淺談軟巖支護中錨噴技術的作用

摘 要：隨著礦井開采深度的不斷增加，井下巷道處于更高的地應力環境中，尤其在地質構造活動強烈的地區，井下巷道支護及穩定性更加難以保證，在一些軟巖巷道中的表現更加明顯。就高應力軟巖的基本概念及形成條件進行了討論，經過經驗總結，表明軟巖支護采取錨噴支護取得了較好的效果。

關 鍵 詞：軟巖；穩定性；錨噴支護

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

吉林省杉松崗礦業集團公司營勝煤礦地層為梅河煤田向東北方向延伸的斷陷煤盆地，呈向斜構造，軸向北東（NE）55°左右，地層向斜軸傾角9°-10°，兩翼地層傾角15°左右。該井田位于向斜軸右翼，煤層傾角為7°-15°。井田為面積3.1483k㎡。礦井生產能力為30萬噸/年。

一、軟巖的基本定義

軟巖一般指：軟弱的、破碎和風化的巖層統稱為軟巖。強度低、孔隙度大、膠結程度差，受結構面切割及風化影響或含有大量易膨脹粘土礦物的松、散、軟、弱巖層都屬于軟巖范圍。

由于軟巖的特點，使得軟巖巷道圍巖破壞的形狀多樣化，具體有以下幾種類型：（1）局部頂板冒落。一般發生在松軟破碎巖層中或巖層穩定但有軟弱結構面或夾層，由于開掘后巷道周邊應力集中，使圍巖內裂隙或節理面擴張，在重力作用下，造成局部冒頂；（2）圍巖整體破壞。當巷道遇到松散破碎帶或有軟弱夾層時，由于圍巖應力超過了圍巖強度，使幫頂產生整體性冒落破壞；（3）巷道片幫和底鼓。由于巷道底板及兩幫為軟巖，產生塑性變形，造成片幫和底鼓；（4）巷道斷面全斷面收縮和閉合。巷道圍巖全部為軟巖，在采動壓力影響下使巷道頂、底板及兩側全部變形。

二、錨噴支護參數的確定

（一）錨桿類型的選擇。根據軟巖巷道圍巖壓力大、變形量大的特點，要求選擇的錨桿必須具有較大的錨固力和可伸縮量。目前?20mm螺紋鋼等強錨桿的應用非常廣泛，錨固力一般在6～8t，可以對圍巖產生較大的約束力，但不容易產生較大的可伸縮量。所以對于軟巖巷道支護所用的錨桿，可以采用低溫回火的方法，消除螺紋鋼錨桿的大部分內應力，在不太大改變錨桿強度的前提下，增加本身的可伸縮量，可以使其在對圍巖產生較大錨固力的約束下經行讓壓，以此來逐步適應圍巖的變形壓力，使圍巖在一定的變形位移后，達到穩定狀態。

（二）螺紋鋼等強錨桿參數的確定

（1）錨桿的確定。?20mm螺紋鋼等強錨桿經過低溫回火調質處理，錨桿在受力達到5t時，開始發生彈性變形；受力達到5.5t時，錨桿處于屈服狀態，被拉長；受力達到8.4t時錨桿被拉斷，錨桿的最大延展率為17%；（2）托盤的確定。錨桿托盤用8mm厚的鋼板壓制而成，規格為100mm×100mm，有兩種類型：第一種為普通凸形托盤，突出部分為20mm。經壓力實驗，托盤受力達到4t時，開始壓縮，達到5t時結束，最大壓縮量為20mm。第二種為凸形墊板托盤，在普通托盤的基礎上增加了一個墊板，墊板的規格為100mm×100mm，厚4mm，在墊板的四個角各焊接一個長30mm的吋管，總厚度為57mm。經壓力試驗，當壓力達到2.75t時，吋管開始壓縮變形，4t時吋管的壓縮量完成，達20mm，4t時凸形托盤開始壓縮變形，5t時結束，壓縮量20mm。整個托盤的壓縮量為40mm；（3）菱形網的作用。菱形網可以兜住脫落的巖石，提高巖體間的摩擦力，阻止圍巖移動。噴漿后形成一個封閉的支架結構，提高圍巖的整體性能。

三、圍巖的變形穩定時間和松動圈厚度

（一）穩定時間。圍巖的變形基本在30天內完成，而前15天的變形最大，約占總變形量的60%～70%。在沒有動壓影響的情況下，圍巖的變形時間一般為50天，1m深處的圍巖為40天，1.5m深處的圍巖為30天，2m深處的圍巖處于原始應力狀態。圍巖的穩定從圍巖深部到表面逐漸完成。

（二）松動圈厚度。從不同深度的圍巖的變形移近量分析，巷道的圍巖松動圈厚度不大于2m。2m以外的圍巖處于原始應力狀態。而1.5～2m之間的圍巖變形較小，屬于整體位移，巖體內的應力比較集中，是應力集中區。1.5m以內的圍巖應力超過巖體強度，使圍巖產生裂隙、松動，巖體強度大大減弱，不穩定變形量較大，屬于松動范圍，這一范圍內的巖體是加固和支護的主要對象。

四、結束語

（一）及時性。由于錨噴支護自身的工藝性能，使其能夠做到支護及時、迅速，加上噴射混凝土的早強性和全面緊貼性能，保證了支護的及時性和有效性。錨噴支護的及時性，能使圍巖強度不因開挖后暴露風化而降低，迅速給圍巖提供支護抗力，從而改變圍巖應力狀態。

（二）粘貼性。噴射混凝土同圍巖全面緊貼，使圍巖和支護結合成復合體，提高圍巖強度，同時減少圍巖應力集中。

（三）柔性。錨噴支護屬于柔性薄層支護，容易調節圍巖變形，能有控制地允許圍巖塑形變形，發揮圍巖自承壓力的能力。

（四）深入性。錨桿能深入巖體內，可以提高圍巖錨固區的強度和整體性，改善圍巖應力狀態，制止圍巖松動，同時可同圍巖結合成承壓圈。

（五）靈活性。錨噴支護可根據各段不同地質條件而隨時調整，從而降低支護成本。施工較靈活，可以一次完成，也可分次完成。例如安裝錨桿和噴射混凝土可分兩個時間完成，噴層也可以分兩次完成。這樣施工有利于達到“先柔后剛”的支護目的，更好的發揮圍巖的自承能力。而且對不同的地質條件和工程條件均可使用，適用范圍較廣。

（六）封閉性。由于混凝土能及時施工，且與圍巖緊貼，能及時對巷道圍巖進行封閉，受風化影響較小，能更好的保持住圍巖的原有強度。

根據軟巖的特點、組合拱理論和松動厚度，所選擇的錨噴支護參數是合理的、可行的。錨桿的類型必須適應軟巖的特點；確定錨桿的長度，必須按照組合拱理論進行；選擇錨桿的裝配形式，要符合圍巖松動圈的厚度和圍巖的變形量。為加強頂板的管理，防止巷道頂板巖層發生大面積整體垮落，可采取增打錨索的方法將頂板巖石整體懸吊于上部巖層中，起到聯合支護的作用，更好地控制軟巖的移動量，減小巷道的變形，提高巷道的穩定性和保持可使用斷面，降低維護成本。因此，軟巖巷道錨噴支護比其他支護方式更具有推廣價值。

參考文獻：

[1]楊乃強.井巷工程[M].北京：中國礦業大學，2001.

[2]李金義.材料力學[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3]劉小東.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2006.