軟巖巷道沿空留巷巷道圍巖控制支護技術

張國輝等

摘要：為了研究沿空留巷巷道圍巖的穩定性及其控制技術，基于該類圍巖的變形特點，分析了高應力采場巷道穩定的影響因素及破壞機理，提出了一種以預應力錨索為核心的綜合錨固控制技術；最后，介紹了該綜合控制技術在實施過程中應注意的幾個關鍵問題。

關鍵詞：軟巖巷道 沿空留巷 巷道圍巖 預應力錨索 綜合

控制技術

沿空留巷技術能夠實現無煤柱護巷，取消區段煤柱的應力集中現象，是提升煤炭回采率降低巷道掘進率重要手段。目前，趙坡煤礦所開采的14層煤在123采區，為降低生產成本，采用沿空留巷技術。在施工過程中，按照巷道變形的破壞機理，進而在一定程度上提出：沿空留巷高應力采場巷道以預應力錨索為核心的綜合控制技術。

1 影響沿空留巷圍巖穩定性的因素

通常情況下，影響沿空留巷圍巖穩定性的因素主要包括：地質條件、賦存環境、工程因素三個方面的原因。

①地質條件。通常情況下，礦巖體性質、節理裂隙發育程度、產狀等共同構成相應的礦山地質條件。對于地質條件來說，主要是礦體在成礦過程中，或者在成礦后，經過一系列的地質構造運動進而形成的產物。

②賦存環境。通常情況下，應力環境、地下水環境和溫度環境等在一定程度上共同構成巷道工程的賦存環境。對于賦存環境來說，通常情況下需要綜合考慮應力環境。與其他隧道和水電等地下工程相比，巷道圍巖的應力場有著本質的不同，主要表現在：一方面受原巖應力的影響和制約，另一方面受采場應力環境的影響。

③工程因素。巷道斷面形狀、跨度，巷道形式、巷道開挖方式以及巷道的支護強度等，在一定程度上共同構成影響巷道工程穩定性構成的因素。

2 沿空留巷巷道圍巖的破壞機理分析

巷道進行開挖后，圍巖原有的平衡力狀態在一定程度上會發生相應的改變，重新分布應力狀態，破碎區、塑性區、彈性區等的狀態出現在巷道周邊圍巖中。破碎區的圍巖產生碎脹變形，巷道開挖空間在一定程度上為圍巖變形能量釋放進一步提供了補償空間，使得應力進一步轉移到深部，進而在一定程度上重新構建新的平衡狀態。對于巷道圍巖來說，其特點是屬于高應力軟巖，巷道掘進過程中，出現圍巖應力的集中，并且圍巖塑性區、發展區比較快，在一定程度上容易導致圍巖發生變形；巷道掘進后進入穩定期，圍巖在一定程度上依然具有較大的持續變形，巷道兩幫變形較大，底鼓影響了巷道的整體的穩定性能。

3 沿空留巷巷道圍巖的控制支護原則

3.1 沿空留巷綜合控制技術的指導思想

3.1.1 通過科學的措施，對變形進行適當的釋放，進而在一定程度上達到釋放地壓的目的，主要有4點：

先讓后抗、先柔后剛、二次支護、控制底鼓。實踐證明，其準則通常情況下主要表現為：邊抗邊讓，預留斷面，二次支護，固結圍巖，以及通過加固幫角的方式對底鼓進行控制。

3.1.2 對巷道圍巖的有害變形進行控制

釋放變形，并且在一定程度上同時進行讓壓，在讓壓的過程中，關鍵是要掌握讓壓的程度。對于圍巖來說，其讓壓的過程是圍巖降低自身強度的過程，當圍巖變形到一定程度后，在一定程度上促使圍巖由彈性體介質變為松散介質，進而在一定程度上喪失了自穩能力，進一步造成跨冒。

3.1.3 及時封底

通常情況下，變形地壓都作用在巷道的各個部分上，因此，需要對兩幫和頂板進行相應的加固處理，并且底板部位是應力釋放的薄弱部位。為了對底板圍巖變形程度進行限制，需要進行及時的封底，進而在一定程度上形成一個完整的整體結構，高應力軟巖巷道的底鼓的力學原理通常情況下揭示底鼓，并且由兩幫下沉造成，在底腳圍巖的破壞和水平應力的作用下，通常會造成底鼓，采用傾斜錨桿加固巷道地角，用高速凝材料加固。

3.2 沿空留巷巷道圍巖最大允許位移量的確定

通過有效變形監測，進而在一定程度上調整沿空留巷巷道圍巖的最大允許位移量，同時選擇最佳的支護時機。圖1和圖2分別表示工程圍巖的時間-圍巖位移曲線（t-u）和時間-位移速率曲線（t-v）。

如圖1a所示：獲得相應的支護效果后，隨著時間的推移，圍巖變形在一定程度上呈現出逐漸增加的趨勢，但是超過允許的范圍，在這種情況下增加就會停止，也就是說某一設計位移值是該類工程的圍巖位移收斂點。然而，如圖2所示，在采動的影響和制約下，采場巷道圍巖發生變形，進而在一定程度上隨著時間的增加，其位移和位移速率會逐漸增加，受采動程度的影響和制約，曲線時而平緩，時而陡峻。在采場采動影響的范圍內，圍巖的變形在一定程度上隨著時間的增加而增加；如圖2b所示，與之對應的圍巖位移速率與永久地下工程之間存在差異。通過上述分析，確定巷道最大允許位移[u]所考慮的因素主要包括：

①巷道允許使用空間。通常情況下，對于某些軟弱圍巖，以及小斷面巷道等，由于收縮內擠，進而在一定程度導航導致斷面急劇減小，甚至出現擠死的現象。因此，圍巖變形過大進而在一定程度上導致斷面減小，使得使用空間在一定程度上難以滿足人車的通行，以及通風等要求，進而使得巷道進一步失去使用功能。根據14層煤以往沿空留巷經驗和頂底板巖性分析：[u]=2600-2000=600mm。

②巷道發生跨冒的臨界位移。對于“T”、“十”型等巷道來說，由于受力條件不好，在一定程度上受不良爆破影響的巷道，隨變形的發展圍巖的自穩急劇降低，甚至未達到最大允許位移值的情況下，就發生相應的跨冒。

4 沿空留巷巷道綜合控制技術的實施

4.1 進行合理的初次支護

通常情況下，進行初次支護，其目的主要表現在：

①對裸露圍巖進行及時的封閉，避免出現風化或蝕變。

②及時提供一定的支護力，進一步提高圍巖的自承能力。

③在相適應的應力條件下，使圍巖進行適當地變形釋放和讓壓。endprint

設計初期支護時，對于其強度需要考慮的因素主要包括：

①支護結構的柔性。對于支護的柔性來說，在一定程度上為了起到讓壓的作用，在支護過程中，確保強度的合理性，避免強度過大，進而一定程度上導致柔度不足，受變形地壓的影響，變形破壞就會發生。

②初期支護需要考慮施工工藝。在巷道掘進后，需要及時進行初期支護。

4.2 提高初期支護結構整體強度

對于初期支護結構的強度和承載能力來說，通常情況下，一方面與錨桿長度和間排距有關，另一方面支護結構的整體性，也就是錨桿與噴網形成的殼體結構的整體強度。

對于硐壁的錨桿來說，全長錨桿剪切應力最大的部位主要集中在端部，由于爆破和松動變形的影響，硐壁圍巖強度最低，因此，對于錨桿的剪切摩擦阻力來說，首先硐壁失效，然后向內部逐漸發展，并且在一定程度上以此為“突破點”，甚至整根錨桿將會失去錨固作用。

4.3 綜合控制技術的預應力錨索二次支護

錨索與錨桿相比有著自身的優勢，主要表現為：錨固深度大、錨固力大，并且可以施加較大的預緊力等，通常情況下，是加固困難巷道工程支護的重要舉措。通過這種錨索，將下部不穩定巖層懸吊在上部穩定的巖層中。對于錨索來說，其作用主要表現為：將通過錨桿支護形成的承載層連接與圍巖的關鍵承載，進而在一定程度上阻止因次生承載層失穩，造成的頂板落，通常情況下，通過柔性鋼絞線對預應力錨索進行處理。

5 結語

實踐證明，以預應力錨索和與之相配套的地壓控制措施，在一定程度上能夠與高應力巷道圍巖變形相適應，通過合理的讓壓，同時對巷道圍巖的有害變形進行相應的控制，并且及時進行封底等，并且在一定程度上按照巷道允許的位移、使用時間，以及不同圍巖等原則，進而在一定程度上設計支護。

應用證明，在控制高應力巷道圍巖的變形方面，為探索深部礦山圍巖的控制技術提供一條思路。

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作者簡介：

張國輝（1978-），男，山東棗莊人，助理工程師，從事生產技術管理工作。endprint