巷道工程支護的現狀的探討

文/侯靜靜 賈振，丁集煤礦

1 引言

隨著我國煤炭開采逐漸向深部轉移，煤礦工作者面臨者越來越多的難題。其中，煤礦軟巖巷道工程支護一直是煤炭開采過程中未能徹底解決的難題，軟巖巷道支護的狀態與煤炭的安全、高效開采息息相關。近些年經過國內外專家大量的理論研究、現場試驗與測試、實驗室實驗等手段，在軟巖巷道工程支護理論和支護技術方面取得了大量可觀的成果，但仍有許多技術難題亟待解決。文章通過分析煤礦軟巖巷道支護常用的支護技術，提出了高強度錨桿、錨注支護及聯合支護將成為軟巖巷道支護新的發展形式，以期能改善煤礦軟巖巷道支護現狀。

2 軟巖巷道支護理論國內外的現狀

2.1 新奧法

20世紀60年代，奧地利工程師在總結前人經驗基礎上，提出一種新的隧道設計施工方法一新奧法，目前已成為地下工程的主要設計施工方法之一。新奧法既不是單純的施工方法，也不是單純的支護方法，而是充分利用和調動巷道圍巖強度與自身承載能力，按巖石力學、圍巖支護共同作用原理制定的一套地下工程設計、施工、支護、監測新概念。它是先用工程類比法確定第一次錨噴的參數，隨之進行圍巖的監控量測。經過量測信息反饋來調整支護參數。用新奧法進行巷道掘進，可以保證質量，保持穩定性，延長巷道的使用壽命，降低施工費用，還可減少20%的巷道掘進量，實屬一種良好的軟巖巷道支護方法。

2.2 應變控制理論

該理論認為隧道圍巖的應變隨支護結構的增加而減少，而容許應變則隨支護結構的增加而增大。因此，通過增加支護結構，能較容易地將圍巖應變控制在容許應變范圍內。支護結構的設計則是在由工程量測結果確定了對應于應變的支護工程的感應系數后確定的。

2.3 能量支護理論

薩拉蒙等人提出了能量支護理論，認為支護結構與圍巖相互作用、共同變形，在變形過程中，圍巖釋放一部分能量，支護結構吸收一部分能量，但總的能量沒有變化。因而，主張利用支護結構的特點，使支架自動調整圍巖釋放的能量和支護體吸收的能量，支護結構具有自動釋放多余能量的功能。

2.4 軸變論和開挖系統控制論

于學馥等人于1981年提出“軸變論”，認為巷道塌落可以自行穩定可以用彈性理論進行分析圍巖破壞是由于應力超過巖體強度極限引起的塌落是改變巷道軸比，導致應力重分布應力重分布的特點是高應力下降、低應力上升，并向無拉力和均勻分布發展，直到穩定而停止應力均勻分布的軸比是巷道最穩定的軸比，其形狀為橢圓形。

近年來，于學馥等人運用系統論、熱力學等理論提出“開挖系統控制理論”開挖干擾了巖體的平衡，這個不平衡系統具有自組織功能。

2.5 聯合支護技術

該技術是在新奧法基礎上發展起來的，以馮豫、陸家梁、鄭雨天、朱效嘉為代表。重要觀點為對于巷道支護，一味強調支護剛度是不行的，要先柔后剛，先讓后抗，柔讓適度，穩定支護。

2.6 松動圈理論

該理論是董方庭教授提出的，其主要內容凡是裸體巷道，其圍巖松動圈都接近于零，此時巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在，但并不需要支護。松動圈越大，收斂變形越大，支護難度就越大。因此，支護的目的在于防止圍巖松動圈發展過程中的有害變形。

3 我國軟巖巷道支護的主要形式及評價

3.1 剛性支護加柔體墊層。

主要有圓料石砌磕加可縮層和條帶暄等形式。該方式為井巷圍巖提供一定支護強度，并有一定可縮性。但由于磕體本身剛度較大，允許變形小，對軟巖巷道圍巖的大變形不適應。同時，該方式速度慢，勞動強度高。

3.2 U型鋼可縮性支架支護

是根據軟巖膨脹性的特點而設計。該法主要用于膨脹性巖層及斷層破碎帶支護。這種支架不僅有可縮性，而且有較高的初承力和支撐能力；作用在支架上的壓力與圍巖的移近量成確定的反比關系，也就是說在一定條件下支架可縮后，支架上的荷載減小而且還會有調整和得到改善。U 型鋼可縮性支架的撐能力經常得不到充分發揮，且鋼材使用量大，支護成本高。

3.3 錨噴支護

對于軟巖巷道的支護，錨桿及其聯合支護被認為是一種合理有效的方式。人們習慣將錨桿支護稱為主動支護，其實并不是所有的錨桿支護都屬于主動支護。主動支護與被動支護的區別并不在于支護類型，而在于支護體能否主動給圍巖以預緊力。安裝錨桿時，給錨桿施加足夠的預應力，不僅可消除錨桿構件的初始滑移量，而且可為圍巖提供一定預緊力，以降低圍巖受拉截面的拉應力。

4 軟巖巷道支護形式的新發展

4.1 超高強度錨桿支護

超高強度螺紋鋼錨桿具有更高的屈服強度和破斷強度，為巷道圍巖提供強大支護阻力(比普通圓鋼錨桿高3倍以上)，大大增加了巷道圍巖離層、變形和層理裂隙等弱面進一步發展的約束力。另外，高強度或超高強度螺紋鋼錨桿可實現全長錨固，有效控制巷道圍巖大變形，提高系統可靠性。

4.2 錨注支護

軟巖巷道圍巖的松動范圍較大，巖體強度低，單用錨桿支護難以使破碎巖塊完全處于受壓狀態而形成組合拱。軟巖巷道中，為發揮錨桿支護的優勢，提高圍巖的強度和變形模量，改變圍巖的變形規律，利用錨桿兼作注漿管，外錨內注，實現“錨注一體化”，是解決松散破碎型軟巖巷道支護的有效途徑。

4.2.1 對節理發育軟巖巷道，注漿可改變圍巖的松散結構，提高巖體的膠結力和內摩擦角，進而提高圍巖的自身強度，充分調動圍巖的自承能力。

4.2.2 采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙、隔絕空氣、防止圍巖風化，避免圍巖因被水浸濕而降低自身強度，提高圍巖的穩定性。

4.3 聯合支護

聯合支護有多種類型：錨噴+注漿加固、錨噴+U型鋼可縮性支架、錨噴+弧板支架、U型鋼可縮性支架十注漿加固，以及錨噴十注漿+U型鋼可縮性支架等。選擇聯合支護時，應根據巷道圍巖地質條件和生產條件，確定出合理的支護形式和參數。錨噴支護是一種性能優越、適合軟巖巷道圍巖的一次支護，是首選的支護方式。

5 結束語

軟巖巷道的支護是一項復雜的工作,尤其是礦井向深部轉移后,在高應力作用下，嚴重影響礦井的經濟效益和安全狀況。因此，必須對軟巖巷道變形機理進行研究，確定合理的支護技術方式。在具體的支護過程中，應具體問題具體分析，對于用單一的支護方法難以得到理想支護效果的情況，,要采用多種技術方法聯合使用，以實現安全、經濟、合理、高效的支護。