礦軟巖巷道支護(hù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李國(guó)靜

【摘 要】礦軟巖巷道支護(hù)是由巷道環(huán)境所決定的，巷道變形乃至破壞的原因通過(guò)分析得出相應(yīng)結(jié)論，為礦軟巖巷道支護(hù)提供技術(shù)基礎(chǔ)，面對(duì)不同原因引起巷道損壞，要有不同解決方案。

【關(guān)鍵詞】工程軟巖；地質(zhì)軟巖；軟巖巷道支護(hù)

一、前言

礦軟巖巷道是施工中較為危險(xiǎn)，易產(chǎn)生巨大人員財(cái)產(chǎn)損失的情況，遇到礦軟巖巷道我們要提前分析地質(zhì)、做好開(kāi)挖前的準(zhǔn)備工作，對(duì)相應(yīng)的地點(diǎn)做好具有針對(duì)性的支護(hù)，防止事故的發(fā)生，做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防，早治理。

二、軟巖巷道變形原因分析

軟巖包括工程軟巖和地質(zhì)軟巖。其中，軟巖是指在公路開(kāi)挖過(guò)程中，由于施工擾動(dòng)，風(fēng)化，滲水等外力作用，粘結(jié)作用差，易風(fēng)化，軟化系數(shù)低，自穩(wěn)定性差。一種特性差的巖體。在中國(guó)西部的礦山建設(shè)中，白堊紀(jì)志丹群，侏羅系安定組，直羅組和延安組跨越白堊紀(jì)，具有水力豐富，巖性弱，地址條件復(fù)雜等特點(diǎn)。其中，安定組含水軟巖地層和延安組水礫巖地層是弱軟巖巷道施工的技術(shù)難點(diǎn)。因此，以西部軟弱煤層軟巖巷道支護(hù)工程為研究對(duì)象，提高軟巖巷道的支護(hù)強(qiáng)度，整體穩(wěn)定性和自承能力具有重大的科學(xué)意義和工程實(shí)際意義。

（一）圍巖礦物成分和結(jié)構(gòu)

在西部地區(qū)的礦山建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常遇到工程軟巖，具有碎裂，高地應(yīng)力，無(wú)力或極端弱點(diǎn)和膨脹等特點(diǎn)。建設(shè)和支持這些項(xiàng)目的難度是西部地區(qū)礦山建設(shè)面臨的最大難題。對(duì)這種巷道機(jī)理的研究應(yīng)根據(jù)圍巖的力學(xué)性質(zhì)，水對(duì)圍巖的影響以及外力的影響進(jìn)行。

在西部地區(qū)礦山建設(shè)中遇到的白堊紀(jì)和侏羅紀(jì)地層中，巖體中存在大量的蒙脫石，伊利石等親水性礦物組分。另外，軟巖大多為泥狀或凝膠狀結(jié)構(gòu)，并且與水接觸。高地應(yīng)力效應(yīng)會(huì)引起更大的膨脹變形和破壞膨脹變形，加重巷道圍巖變形。

（二）水對(duì)圍巖的弱化作用

工程軟巖本身強(qiáng)度較低。在浸水作用下，圍巖強(qiáng)度減弱，強(qiáng)度明顯下降，進(jìn)而擴(kuò)大圍巖松動(dòng)區(qū)，導(dǎo)致圍巖自承能力下降，并增加在應(yīng)力集中的程度。引起巷道底部變形及其他側(cè)向變形，引起巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞和破壞。另外，水對(duì)圍巖的弱化作用也體現(xiàn)在滲流水對(duì)裂隙巖體的影響將改變巖體應(yīng)力場(chǎng)分布，并且此作用對(duì)于破裂圍巖破裂面，加速裂隙巖體裂隙的擴(kuò)展。增加圍巖變形速率和概率。

（三）高地應(yīng)力對(duì)圍巖的破壞作用

隧道開(kāi)挖將打破原始巖體的三向力平衡狀態(tài)，地面應(yīng)力重新分布。特別是開(kāi)采深度越深，地應(yīng)力越大，加劇圍巖應(yīng)力集中，造成巷道明顯的流變變形。發(fā)生塑性故障。

圍巖流變包括蠕變，松弛和彈性后效應(yīng)。周圍巖石的流變特性受到外力的顯著影響。西部地區(qū)的水井受富水條件影響較大，開(kāi)采深度較大。高地應(yīng)力會(huì)加速圍巖的流變變形，使巷道變形具有長(zhǎng)期的擴(kuò)展趨勢(shì)。

三、巷道圍巖力學(xué)特性分析

（一）軟巖巷道圍巖三軸壓縮實(shí)驗(yàn)

圍巖應(yīng)力強(qiáng)度特征對(duì)巷道變形影響較大。利用三軸壓縮試驗(yàn)研究了齊溝組合的強(qiáng)度特征。將從現(xiàn)場(chǎng)回收的土工樣品風(fēng)干，粉碎，用2mm篩子過(guò)大，然后加入水使擾動(dòng)的巖石和土壤樣品三軸壓縮。測(cè)試。壓力和位移一般經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：①在施加荷載的早期階段，壓力和位移以線性變化為特征，這一階段是彈性變形階段，巖土體不進(jìn)入正體；②負(fù)荷保持不變，巖體蠕變特性；③增加一定圍壓，穩(wěn)定圍壓，繼續(xù)增加軸壓，此時(shí)巖樣呈現(xiàn)彈性變形特征；④第二次保持相同的載荷時(shí)，巖石再次在較高的壓力下發(fā)生蠕變；⑤進(jìn)一步增加圍壓，穩(wěn)定圍壓，繼續(xù)增加軸壓，此時(shí)巖樣也表現(xiàn)出彈性變形的特征；⑥當(dāng)軸向壓力為0.38kN時(shí)，巖石會(huì)發(fā)生這種損壞。

（二）軟巖巷道圍巖變形特性分析

通過(guò)對(duì)齊溝煤礦軟巖巷道的現(xiàn)場(chǎng)勘察，發(fā)現(xiàn)軟巖巷道變形規(guī)律具有以下特點(diǎn)：地應(yīng)力較低。該區(qū)域的公路屬于淺路，位于地表以下約110米處。地應(yīng)力不高，但屋面圍巖強(qiáng)度較低，巷道變形破壞的臨界深度約為180m。

圍巖變形以垂直變形為主。通過(guò)對(duì)巷道的觀察，可以看到巷道頂板薄弱的三明治，結(jié)構(gòu)松散，堅(jiān)固而低矮，變形較大。屋頂?shù)钠茐呐c振動(dòng)負(fù)荷有關(guān)。隧道開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)荷載會(huì)導(dǎo)致屋面軟化層塌陷，加速圍巖變形，使巷道長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定。中間層厚度變薄。在隧道中，弱夾層的厚度從幾十厘米到幾米不等，使得難以控制巷道的變形。

四、軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

（一）錨桿支護(hù)

目前的螺栓支撐理論主要包括懸架理論，組合梁理論和壓縮拱理論。螺栓支撐技術(shù)主要包括金屬錨桿，非金屬錨桿和錨索。金屬錨主要是螺紋鋼樹(shù)脂錨，灌漿錨（鎖），鉆錨錨和錨桁架。其中，螺紋鋼樹(shù)脂錨和錨灌漿（電纜）是中國(guó)的軟巖隧道。螺栓支撐的主要形式已被廣泛用于中國(guó)西部的井筒施工和巷道支護(hù)。但由于中國(guó)西部軟巖巷道的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，弱圍巖與錨桿之間的相互作用，錨桿與錨索之間的協(xié)調(diào)機(jī)制以及錨桿與注漿之間的加固機(jī)制尚未研究得十分清楚，尤其缺乏螺栓支撐參數(shù)的通用性和定量設(shè)計(jì)理論。因此，未來(lái)的錨栓支護(hù)應(yīng)該集中在螺栓機(jī)構(gòu)，螺栓支撐設(shè)計(jì)理論以及螺栓支撐新材料上。

（二）錨網(wǎng)噴支護(hù)

螺栓和網(wǎng)狀噴射支護(hù)技術(shù)是在螺栓（纜索）支撐的基礎(chǔ)上，通過(guò)連接鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土形成的聯(lián)合支撐體系。錨網(wǎng)噴射支護(hù)技術(shù)的主要機(jī)理是充分發(fā)揮錨桿的懸吊效果。同時(shí)，在圍巖表面安裝金屬網(wǎng)片，防止弱圍巖的脫落，形成剛?cè)崧?lián)合支護(hù)類型。噴射混凝土不僅可以在圍巖開(kāi)挖后立即關(guān)閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化，還可以填補(bǔ)圍巖裂隙，防止圍巖裂隙水滲流。與錨網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)的聯(lián)合作業(yè)將顯著提高支撐結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)支撐效果。與此同時(shí)，錨桿的外部泄漏可能被噴射混凝土所困，以增加巷道的美觀性和舒適性。錨網(wǎng)噴支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)淺埋軟巖巷道具有良好的支護(hù)作用。

（三）錨注支護(hù)

在充分發(fā)揮錨桿支護(hù)作用的前提下，錨桿支護(hù)是注漿技術(shù)提高松動(dòng)帶圍巖穩(wěn)定性的重要支撐方案，以提高軟巖巷道的支護(hù)效果。用于錨固和支護(hù)的螺栓（電纜）主要為空心灌漿錨（電纜），灌漿主要為水泥，水玻璃，CS砂漿和化學(xué)漿。錨桿支護(hù)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)中空注漿錨索（索）泵送高壓泥漿，使泥漿在破碎圍巖范圍內(nèi)充分?jǐn)U散，填補(bǔ)圍巖裂縫，通知停止裂縫流動(dòng)水。泥漿固化后，泥漿，錨桿與圍壓形成統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效提高圍巖強(qiáng)度，控制圍巖變形。錨桿支護(hù)技術(shù)在極軟弱破碎圍巖巷道中具有良好的支護(hù)作用，但支護(hù)費(fèi)用較高，且注漿的適用性受工程條件的限制。

（四）錨網(wǎng)噴架支護(hù)

對(duì)于深部軟巖隧道，僅使用螺栓（繩索）支撐或錨網(wǎng)噴支護(hù)通常不能有效控制圍巖的變形，特別是對(duì)于具有顯著流變特性的弱巖體，流變變形會(huì)使巷道產(chǎn)生大的收縮變形。因此，對(duì)于受水影響的深軟巖巷道和軟巖巷道，難以保證錨桿（索）的施工質(zhì)量，在錨網(wǎng)噴支護(hù)的基礎(chǔ)上增加鋼棚支護(hù)將有效改善支護(hù)。結(jié)構(gòu)的整體剛度，特別是限制軟巖的流變變形，會(huì)起到更好的支護(hù)作用。目前，鋼結(jié)構(gòu)棚架的主要形式有：工字鋼，U型鋼和鋼管混凝土托槽。上述組合鋼棚棚支撐和錨網(wǎng)噴支護(hù)形式將充分利用錨桿的主動(dòng)剛性支撐。利用鋼框架被動(dòng)柔性支撐和剛性支撐，柔性支撐，主動(dòng)支撐和被動(dòng)支撐相結(jié)合的支撐優(yōu)勢(shì)，是深部軟巖巷道支撐的常用支撐形式。

五、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于礦軟巖巷道支護(hù)的研究與探索，應(yīng)該從支護(hù)的形式與原理上深入展開(kāi)，首先研究其原理特性，所遇到的問(wèn)題，在通過(guò)解決問(wèn)題，提出具有針對(duì)性的方案，最終礦軟巖巷道支護(hù)的研究與探索才能循序漸進(jìn)，不斷完善。

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