然。注浆的工艺是否合理也会直接影响其C与值的提高幅度ⅢⅡⅢⅡ4-5其承载性能。圆形巷道注浆固结区的承载能力计算模型如图4-5所示。0=（21）rrdr/drr0rR0

r

(普通支护rR0

r

(注浆加固p1————(p/2)(r/R)2

/ (21)(p/2)(r/R)2

/

(p/2)(r/R)2

/ (21)(p/2)(r/R)2/ (0rH)dr

(21)(p

/2)(r/R)2

(21)(p

/2)(r/

)2

/2以上叙述了残余强度区的围岩承载性能，其取决于岩石力学特性、巷道的半径以及 R02 21(R) K－岩体的固结系数，高水速凝材料注浆时为3个监测断面，病采用了数显收敛仪对巷道的两帮的收敛变形量及顶底顶的移近量进行了监测，4-41115mm82mm，且3.2%以内，这样就保证了设计断面的使用功能。以上足以表明三锚加强支护技术完全能够满足软岩巷道图4- 各测试断面巷道表面变形位mm变形量变形量0变形量变形量0

时间20

时间采用三锚加强支护（即三锚+半封闭U型钢+反底拱）12900元/m半封闭U型钢支护的工程造价为6841元/m，采用半封闭U型钢支护的工程造价为9420元/m。表4-42为两种不同支护方式的成本预算对比4-42U护支护（3次）元 元 元1063+745元 元 根据已测出的己三胶带下山巷道U型钢的实际支护情况，己三胶带下的支护方式若采U3次的维修。依据上表的预算，巷道在服务年限内的造价为：6481×3=29943元/m式工程造参考文献：3（52008：2]王襄禹、柏建彪、陈勇、胡忠超，深井巷道围岩应力松弛效应与控制技术[J].01，3（：107