井巷三軟圍巖巷道變形機理及錨注控制技術(shù)的研究與應(yīng)用

李水波

（河南省平頂山市平煤股份十礦機掘隊，河南 平頂山 467000）

一、引言

軟巖巷道圍巖控制是采礦工程中的難題。我國軟巖分布很廣，同樣中國平煤神馬集團十礦也存在著軟巖巷道極難維護的問題，一直嚴重影響著礦井的安全生產(chǎn)。隨著煤礦深井的開采，高地應(yīng)力、軟巖巷道的支護問題將越來越突出，因此，從理論上、技術(shù)上及工藝上深入研究軟巖巷道支護將具有十分重要的現(xiàn)實意義。

二、軟巖巷道錨桿和錨注支護研究現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)外錨桿支護的發(fā)展和現(xiàn)狀

錨桿作為一種行之有效的、經(jīng)濟優(yōu)越的巷道支護技術(shù)，倍受世界巖土工程界的重視近年來，我國錨桿支護已經(jīng)有了長足的發(fā)展，錨桿支護的優(yōu)越性已經(jīng)得到充分的證實。

目前，錨桿支護大多應(yīng)用于地質(zhì)條件較好的巖土工程，圍巖松軟破碎、高應(yīng)力、受采動影響的大變形巷道，錨桿支護仍然是尚待解決的難題。國內(nèi)外錨桿支護正朝著提高錨固力、擴大應(yīng)用范圍、提高支護效率方向發(fā)展。普遍認為開發(fā)具有強初撐、急增阻、高阻力力學(xué)特性的錨桿支護，是控制高應(yīng)力、軟巖大變形巷道的有效途徑，是錨桿支護的主要發(fā)展方向。

（二）軟巖巷道工程支護技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

軟巖本身所具有的大變形力學(xué)特性，決定了軟巖巷道支護技術(shù)的復(fù)雜性，單一的支護形式難以滿足軟巖巷道工程支護的需要。因此，在軟巖巷道工程支護技術(shù)方面，由過去單一的支護形式逐步發(fā)展為各種多次支護、聯(lián)合支護形式，并形成了各種系列支護技術(shù)，如錨噴、錨網(wǎng)噴、錨噴網(wǎng)架支護系列技術(shù)、注漿加固系列技術(shù)和預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)。

實踐證明，可伸縮錨桿、金屬支架、高水速凝材料注漿加固法，由于成本高，工藝復(fù)雜，高水速凝材料生產(chǎn)廠家很少，質(zhì)量不穩(wěn)定而未能推廣應(yīng)用。錨注技術(shù)由于工藝簡單、成本低，只要認真抓好工程質(zhì)量，支護可靠性高而被廣泛應(yīng)用，它現(xiàn)在不僅用于煤巷，而且廣泛應(yīng)用于巖巷、硐室；不僅用于新掘巷道，而且廣泛應(yīng)用于地下工程維修；不僅用于靜壓巷道，也應(yīng)用于動壓巷道。它是目前處理高應(yīng)力軟巖巷道這類困難巷道支護優(yōu)先選擇的支護技術(shù)。

三、軟巖巷道變形破壞機制研究

（一）軟巖的定義

軟巖，“軟”體現(xiàn)了巖體內(nèi)在特性，即巖石的硬度欠缺；“弱”體現(xiàn)了軟巖在應(yīng)用方面的能力，即對于承受外載荷，它的承載能力和抗變形能力都較差。

（二）軟巖的變形特點

強度低、自穩(wěn)時間短、變形速度快，破壞前總變形量大。軟巖層中最典型的是泥巖，一般軟泥巖單軸抗壓強度小于lOMPa，最低的0.6MPa左右。由于其強度低，所以開挖后自穩(wěn)時間短，變形速度快，破壞前總應(yīng)變量一般超過5%。

容重小、孔隙率小、含水率高，吸水或減水膨脹力大。軟巖一般結(jié)構(gòu)疏松、容重小(2000Kg/m3左右），孔隙率大(14%以上），致使含水率增高(19%以上)，所以一般軟巖開挖后，其膨脹率隨時間呈增長趨勢。許多軟巖地下工程的膨脹壓力值可由每平方米數(shù)噸至數(shù)百噸。軟巖含有成分不同，吸水和減水都可使膨脹力增加。

對震動的敏感性強。軟巖由于本身結(jié)構(gòu)松散，膠結(jié)程度差，強度低等特點，對低頻彈性波的吸引能力強，因此抗震性能低，疲勞強度小，所以在低頻重復(fù)性荷載爆轟波的作用下，對其本身的完整性和強度影響很大。

流變性明顯。松軟巖層的流變性大，有的軟巖只處于塑性流變階段，當(dāng)含水大時，流變性更加明顯。有的軟巖工程開挖后，其流變性象砂涌，會出現(xiàn)越挖涌得越多，以至不可收拾。

開挖后產(chǎn)生大松動圈。軟巖地下工程開挖后，由于圍巖強度低，或圍巖處在高應(yīng)力區(qū)等原因，應(yīng)力很容易超過其自身強度，使周圍產(chǎn)生松動，出現(xiàn)一個大的松動圈，松動圈厚度一般大于15m。

（三）影響軟巖大變形的主要因素

造成軟巖巷道圍巖變形破壞的影響因素是多方面的，既有客觀的，也有人為的，主要有以下幾個方面：

1.巖性的影響

巖性是影響圍巖穩(wěn)定性的最基本因素，是物質(zhì)基礎(chǔ)。由于礦物組成，巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，不同巖石的物理力學(xué)性質(zhì)差別很大。依照巖石特性可將圍巖分為塑性圍巖和脆性圍巖兩大類。塑性圍巖，主要包括各類粘土質(zhì)巖石、破碎松散巖石以及某些易于吸水膨脹的巖石，通常具有風(fēng)化速度快，力學(xué)強度低以及遇水易于軟化，崩解等不良性質(zhì)，因此對巷道圍巖穩(wěn)定性最為不利。層頂?shù)装鍘r石都非常松軟破碎，易風(fēng)化，多屬于塑性圍巖，因此怕風(fēng)，怕水，怕震。

2.采動壓力

受采動壓力影響的軟巖巷道具有以下四個特點：

巷道破壞速度快。當(dāng)巷道支護體承載達到極限時，受采動壓力影響，可以在兩個月內(nèi)使巷道無法正常運輸，甚至行人困難。

巷道破壞嚴重。當(dāng)受采動壓力影響時，巷道的破壞時全斷面的，有時很難分清是頂、幫、底哪部分先破壞，不過從總體上看靠采空區(qū)一側(cè)巷道的頂部、幫部最先破壞。

破壞區(qū)域大。在工作面停采或初采一個月后，不僅上下順槽被壓壞，而且距工作面停采線或切眼百米外上山也受壓破壞。

巷道破壞區(qū)域相對位于工作面下部。由于軟巖在宏觀上具有一定的流體特性，相對于工作面下部的巷道受采動壓力的影響更嚴重，巷道破壞區(qū)域總體偏下。

四、結(jié)束語

為了改善圍巖的維護情況，現(xiàn)嘗試采用聯(lián)和支護中一種方式---錨注支護。錨注支護即：利用錨桿作為注漿管對圍巖注漿加固，注漿管在加固結(jié)束后即成為新的錨桿并發(fā)揮錨固作用。

錨噴支護現(xiàn)已經(jīng)在中國平煤神馬集團十礦推廣使用，并用于多處工程。其優(yōu)點是錨桿置入圍巖內(nèi)部，并且支護效果好、用料省、改變圍巖周邊應(yīng)力狀態(tài)，增加了圍巖的自承能力，但錨桿必須在一定條件下才能發(fā)揮其錨固作用。對于軟巖和破碎圍巖及動壓巷道，因圍巖強度底，圍巖位移量大，錨桿隨巷道圍巖變形而失去承載力。在這種情況下，圍巖注漿加固是一種行之有效的支護方式。但注漿技術(shù)還不夠成熟，現(xiàn)在還處在摸索的過程中，不過通過多工程的使用，總結(jié)，錨注的參數(shù)會被總結(jié)出來，從而更好的服務(wù)礦山工程。為此，本課題的提出對圍巖支護具有十分重要的意義，從目前現(xiàn)場施工取得的效果看，它是一種改善圍巖巖性和應(yīng)力分布，提高圍巖整體性和自承能力的有效方法，而且支護成本低，在礦山工程中有很大的推廣價值。