淺析深部軟巖支護技術的研究與應用

曹貞

摘 要：本文主要通過對軟巖的概念、巷道中存在的破壞、相關的支護技術的研究，以及實例應用，來展示深部軟巖支護技術的技術性和可操作性，豐富軟巖巷道支護技術施工內涵。

關鍵詞：軟巖；支護；研究

1 軟巖及巷道破壞概述

1.1 軟巖的基本概念

軟巖是是一種特定環境下的具有顯著塑性變形的復雜巖石力學介質，根據其綜合性定義可分為地質軟巖和工程軟巖兩大類。地質軟巖主要是指泥巖、頁巖、粉砂巖等強度低、膠結程度差、受切割風化影響顯著的脆弱巖層。工程軟巖主要是指受工程力作用產生顯著塑性變形的巖體。

1.2 軟巖工程特性

在進行軟巖巷道支護作業時，必須了解軟巖的兩個工程特性，對這兩種特性的熟悉有助于確保軟巖巷道支護的穩定性[ 1 ]。其一是臨界載荷特性，即巖層所受載荷水平超過臨界載荷時，加速表現出軟巖的可塑性變形。其二是臨界深度特性，這一特性與臨界載荷特性有所類似，主要是從深度的層次進行區別。當巷道深度小于某特定深度時，巖層沒有明顯變形；當巷道深度超過這一特定深度后，塑性形變明顯，并伴隨支護困難。

2 掌握巷道破壞的成因及特點

礦井開采深度的持續加深，最為突出的問題就是軟巖巷道的變形破壞。圍巖構造也就逐漸復雜，一旦圍巖處于軟巖層就極易產生巷道不穩定性，在一定程度上會對巷道支護系統造成破壞，從而導致巷道無法正常使用[ 2 ]。

2.1 掌握巷道建設初期的形變速度和時間

在建設初期主要掌握三個時間段，一是挖掘初期，在這個階段，巷道形變大速度快；二是挖掘一周后，巷道形變放緩但明顯；三是挖掘一月后漸趨穩定。

2.2 掌握不同變形量

巷道挖掘后會出現兩壁內移、地板凸起、頂板下移等一系列位移現象。這期間，要注意觀察這些現象所產生的的不同變形量。通常情況下，底板和頂板的變形量都會大于兩壁變形量。

2.3 掌握錨桿受力時效

在巷道建設初期，巷道形變大速度快，相應的錨桿安裝應力和承受能力較低，從而導致錨桿逐漸變形，嚴重情況下，將導致錨桿斷裂。

3 關于軟巖支護技術的研究

我國從20世紀五六十年代就逐步在軟巖支護領域取得了突出的成績，至今，可伸縮錨桿、錨索、錨注等新成果使用于巷道支護作業中。從支護與圍巖相互作用的關系和實質出發，可將深部軟巖巷道的支護技術分為三大類。

3.1 金屬支架、砌碹支護技術

這種技術屬于被動支護，主要是以提供外力的形式對巷道圍巖表面直接施加作用。金屬剛性支架主要是利用被動的徑向約束力平衡圍巖變形壓力，減少圍巖變形量。這種技術的優點是實現讓支平衡，提高對軟巖的適應性[ 3 ]。缺點是采深范圍的加大，通過大架形使圍巖大變形的方式大大增加了支護成本，而支護效果卻未得到明顯提升，這就說明了簡單的金屬可伸縮支架的剛度已難以適應更高的變形需求了。而砌暄技術主要是利用水泥砂漿料石等材料組成封閉形承載體，被動承受軟巖巷道圍巖變形所產生的壓力。這種技術的優點是在一定圍巖荷載情況下，具有較高的強度和承載力。缺點是難以滿足高應力及復雜地質條件的巷道支護需求。

3.2 錨桿+錨索聯合支護技術

這種技術具有提供巷道表面施加力和建立同圍巖內部的相互作用關系的雙重效果。常見的聯合支護技術是錨噴支護，主要是利用端錨、加長錨固和全長錨固的方式，結合圍巖表面噴射混凝土，對巷道周邊特定范圍的巖體進行直接作用，從而起到約束桿體周圍巖體變形的作用[ 4 ]。這種技術的優點是及時、密貼、經濟，缺點是可靠性、安全性、實用性較差。而新興的高強樹脂錨固螺紋鋼錨桿又彌補了這些缺點，并在實際應用中表現出色。

3.3 錨注加固技術

這種技術主要是通過提高裂隙劇集力和內摩擦角，增大巖層內部間的相對位移阻力，實現對巷道圍巖結構的直接作用[ 5 ]。優點是根本改善圍巖性質，改善圍巖應力分布狀態，提高圍巖整體穩定性。主要形式是對巷道破碎松散巖層注漿，膠結破碎巖塊成整體，發揮圍巖自穩能力，減輕支架承受荷載。錨注加固技術通常是在較難維護的巷道中實施，確保軟巖的承載能力。總的來說，這三種技術各有優劣，而要實現軟巖巷道支護作用的最大化，還要在實際應用中靈活運用，優勢互補。

4 軟巖巷道支護技術的應用

4.1 具體巷道支護情況

受地質條件及構造的影響，蔚州崔家寨礦在—800水平及以下的巷道施工受阻。該區域巷道施工軟巖處較多，需要提出有效實用的支護強度設計，從而避免軟巖冒落導致的頂板事故。在該區域，已使用三種不同支護方式對頂板進行支護，效果各有不同，如何篩選出有效的支護方式是目前的重要課題。三種方式分別是金屬拱形支架支護、錨網噴套架設金屬拱形支架支護、錨網噴+錨索聯合支護。

4.2 支護工藝比較

4.2.1 金屬拱形支架支護

根據巷道規格，采用三節或多節的U型鋼加工可縮性拱形支架。首先，設定棚距為550mm。其次，用直徑20mm的鉤子和2寸鐵管及U型鋼焊制的撐子，將各支架連為一體。最后，將長700mm、寬100mm、厚60mm的鋼筋混凝土背板作為插背，保險起見，用木背板在混凝土背板和巷頂巷幫之間背實。

4.2.2 錨網噴套架設金屬拱形支架支護

巷道施工過軟巖時，首先進行錨網噴支護，再利用架棚支護。

第一步，進行錨網噴支護。首先采用直徑50mm、長1800mm的高強樹脂錨固螺紋鋼錨桿，設定桿間排距為600×600（mm）。其次再以每桿3卷快速樹脂錨固劑的量對錨桿進行錨固，確保拉拔力大于80KN。然后用直徑10mm鋼筋焊制網格規格為120×120（mm）、網間搭接大于120mm的金屬網。最后保留大于40mm的間隙在金屬網與巷頂巷幫之間。噴厚2040mm的混凝土在金屬網外。

第二步，實施架棚支護。架棚工藝與金屬拱形支架支護工藝相同。

4.2.3 錨網噴+錨索聯合支護

第一步，進行錨網噴支護。首先采用直徑50mm、長1800mm的高強樹脂錨固螺紋鋼錨桿，設定桿間排距為600×600（mm）。其次再以每桿3卷快速樹脂錨固劑的量對錨桿進行錨固，確保拉拔力大于80KN。然后用直徑10mm鋼筋焊制網格規格為120×120（mm）、網間搭接大于120mm的金屬網。最后保留大于40mm的間隙在金屬網與巷頂巷幫之間。噴厚20～40mm的混凝土在金屬網外。第二步，進行錨索補強支護。首先采用直徑30.4mm、長8000mm的6芯鋼絞線作為錨索，設定間排距為2000×2000（mm）。其次用6卷以上快速樹脂錨固劑對每根錨索進行錨固，確保拉拔力大于100KN。最后，在易發生軟巖冒落段，設置超前錨桿對頂板進行控制。采用直徑38mm、長1800mm的金屬管縫錨桿作為超前支護錨桿。錨桿與巷道夾角保持在10～20°之間，錨桿間距為250～400之間。

4.3 三種支護方案性能比較表

通過對金屬拱形支架支護、錨網噴套架設金屬拱形支架支護、錨網噴+錨索聯合支護三種工藝的比較分析，從而得出此次深部軟巖巷道支護作業的最有效方法是錨網噴+錨索聯合支護方案。經過蔚州崔家寨礦—800～—950串車山下車場、七采上部回風石門巷道施工過軟巖的實踐，證明了錨網噴+錨索聯合支護的實際作用，趕上了工程進度。

5 結語

通過深部軟巖巷道支護技術理論與實例應用相結合的研究方式，能夠更好的處理現場施工問題，保證了煤礦巷道施工的安全性、經濟性、使用性。本文最主要的目的是為廣大煤礦施工同行提供相應的研究支持，避免我們在實際施工中走彎路。

參考文獻：

[1] 呂貴鵬.關于煤礦軟巖巷道支護技術的探討[J].工業技術，2013（25）：113.

[2] 謝拓.煤礦軟巖巷道支護技術的研究及發展[J].工程技術，2013，9，（10）：155-156.

[3] 楊廣棟.軟巖巷道支護技術研究與應用[J].山西焦煤科技，2013，11，（11）：54-56.

[4] 盧林.深部軟巖巷道支護技術研究[J].科協論壇，2013，（4）：21-22.

[5] 張曉峰，米文川，張方運.注漿錨索在深部破碎圍巖巷道支護技術應用[J].安徽理工大學學報（自然科學版），2012，10，（32）：374-376.