井巷三軟圍巖巷道變形機理及錨注控制技術的研究與應用

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。隨著煤礦深井的開采，高地應力、軟巖巷道的支護問題將越來越突出，因此，從理論上、技術上及工藝上深入研究軟巖巷道支護將具有十分重要的現實意義。

二、軟巖巷道錨桿和錨注支護研究現狀

（一）國內外錨桿支護的發展和現狀

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

目前，錨桿支護大多應用于地質條件較好的巖土工程，圍巖松軟破碎、高應力、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。國內外錨桿支護正朝著提高錨固力、擴大應用范圍、提高支護效率方向發展。普遍認為開發具有強初撐、急增阻、高阻力力學特性的錨桿支護，是控制高應力、軟巖大變形巷道的有效途徑，是錨桿支護的主要發展方向。

（二）軟巖巷道工程支護技術的發展現狀

軟巖本身所具有的大變形力學特性，決定了軟巖巷道支護技術的復雜性，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方面，由過去單一的支護形式逐步發展為各種多次支護、聯合支護形式，并形成了各種系列支護技術，如錨噴、錨網噴、錨噴網架支護系列技術、注漿加固系列技術和預應力錨索支護技術。

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，工藝復雜，高水速凝材料生產廠家很少，質量不穩定而未能推廣應用。錨注技術由于工藝簡單、成本低，只要認真抓好工程質量，支護可靠性高而被廣泛應用，它現在不僅用于煤巷，而且廣泛應用于巖巷、硐室；不僅用于新掘巷道，而且廣泛應用于地下工程維修；不僅用于靜壓巷道，也應用于動壓巷道。它是目前處理高應力軟巖巷道這類困難巷道支護優先選擇的支護技術。

三、軟巖巷道變形破壞機制研究

（一）軟巖的定義

軟巖，“軟”體現了巖體內在特性，即巖石的硬度欠缺；“弱”體現了軟巖在應用方面的能力，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，所以開挖后自穩時間短，變形速度快，破壞前總應變量一般超過5%。

容重小、孔隙率小、含水率高，吸水或減水膨脹力大。軟巖一般結構疏松、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噸至數百噸。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。軟巖由于本身結構松散，膠結程度差，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，會出現越挖涌得越多，以至不可收拾。

開挖后產生大松動圈。軟巖地下工程開挖后，由于圍巖強度低，或圍巖處在高應力區等原因，應力很容易超過其自身強度，使周圍產生松動，出現一個大的松動圈，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

巖性是影響圍巖穩定性的最基本因素，是物質基礎。由于礦物組成，巖石結構構造的不同，不同巖石的物理力學性質差別很大。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，通常具有風化速度快，力學強度低以及遇水易于軟化，崩解等不良性質，因此對巷道圍巖穩定性最為不利。層頂底板巖石都非常松軟破碎，易風化，多屬于塑性圍巖，因此怕風，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，可以在兩個月內使巷道無法正常運輸，甚至行人困難。

巷道破壞嚴重。當受采動壓力影響時，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一側巷道的頂部、幫部最先破壞。

破壞區域大。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，巷道破壞區域總體偏下。

四、結束語

為了改善圍巖的維護情況，現嘗試采用聯和支護中一種方式---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，注漿管在加固結束后即成為新的錨桿并發揮錨固作用。

錨噴支護現已經在中國平煤神馬集團十礦推廣使用，并用于多處工程。其優點是錨桿置入圍巖內部，并且支護效果好、用料省、改變圍巖周邊應力狀態，增加了圍巖的自承能力，但錨桿必須在一定條件下才能發揮其錨固作用。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。但注漿技術還不夠成熟，現在還處在摸索的過程中，不過通過多工程的使用，總結，錨注的參數會被總結出來，從而更好的服務礦山工程。為此，本課題的提出對圍巖支護具有十分重要的意義，從目前現場施工取得的效果看，它是一種改善圍巖巖性和應力分布，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。