第22卷第1期煤炭学报V ol.22 N o.1 1997年 2月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIET Y F eb. 1997
软岩巷道锚注支护理论与技术的研究
杨新安 陆士良
(上海铁道大学) (中国矿业大学)
摘要 提出锚杆与注浆有机结合加固软岩巷道的思路,发明了外锚内注式新型锚杆及其加固软岩巷道新技术,成功地将该技术用于旗山矿软岩动压巷道的加固工程,采用目前国际岩土工程分析通用的FLAC程序对锚注支护机理进行了研究,对发展我国软岩巷道锚杆支护理论与技术均有重要意义.
关键词 软岩巷道 锚注支护 锚杆支护 锚固力 支护强度
中图分类号 TD353
自80年代后期,我国锚杆支护技术进入一个新的发展阶段,应用范围不断扩大.一方面,要求降低支护成本而采用锚杆支护,应用范围要扩展到软岩巷道、动压巷道等;另一方面,随着高产高效综采技术的发展和大巷沿煤层布置,要求扩展到大断面煤巷等.软岩巷道锚杆支护就是这种背景下提出的新课题.
作者在大量试验的基础上,发明了新型外锚内注式锚杆,开发了锚注支护加固围岩新技术,通过了现场工业性试验,证明具有效果可靠、成本低、施工简便等优点,现已在一些巷道工程中推广应用,产生了显著的社会及经济效益[1].
1 锚注支护的原理
我国目前巷道锚杆支护的主要技术问题是支护系统的支护强度不够,其原因: 单根锚杆锚固力低; 锚杆之间较少采用托梁、钢带等连接件; 金属网和喷射混凝土设计不太合理、施工质量较差[2,3].
国内外大量巷道围岩-支护关系研究结果表明[4,5],软岩巷道围岩-支护关系与中硬岩巷道有明显区别,支护强度对软岩巷道变形控制比对中硬岩巷道作用更大.软岩巷道围岩破裂范围变形量大,普通锚杆所提供的支护强度小,不能及时有效地控制巷道围岩变形.锚杆支护允许的极限变形量一般较小,往往导致单根锚杆或其辅助支护失效破坏,锚杆支护成拱作用丧失.所以,软岩巷道支护的首要问题,是采用合理的支护型式,提高支护系统强度,控制围岩变形.
提高支护系统强度的途径有2条: 采用高强锚杆支护系统,提高锚杆支护系统自身强度; 采用联合支护,提高支护系统强度.
对部分较软岩巷道,可以采用高强锚杆支护途径成功地进行支护.当围岩过于松软,对于软岩和极软岩巷道,仅靠锚杆支护系统提供的支护作用是不够的,而必须采用联合支护途径,提高整个支护系统的强度和整体性,才能控制围岩变形.问题归结为,从支护效果、支护成本、工艺复杂程度和工人劳动
收稿日期:1996-07-15
强度等方面综合评价,锚杆支护系统和什么支护形式组成联合支护在软岩巷道中最为合理?
研究表明,围岩注浆加固可提高其强度和变形模量,根本改善围岩的变形规律.前苏联的研究资料表明,注浆后砂岩强度增加50%～70%,粉砂岩和泥质岩增加2～4倍,岩体中岩石强度的增大使支护载荷减小2/3～4/5[1].实践证明,围岩注浆加固是层次最高的支护形式.
目前,软岩中使用成功的锚杆支护系统与棚式支架、高强混凝土弧形板等低层次支护形式组成的联合支护具有成本高、工艺复杂和劳动强度大等缺点,不能算是最合理的,最合理的应该是锚杆支护系统与支护层次最高的注浆加固组成的联合支护.
图1 锚注结合加固围岩原理F ig.1 D iag ram fo r r einfor cing ro ck by
com bined bolting and g ro ut ing 我们在研究锚杆与注浆如何构成联合支护时
进行了反复论证,制定了“利用锚杆兼作注浆管,
采用常规打眼机具,变注浆为常规支护”的原则.
发明了新型外锚杆内注式锚杆,试验开发成功了
锚杆和注浆结合加固围岩新技术(简称锚注支护
技术),从工艺上把锚杆支护和围岩注浆加固有机
地结合起来,利用锚杆兼作注浆管,通过注浆加固
在巷道围岩内形成一连续的注浆加固圈,锚杆通
过与围岩相互作用和加初锚力在围岩内又形成一
锚杆加固圈,加上金属网和喷射混凝土这些护表
措施,组成一个完整的支护系统,如图1所示.2 锚注支护技术加固巷道的数值模拟研究
采用目前世界上很先进的岩土力学数值分析程序FLAC,以作者在旗山矿运输大巷所作的锚注支护技术工业性试验为工程背景,模拟了锚注支护的巷道经受动压作用后围岩的变形破坏及应力等,并与单纯锚杆支护巷道进行对比.
2.1 模拟计算准备工作及计算过程
根据实际问题确定所采用的材料本构模型、材料参数、边界条件、开挖步骤、计算时步等,据此用FLAC 输入命令编制FLAC 输入文件,再将输入文件用FLAC 运行,运行结束后即可将计算结果用各种方式(图形、数据、屏幕显示)输出,进一步研究分析.
算例1 锚注支护动压巷道.
材料本构模型采用摩尔-库伦模型.巷道断面为半圆拱形,由于是轴对称问题,计算模型取1/2研究,网格划分见图2.
边界条件为底边界X ,Y 方向固定,左边界X 方向固定,右边界为应力边界 x =-19.5MPa ,顶边界为应力边界 y =-19.8M Pa (负号表示“压应力”).注浆区的模拟是在锚杆端头一定区域内(根据注浆扩散半径确定)用标记结点圈定,赋予其不同于其它区域的材料参数,见图2(a)所示.
计算参数根据实际资料和实测结果确定,见表1.
动压模拟方法是首先加初始地应力,计算1000步后,开挖巷道,再计算1000步,然后在顶边界加2 H ( 为上覆岩层密度;H 为巷道赋存深度)应力模拟采动压力(共3 H ),再计算1000步结束.
根据以上确定的参数,用FLAC 输入命令编制FLAC 输入文件,再将输入文件用FLA C 运行.
算例2 锚杆支护动压巷道.除没有注浆加固区外,其它都同算例1.网格划分见图2(b)所示.
33第1期 杨新安等:软岩巷道锚注支护理论与技术的研究
图2 计算模型网格划分(局部)
F ig.2 Divisio n of mesh of calculation model (1ocal)
(a)锚注支护巷道;(b )锚杆支护巷道
表1 围岩和锚杆的模拟计算参数
Table 1 Parameters of rock and bolts in simulation calculation 围 岩 参 数
锚 杆 参 数非注浆区注浆区锚杆截面积/m 2 3.14×10-4密度/kg m -3
21002300锚杆屈服强度/k N 20体积模量/GPa
2.008 2.
22锚杆的粘结强度/Pa m -1 2×106剪切模量/GPa
0.96 1.67锚杆的弹性模量/GPa 200内聚力/M Pa
0.29 1.1锚杆的粘结刚度/Pa 105内摩擦角/(°)
2637锚杆间距/m 0.7单轴抗拉强度/M Pa 0.180.24锚杆长度/m 1.8
2.2 模拟计算结果及其分析
图3照片显示的是锚注支护与单纯锚杆支护动压巷道X ,Y 方向位移等值线图.明显可见,图中(a ),(b)的变形量仅为(c),(d)的1/5左右,锚注支护巷道围岩应力状态也得到明显改善.证明锚注支护对巷道围岩变形的控制要明显优于单纯锚杆支护,且计算变形规律与现场实测非常吻合,说明计算结果可信.
图3 锚注支护动压巷道与单纯锚杆支护动压巷道位移等值线
F ig .3 Conto urs of t he r oa dw ay under dynamic pressure suppo rted by combined bolting and gr o uting and suppo rt ed purely by bo lt ing
(a ),(c )锚注支护动压巷道(X ,Y 方向);(b ),(d )单纯锚杆支护动压巷道(X ,Y 方向)
34煤 炭 学 报 1997年第22卷
3 锚注支护技术的工程应用
外锚内注式支护工业性试验地点为徐州矿务局旗山矿受上覆工作面跨采影响的运输大巷.该巷的赋存深度为600m ,巷道围岩主要为砂质泥岩,岩石的单轴抗压强度为29.8M Pa;根据《工程岩体分级标准》规定,此砂质泥岩属较软岩.大巷的断面形状为半圆拱形,面积为11.8m 2,原采用钢丝绳砂浆锚杆和喷射混凝土支护.
上部垂高27m 的1122综采工作面跨越整个大巷回采,在跨采工作面前方和后方,由于跨采动压引起原锚喷支护大巷围岩明显变形.巷道顶部和肩部遭到不同程度的破坏,一般采用梯形或拱形金属支架加木背板加固,巷道支护费用仅材料一项均达1300元/m (1994年价格).由于这种支护方式是被动支护,初撑力很小,对围岩只能起掩护作用.不能及时有效地控制围岩变形,支护效果并不理想.仍经常发生顶板与喷层冒落,局部支架被压弯,见图4所示.
大巷受工作面跨采影响期间(工作面前方60m 至后方100m ),最大变形速率达6m m /d ,围岩的累计变形量一般均大于250mm
.
图4 运输大巷金属支架加木背板支护变形 图5 锚注支护试验巷道采动过后状况
Fig .4 Deform ation o f steel suppor ts w ith w ood
lag ging s in haulage r oadw ay Fig .5 State o f the ro adw ay with bolting and gro uting support after mining
采用锚注支护的试验段巷道,无论是现场直观还是实测结果,都证明了外锚内注式锚杆支护取得了良好的支护效果.试验巷道经受上覆工作面跨采影响后,巷道维护完好(图5).巷道围岩变形观测表明,外锚内注式试验段在工作面前方,巷道围岩的最大变形速度为1.25m m/d,为非锚注段的1/5.锚注段大巷围岩的累计变形量为50m m,约为非锚注段的1/4.旗山矿-585大巷锚注试验段支护材料费用只有300～500元/m ,是常规支护费用的1/2～1/3.
实践证明,该技术具有成本低、效果可靠等特点,试验巷道经受了上部综采面跨采采动影响,维护状况良好,获得成功,取得显著的社会及经济效益,为旗山矿及国内软岩与动压巷道支护找到了一种新的途径.
4 结 语
本文研究的新型外锚内注式锚杆及其加固围岩技术试验成功后,已在淮南、平顶山等矿区推广应用.实践证明,可靠、简便、节约的技术总是受到现场的欢迎.感谢东北大学王泳嘉教授和徐州矿务局旗山矿鲁庆明高级工程师对本文研究给予的帮助.
35第1期 杨新安等:软岩巷道锚注支护理论与技术的研究
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参考文献
1 杨新安.软岩巷道锚注支护机理与技术的研究:[学位论文].徐州:中国矿业大学,1995
2 杨新安,陆士良.中国煤矿的锚杆支护.中国煤炭,1995(3):5
3 Hur t K.N ew dev elo pment in ro ckbo lting.Colliery Guar dian,1994(7):10
4 陈炎光,陆士良.中国煤矿巷道围岩控制.徐州:中国矿业大学出版社,1994
5 樱井春辅.Dev elo pment o f a new tunnelling metho d t o fill the g ap betw een shield tunnelling method and r ockbolt and shot cr ete met ho d.土与基础,1993(5):27
作 者 简 介
杨新安,男,32岁,副教授.1995年于中国矿业大学博士研究生毕业,获博士学位.现从事岩土工程加固理论与技术的研究和教学工作.已发表巷道支护与工程水害防治方面的研究论文15篇.上海市真南路上海铁道大学土木系,邮政编码: 200333.
陆士良,男,66岁,教授,博士生导师.1954年于东北大学采矿系毕业.任国家教委科技委地质冶金矿业学科组成员.著有《中国煤矿巷道围岩控制》等书,曾发表有关巷道地压、巷道布置和软岩支护方面的论文60余篇.江苏省徐州市中国矿业大学采矿系,邮政编码:221008.
MECHANISM AND TECHNIQUE OF ROOF-BOLTING
AND GROUTING IN WEAK ROCK TUNNELS
Yang Xinan
(S hangh ai Railw ay Unive rsity)
Lu Shiliang
(China Univ ersity of M ining and T echnology)
Abstract A new concept and technique w as developed to reinfo rce ro adw ay in soft rock by com bin-ing ex ternal r oof bo lting w ith internal g routing.T his technique w as successfully applied to a ro adw ay in so ft rock under dy namic pressure caused by m ining in Qishan M ine.The FLAC pro gram,w hich is cur-rently universally employ ed in ro ck analy sis in the w orld,w as introduced to investigate its mechanism. It is of important significance to theory and technique of rock-bolting o f roadw ay in soft r ock in China.
Keywords r oadw ay in so ft rock,roo f-bolting and gr outing,ro of bolting,anchor ag e fo rce,suppo rt density
神华宁煤集团清水营煤矿 主要巷道支护技术研究方案 神华宁煤集团 山东科技大学 二○○九年六月
1 工程的必要性1 1.1 现状分析1 1.2 国内外同类技术发展状况4 1.3 研究目的及意义5 2 研究开发内容6 3 主要经济技术指标、工程最终目标7 4 关键技术及创新点7 5 研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤7 5.1 课题的总体研究思路7 5.2 研究方法8 5.3 技术路线8 5.4 实施方式<具体方案）9 5.5 矿压观测18 6 技术、经济可行性及可靠性分析、论证19 7 现有基础、技术条件，保证体系20 7.1 实用矿山压力理论已经取得了系统的突破性成果20 7.2 岩石破坏与失稳理论20 7.3 深部巷道支护取得一些创新性研究成果21 7.4 实践基础22 8 经济、社会效益分析24 9 工程实施进度计划24 10 经费计划25
QSYK-1 神华宁煤集团清水营煤矿 主要巷道支护技术研究方案 1工程的必要性 1.1现状分析 1.1.1矿井地质情况 矿区钻孔揭露地层自下而上有三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系，含煤地层为侏罗系中统延安组，钻孔揭露厚度245.01~304.86m,平均276.50m，岩性由灰、灰白色长石石英砂岩、深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、煤和少量含铝质泥岩组成。主要可采煤层顶板均为易冒落、不稳定—中等冒落、中等稳定岩层，底板为不稳定岩层。 矿井地层中含水层属弱～中等富水性，分别为第四系孔隙潜水含水层<Ⅰ）、白垩系砾岩裂隙孔隙层间承压含水层<Ⅱ）、侏罗系上统安定组～中统直罗组裂隙孔隙含水层<Ⅲ）、二～八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅳ）、八～十八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅴ）、十八煤以下至底部分界线砂岩含水层组<Ⅵ），隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主，主要有四层，分别为安定～直罗组裂隙孔隙含水层顶板隔水层、二～八煤含水层顶板隔水层、八煤及其顶底板泥岩隔水层、十八煤及其顶底板泥岩隔水层。 1.1.2主要巷道设计布置层位 <1）主斜井、副斜井由六煤-五煤露头对应地面位置开口，由四上- 三煤间进入煤系地层，穿过三煤后进入二煤底板。主斜井坡度为22°～24°～25°，副斜井坡度为22°～25°，所处层位为四上- 二煤之间的砂岩层。该层位由灰、灰白、深灰色不同粒级的砂岩组成，属二煤- 八煤间砂岩含水层 预应力全长锚注支护技术实践 摘要：巷道地质采矿条件整体层位位于11-2煤层及8煤层之间；巷道底板标高为-969.7m～-911.5m，埋藏深度大，地层压力大。实施了三维地震及地面勘探工程，巷道附近地面钻探孔均揭露11-2及8煤层。根据周边巷道揭露地质资料，结合地面钻探及三维地震勘探资料，巷道掘进范围内无大中型断层，无落差大于 3m断层，但小断层和构造裂隙发育，DF22正断层、FN1-6正断层对掘进会有一定影响。因区域200m范围内采掘活动较少，揭露隐伏断层的可能性较大。鉴于此，文章对煤矿预应力全长锚注支护技术进行了实践研究，以供参考。 关键词：巷道支护技术；预应力；全长锚注。 1 巷道支护技术难点及对策 1.1 巷道支护难点分析 1）炮掘易造成顶板松动、冒落，导致锚杆锚索外锚端受力状况差巷道施工段岩性为细砂岩、砂质泥岩、泥岩等，其中以砂质泥岩为主，掘进过程中，由于施炮震动，易造成刚揭露顶板松动、离层、冒落，造成巷道表面凹凸不平，锚杆锚索外锚端受力状况差。 2）巷道顶板砂质泥岩遇水易引起膨胀变形，不利于围岩控制 巷道顶板为细砂岩和砂质泥岩，砂岩含水，因此当顶板有裂隙、构造或锚索孔通达砂岩层时，顶板淋水，不仅影响锚索的内锚效果，而且还会造成直接顶砂质泥岩膨胀和强度弱化，不利于围岩控制。 3）巷道埋藏深、地层压力大 巷道底板标高为-969.7m～-911.5m，埋藏深度大，地层压力大，深井巷道特征突出。 4）巷道为开拓系统巷道，服务时间长 巷道为系统巷道，服务时间长达20年，因此对巷道围岩的稳定性要求高。 1.2巷道支护技术对策 1）提高巷道的初始支护强度 有效的支护强度是保证深井巷道围岩稳定的前提条件。巷道开挖后，围岩表面应力出现卸载，并向围岩内部逐渐增大至原岩应力状态。巷道围岩的破坏是从巷道围岩表面开始的，当支护强度不能有效地平衡围岩某个深度的围岩应力时，围岩的破坏就会向围岩内部不断扩展和发展。对于深井高应力巷道，应该提供较高的支护强度，使其与高围岩应力相抗衡，阻止或减缓巷道围岩的破坏与发展。 2）采用预应力全锚注支护技术 对于深井高应力巷道，可锚性差是造成锚固力低和失效的重要原因。树脂端部锚杆和锚索虽然施工简单快捷，同时可以快速施加较大的预紧力，然而其锚固方式为端部锚固，锚固的有效性更大程度上依赖于锚杆锚索两端岩体的稳定性。一旦锚杆锚索两端松动破坏，必然导致锚杆锚索失效。预应力全锚注技术是锚杆（索）支护与注浆加固的有机结合，它是以树脂端部锚固锚杆、锚索为基础，通过高压注浆形成全长锚固方式的一种支护围岩的方法。 3）提高锚杆锚索的外锚强度和刚度 以锚杆锚索为基本支护的预应力全锚注支护是一个支护结构系统，这个系统中任何一处发生问题或存在薄弱环节，都会导致系统破坏，造成预应力全锚注支护效果降低或失败。对于服务时间较长的系统巷道，在提高锚杆锚索设计支护强度的同时，必须保证锚杆或锚索的外锚结构具有与之相匹配的支护性能。锚索外 煤矿巷道支护技术获重大突破锚注支护成果获国家科技进步二等奖 在2月28日召开的国家科学技术奖励大会上，淮北矿业集团等四家单位合作完成的“高应力极软岩工程锚注支护机理及技术研究与应用”成果，荣获国家科学技术进步二等奖。 由淮北矿业集团、山东科技大学、淮南矿业集团、中国矿业大学合作完成的这项成果，标志着我国在煤矿巷道支护技术领域方面取得重大突破。 近年来，随着我国煤矿开采范围和开采深度逐渐加大，矿井开采深度在600米以上的高应力极软岩巷道分布越来越广泛。在应用传统的锚杆、U型钢等支护方式时，围岩和支护数月就遭到破坏，严重影响矿井的安全与生产。 淮北矿业集团是一个拥有10多座矿井、年产原煤2000万吨的国有特大型煤炭企业，大部分矿井的煤炭属于三软煤层，给巷道支护增加了很大难度。从上个世纪90年代开始，淮北矿业集团就组织科研人员对高应力极软岩巷道技术难题进行攻关，率先在临涣煤矿、祁南煤矿等矿井进行锚注支护的工业性研究与应用，并与山东科技大学、淮南矿业集团、中国矿业大学携手合作，开始进行 高应力极软岩工程锚注支护机理及技术研究与应用。 据有关专家介绍，锚注支护是利用锚杆兼做注浆管实现外锚内注的支护方式。经过长达10年的研究、实验、应用，科研人员先后攻克了锚注一体化、锚封一体化、可控压注浆、浆液扩散规律及控制、锚注岩体物理力学性质测试、锚注岩体声波测试等技术难关。其中，在国内外首次研制成功的外锚内注式注浆锚杆、可控压内注浆锚杆，分别获得了国家专利。 该项技术成果先后在全国15个矿区大规模推广应用，锚注支护巷道累计长度为17.5万米，节约资金高达4.9亿元。2001年11月，安徽皖北煤电集团祁东煤矿发生突水淹井事故，排水历时4个月，U型钢支护、锚喷支护等支护方式的巷道均遭破坏，只有锚注支护的680米主大巷完好无损。 据淮北矿业集团副总工程师李明远介绍，目前，我国煤矿井下有高应力极软岩巷道几百万米，水利、矿冶、交通、土建等行业的松岩体高边坡工程治理，深基坑和高坝体的加固，软围岩的大型硐室和隧道支护，都可以应用锚注支护新技术。 浅谈煤矿软岩巷道支护技术 随着煤矿开采技术的成熟，开采深度的不断深化、开采规模的扩大，巷道损坏程度逐渐的扩大。软岩巷道支护一直是巷道工程的一个疑难点。软岩巷道的支护与使用维护优劣程度，直接影响到煤矿安全高效生产。文章通过对软岩巷道的概念、支护原理、支护原则、支护类型、支护对策等方面进行论述。 标签：软岩巷道；支护；原理；原则 1 软岩的基本概念 软岩是在特定的环境下，塑性变形明显的岩体。这种岩体多是泥岩、粉岩等。软岩的特点可以用软、弱、松、散概括。在煤矿巷道支护施工中，巷道围岩就是需要施工的岩体；工程力是指岩体上的重力、应力、水作用力、膨胀应力等。软岩通常分：低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩四类。 1.1 低强度高膨胀性软岩，围岩质地破碎、强度偏低、遇水变形，对施工中的震动耐受力差。巷道围岩变形迅速，给支护带来很大困难。由于软岩中的泥质成分和结构面确定了软岩的特征，导致软岩产生塑性变形。软岩通常具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性、扰动性等特性。 1.2 我国煤矿开采深度逐年增加，使得一些矿井重力引起的垂直应力骤增，构造应力场错综复杂；在高应力条件下，扰动影响剧烈，围岩破坏程度加剧，涌现新裂纹致使煤岩体积扩大，扩容膨胀。 1.3 极破碎软岩巷道围岩内节理不同、裂隙等结构面，围岩支体破碎、稳定性差。巷道掘进工作中可能发生冒顶和片帮，给支护作业带来诸多不便。 1.4 复合型软岩指上述3种软岩类型各种组合。 2 软岩巷道支护原理与支护原则 2.1 支护原理 软岩巷道支护的重点在于发掘自承能力。支护原理：依据岩层特性，地压来源，运用科学设计方法，使支护体系和施工过程能够适应围岩变形的种种情况，从而达到控制围岩变形、维护巷道稳定的宗旨。 （1）改变思想，支护结构和强度和围岩自承能力相适应，与围岩变形及强度相结合，实践证明，单纯提高支护刚度的做法是难以达到预期效果；（2）适当卸压、加固与支护相结合的方法相辅相成，运筹帷幄，高应力区，需要卸力合理，对变形大的区域，要让度适量，支离破碎区域，进行整体加固；（3）对于围岩变形量测定，及时掌握围岩变形的活动状态，根据测定结果予以反馈，以确定二次 收稿日期:2009203224 作者简介:田春雨(1978-),男,黑龙江绥化人,工程师,从事采矿技术工作。 doi:10.3969/j .issn .1005-2798.2009.08.020 锚索及锚注支护技术在保护煤柱段巷道修复中的应用 田春雨 (七台河精煤集团龙湖煤矿,黑龙江七台河 154600) 摘 要:保护煤柱内巷道因处于应力集中带,巷道支护困难。文章介绍了锚索及锚注联合支护在龙湖煤矿应力集中带内修复巷道的成功应用,说明锚索及锚注联合支护适合于高应力及围岩破碎巷道的修复。关键词:锚索;锚注;应力集中带 中图分类号:T D353 文献标识码:B 文章编号:100522798(2009)0820049202 七煤集团龙湖煤矿,设计年生产能力180万t,井下主要运输系统为南、北运输大巷及中央主运输石门,其中南翼运输大巷机尾段位于中—下部车场及采区煤仓保护煤柱内,处在应力集中带。首次掘进时采用锚喷支护形式,其后因采动影响,巷道破坏改为U 形棚支护,但因应力显观异常明显,巷道顶、底板及两帮最大相对移近量超过500mm ,巷道严重失修,严重影响了矿井南翼的运输。因此,再次修复时,经过充分论证,采用锚索和锚注联合支护技术,经实践检验取得了较好的支护效果。 1 锚索及锚注支护作用机理 1.1 锚索支护机理 锚索安装在钻孔中,待内锚固段锚固后,给锚索施加预应力,外锚固端用锚具锁紧。在预应力作用下,改善了围岩的应力状态,提高了围岩的抗变形破坏能力,有效地控制了围岩有害变形的发展,保持被加固围岩及其结构的稳定性。1.2 锚注支护机理 1) 注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成为整体,从而大大提高了岩体自身的强度,有效地改变了岩体的力学物理性质,实现利用围岩本身作为支护结构的一部分,充分调动围岩的自承能力。 2) 利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙,配合锚喷支护,可以形成一个多层有效组合拱,从而扩大了支护结构的有效承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力。 3) 利用注浆锚杆注浆可以封闭水源,隔绝空气,防止围岩风化,防止围岩被水浸湿而降低围岩本身的强度,提高围岩的稳定性。 2 锚索及锚注支护方案 1) 巷道拱基线以上锚索间排距为2.1m × 2.1m ,矩形布置。材质为D 15.24mm 钢绞线,长10m ,每根锚索用4卷K2340型树脂锚固剂端头锚 固。锚索托板采用L 型槽钢加工,长度400mm ,中间加焊150mm ×150mm ×10mm 的钢板,中部孔直径为16.5mm ,使用锚具锁紧。 2) 注浆锚杆规格为D 2mm ×2000mm ,采用黑铁管制作,杆体上钻有6×D 6mm 注浆孔,注浆锚杆间排距700mm ×700mm ,全断面矩形布置。最下排注浆锚杆距巷道底板300mm ,与水平夹角30°,以控制底鼓。注浆锚杆要求外露长度不大于50mm ,钻孔直径为42mm 。 3) 注浆加固。水泥浆不仅起锚固锚索的作用,而且可渗透到破碎围岩结构内,更大范围加固围 岩。水泥浆用525# 水泥配制,局部加水玻璃,其用量为水泥重量的3%～5%,注浆压力控制在1.5MPa 。 3 巷道工程监测 1) 采用锚索及锚注支护修复后,巷道两帮最 大位移量为40mm ,远远少于其它支护形式巷道的围岩变形位移量。 2) 巷道受采动影响时,除局部出现混凝土喷层剥落外,巷道稳定性较好,经受住了动压的影响,不需再采用其它的加强支护措施。 4 结 语 1) 锚索及锚注支护技术不仅提高了岩体的 完整性和强度,而且使锚索的可靠性得到了保证,使锚索既可施加较大的预应力、及时承载,又实现了锚索的全长锚固,显著提高了锚索的支护加固作用,是一种有效、经济的围岩支护加固手段。 2) 对修复巷道采用锚索及锚注支护技术,将松散破碎的围岩胶结成整体,提高了岩体的强度,使 9 4实用技术 总第118期 关于软岩支护技术 前言 巷道支护是井工开采工程的核心，是一切安全生产和效益的基础，随着开采条件的日益恶化，采深的迅速增加，支护对井工开采的制约作用日趋明显，先进采矿方法能否实现，在很大程度上取决于巷道支护状况和有效断面能否得到保证。 第一节，深井巷道围岩强化支护技术体系及实践 一，深部高应力巷道：常规支护不能满足要求的一类巷道。 1，采用传统的架棚支护、锚杆支护都不能有效维护巷道。 2，以德国为代表采用U型钢可缩性支架、壁后充填、预留变形量架棚支护的方式，也不能有效维护巷道。 3，常常在掘进时就需要多次卧底、返修。 为此：出路在于发展新型锚杆类支护综合治理比较乐观，目前遇到的大部分问题可以得到解决或改善。 如：德国向我国输入U型钢可缩性支架、壁后充填技术，在德国使用范围400-600米深，可是在我国达到400米深度就解决不了我国的问题。 二，深部支护问题： 1，相当一部分埋深达到800-1000米的深井巷道支护难度不大，可以采用常规的支护技术解决，因此深井巷道支护并不都属于复杂困难支护巷道，我们关心的焦点是深部难支护巷道称为深部 支护问题。 2，它通常是指主要由于巷道埋藏深度导致的围岩较高的水平应力，使相对软弱的岩体发生大范围破坏，并产生大变型的一类工程支护问题。 三，复杂困难条件： 1，由于地层运动和成岩过程产生的强构造应力集中区，水平应力通常较大；这类构造区域内巷道变形有自身规律，其中顶板支护的安全可靠性要求较高。 2，膨胀性岩体、泥质岩体遇水泥化等条件，由于物理化学原因导致的岩体力学承载性能的衰减、岩体的变形等。 3，由于开采造成的次生应力集中区产生的巷道支护问题。 四，深井软岩成为支护重点： 1，深部高应力巷道的两个显著特点： （1），原始应力水平相对围岩强度高。 （2），采动附加应力更趋强烈、围岩破碎区范围进一步加大，不易形成结构效应。 2，时间效应强烈、变形速度快，不易长期维护： （1），第一类，围岩软弱型、即软岩巷道； （2），第二类，采动影响型、即动压巷道； （3），第三类，深井高应力型、即深井巷道； 五，巷道大变形、难以支护原因： 1，围岩松软破碎：单轴抗压强度﹤10-20MPa； 软岩巷道支护技术发展现状分析 耿志光 (河南工程学院安全工程系郑州451109) 摘要：随着我国新生代煤层的大力开发，软岩矿井的数量也在与日俱增。特殊条件下的巷道施工与维护问题已变得日益突出，并成为影响和制约我国煤炭工业发展的重要因素之一。采用常规的支护方法，已不能满足安全生产的需要。研究有效而经济的软岩支护方法, 是当前生产中急需解决的问题。为此查阅了大量相关科技期刊，对多个典型软岩矿井的支护技术进行分析，总结了我国软岩支护的发展现状。这对提高我国软岩支护的技术水平，提高经济效益，都有着十分重要的意义。 关键词：软岩；支护技术；发展现状 1引言 由于深部岩体处于复杂的工程地质环境，使深部岩体表现出的力学特性与浅部开采时往往具有很大的差异，并且，随着开采深度的增加，伴随着硬岩矿井向软岩矿井的转型。在浅部开采基础上发展起来的传统支护理论、设计方法及技术已难以适应深部巷道支护的要求，尤其是深部软岩巷道支护设计及实际的需要[1]。 随着其开采深度不断增加, 受高应力的影响, 软岩问题愈趋严重, 深部围岩处于软岩状态, 施工条件趋于复杂化, 巷道及硐室支护的难度和破坏程度不断增加[２]。底臌是煤矿巷道中经常发生的动力现象, 巷道底臌使断面缩小, 阻碍运输、通风和人员行走, 因底臌而造成巷道报废的现象时有发生, 严重影响生产和威胁安全[3]。软岩巷道支护问题日益突出。研究高效而经济的软岩巷道支护方法,是目前矿井生产急需解决的问题。 2软岩巷道的特征 2.1软岩的概念 软岩是我国煤炭系统的习惯用语, 它的概念已不是狭义的字面上的含义。目前人们普遍认可的软岩的概念包括松散型软岩、破碎型软岩、流变型软岩、膨胀型软岩及高地应力型也称硬岩软化型软岩等五种特点岩石。 2.2软岩的基本特征 1)软岩松散破碎, 结构疏松, 容重低, 孔隙率较高, 强度小, 稳定性差。一般软岩多为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成, 单向抗压强度小于200 Mpa。 2)软岩易吸水崩解, 膨胀性强。软岩膨胀的概念有两个一、专指那些含有膨胀性矿物如高岭石、蒙脱石等的软岩所产生的膨胀变形。二、指软岩岩体向巷道空间的位移变形。 3)软岩巷道自稳性差, 围岩压力大, 来压快, 自稳时间短。多数围岩自稳时间仅几十分钟到几小时。 4）软岩巷道变形量大, 变形持续时间长, 具有流变性能。软岩静压巷道中总变形量超过400-500mm者甚多。变形时 间一般都在1-3个月以上, 甚至半年后仍继续增长。 5）软岩巷道变形速度快, 变形范围广, 底腻明显。 2.3软岩巷道的特征 1）围岩的自稳时间短、来压快所谓的自稳时间, 就是在没有支护的情况下, 围岩从暴露起到开始失稳而冒落的时间。软岩巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时, 巷道来压快, 煤矿软岩巷道支护技术 摘要：煤矿软岩巷道工程支护，尤其是深部高应力软岩巷道支护，一直是矿业工程难点问题之一。随着矿井开采规模的增大和开采深度的不断加大，软岩巷道的支护与维护问题显得越来越突出，软岩问题愈趋严重，直接影响煤矿安全高效生产。本文分析了软岩的概念及分类，提出了软岩巷道支护对策与主要支护形式，并指出了以后软岩巷道支护新的发展趋势。 关键字：软岩巷道；高应力；支护对策 1 引言 由于煤层赋存条件的复杂、多变，煤层开采条件的不可选择性，多数矿井的生产和建设都将面临不同程度、不同数量的软岩巷道开掘及维护难题。特别是服务年限较长的准备巷道、开拓巷道施工、维护，需解决一系列软岩巷道问题，比如巷道自稳时间短、变形大、难维护、返修率高等。加之多数软岩巷道断面较大，巷道变形破坏的影响因素复杂[1]，在支护设计中，要考虑多方面的影响因素。软岩巷道的变形主要体现在顶板下沉量较大，两帮收缩、偏帮、底鼓严重。巷道的变形严重影响到运输、通风、行人的问题，因此寻找合理的支护方式已经迫在眉睫。 2 软岩的概念及分类 工程软岩是指在工程力的作用下，能够产生显著塑性变形的工程岩体[2]。在煤矿巷道支护工程中，巷道围岩就是所研究的工程岩体；工程力则是指作用在工程岩体上的力的总和，它包括重力、构造残余应力、水的作用力、工程扰动及膨胀应力等。该定义揭示了软岩的相对性，实质即工程力与岩体的相互关系。当工程力一定时，不同岩体可能表现为硬岩特性，也可能表现为软岩的特性。而对于同一种岩石，在较低工程力的作用下可表现为硬岩的变形特性，在较高的工程力作用下可能表现为软岩的大变形特性。按其上述特性，大体上可分为4大类：低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩。 1)低强度高膨胀性软岩巷道，围岩不仅松软、强度低，而目_遇水软化、膨胀，对风、水、扰动十分敏感。巷道围岩变形速度快、变形量大、持续时间长，给支护带来极大困难。软岩之所以能产生显著的塑性变形，主要是因为软岩中的泥质成分和结构面控制了软岩的工程力学特性。软岩一般具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性以及工程扰动性等工程力学特性。 2)我国煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加，开采深度超过1000m的煤矿已有数十处，部分矿井重力引起的垂直应力明显增大，构造应力场复杂，地应力高；在高地应力作用下，开采扰动影响强烈，围岩破坏严重，煤岩体的扩容现象突出，表现为大偏应力下的煤岩体内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致煤岩体积增大，扩容膨胀。 软岩巷道掘进支护技术分析 发表时间：2013-09-16T14:47:26.233Z 来源：《中国科技教育·理论版》2013年第5期供稿作者：贺海军[导读] 巷道开挖工程中会破坏岩体的原岩应力，工程围岩中的应力分布会出现一定的变化。 贺海军汾西矿业紫金煤业公司 031304 摘要基于我国煤矿资源分布的较为广泛，由于各储藏位置的地质结构的差异导致巷道围岩的地质环境也变得更为复杂化，其中涉及软岩巷道掘进支护施工工程占有较大的比例。因而对于软岩巷道掘进支护技术的探讨与研究具有重要的价值作用。本文将对软岩的地质特点以及影响软岩巷道稳定性的因素进行系统的分析，再进一步探讨软岩巷道掘进支护技术。关键词软岩巷道支护巷道掘进 随着国内煤矿开采步伐的不断深入，部分硬岩在开采应力的作用下开始软化，同时一些软岩区域的煤储层也成为的开发的重点，因而对于软岩巷道支护的研究已经成为了煤矿产业可持续发展规划的重点内容，此外，基于软岩本身的地质特点，软岩巷道掘进效率较低且容易出现变形，或受到其他地质环境的影响而遭到破坏，因而严重制约着煤矿产业的经济效益。 一、软岩地质特点以及工程力学特性 一般来说，地质软岩指的是单轴抗压强度小于25Mpa，具有松散、破碎、风化等一系列特征，该定义并非适用于工程实践中，它是在一定的施工环境下才能够成立的，如对于部分浅开挖巷道来说，即便抗压强度较低，但是地应力的水平也较低，因而“地质软岩”并非会呈现出软岩的特性。工程软岩指的是在一定量的工程力的作用下，产生较大塑性变形的工程岩体，在煤矿巷道掘进中，工程围岩是巷道施工中研究的重点，工程岩体往往承受着重力、构造残余应力、水的作用力、工程扰动及膨胀应力等工程力共同的作用，在工程力学的影响下，软岩的地质特征会得到充分的体现，在部分煤矿巷道开挖的场地中，如果选择的支护方式不够科学完善，就会出现坍塌、变形。由于软岩承受工程力的能力较差，因而在设计支护方式时，存在着一定的难度。 二、软岩巷道的支护原理以及支护措施 巷道开挖工程中会破坏岩体的原岩应力，工程围岩中的应力分布会出现一定的变化。巷道开挖工程的不断进行，切向应力力增大而径向应力不断缩小，到达硐壁处时应力达到极限，在两种应力的共同作用下，由于围岩本身的地质特性，其会向巷道的空区发生变形，同时可能会存在一定裂纹，进而对巷道形成一定的破坏能力，而继续掘进，工程围岩的性质将会变得更为恶劣。在围岩应力的基础上，切向应力在硐壁处对达到最大值，进而造成这个区域的岩石迫力屈服发生塑性变形。对于硬岩巷道的支护工程来说，因其强度较高，在巷道掘进中需要控制塑性区与松动去的出现，促使围岩处于弹性状态，进而具有抵御工程应力的极限水平。但是对于软岩掘进工程来说，其要求工程围岩中的岩体达到塑性状态，且需要达到最大的塑性变形。塑性区的出现使应力集中区从硐壁向围岩深部发展,当应力强度超过围岩的屈服强度时,又会出现新的塑性区,如此不断发展。该变化对支护来讲将产生以下两个力学效应:围岩中切向应力和径向应力降低,减小了作用于支护体上的荷载。这种变化能够在巷道支护体上出现两种力学效应：1）工程围岩上应力的减小会有效的减弱支护体的荷载力；2）围岩深部是应力集中的主要方向。由于深部岩石承受着三种不同的应力，因而能够减弱岩体受到工程力的总和。通过对图1与图2的分析可知，在软岩的稳定塑性变形区域内，尽可能以变形的方式释放围岩所积蓄的应力荷载，可以游戏哦啊的保证支护体的稳定，也有利于软岩巷道工程的开展与深入。 图1巷道开挖后围岩中应力分布的曲线 1—未出现塑性区时，切向应力与径向应力的分布曲线，可见，二者平衡；2—塑性区域为半径为R2的圆形区域内的应力分布；3—塑性区域为半径为R3的圆形区域内的应力分布 中国矿业第21卷 口孜东煤矿地面标高+27m ，一水平标高-967m ，属于真正意义上的千米深井。施工中发现，井底车场的主要巷道、硐室均处在节理裂隙极为发育的泥岩、砂质泥岩和粉砂岩中,巷道支护异常困难，采用“锚网喷+锚索支护”仍不能有效控制围岩变形。为此,在口孜东煤矿利用锚注支护技术成功修复软岩巷道的基础上,对现有巷道和新掘软岩巷道提出了“锚网索喷+U 型棚+锚注”支护技术方案,有效控制了巷道围岩的剧烈变形,取得了良好的技术经济效果。 1工程概况 北翼回风石门（一）以7°方位角5‰坡度向前施工，拨门处标高-967m,巷道穿过泥岩、页岩、沙质泥岩等软岩层,设计断面为直墙半圆拱形,净宽5.8m,高4.8m,平均掘进断面20.4m 2。围岩由低强度、高膨胀、易崩解的泥岩和砂质泥岩互层组成,,属深井高应力节理化复合型软岩。 2卸压锚注的力学机制及其基本原理 软岩巷道因具有高应力、节理化、高膨胀等工程特征,巷道矿压显现为大地压、大变形,故难以支护。因此,软岩支护巷道必须允许软岩进入塑性状态,必须将其巨大的塑性能(膨胀变形能等)释放出来。塑性区的出现,改变了围岩的应力状态,围岩中切向应力和径向应力降低,减小了作用于支护体上的荷载;应力集中区向深层转移,减小了应力集中的破坏作用。应力集中区从岩壁向纵深转移,当应力集中的强度超过围岩屈服强度时,又出现新的塑性区。如此逐层推进,使塑性区不断向纵深发展。围岩卸压后,适时进行二次加强支护,才能以较小的支护投入取得理想的支护效果。为达到上述目的,选择最佳的一次支护形式最为关键。对一次支护的要求是:一次支护能使围岩在变形中卸压释放能量；围岩在变形中对支架的载荷可以控制,使围岩作用载荷始终小于支架工作阻力,不使支架失稳；不因围岩的无控变形而使围岩丧失强度而垮落，同时不因围岩过量的变形失稳加大二次支护的支护强度刚度。一次支护只有达到上述要求，才能使二次支护经济、合理、安 深井软岩巷道卸压锚注支护技术实践 倪龙鑫,李帅,李淞奎 （国投新集能源股份有限公司口孜东矿，安徽阜阳236153） 摘要:口孜东煤矿井巷属深井软岩巷道,为进一步探索有效支护形式,根据具体情况，利用卸压锚注支护技 术原理,对新掘软岩巷道提出了“锚网索喷+U 型棚+锚注”支护技术,优化了复杂变形机制下软岩巷道锚注控制方案,有效控制了巷道围岩的剧烈变形,取得了良好的技术经济效果。 关键词：深井软岩巷道；锚网索喷；U 型棚；锚注；复合支护中图分类号：TD353 文献标志码：B 文章编号：1004-4051（2012）zk-0394-02 Technology practice of relief bolting support in deep soft rock roadway NI Long-xin,LI Shuai,LI Song-kui (Kouzidong Mine,SDIC Xinji Energy Company Ltd.,Fuyang 236153,China) Abstract:Kouzidong Mine belongs to soft rock roadway.In order to further explore the effective support form,the technical principles of the relief of bolting is used and the supporting technology of "Anchor network cable spray +U-shaped arch +Anchor"is put forward for the new soft rock roadway depending on the circumstances.The bolt-grouting control scheme of soft rock roadway under complex deformation mechanism is optimized.The severe deformation of the surrounding rock is controlled effectively.Better technical and economic effects are acquired. Key words :deep soft rock roadway ；anchor network cable spray ；U-shaped arch ；anchor ；compound support 收稿日期：2012-04-14 作者简介：倪龙鑫（1986—），男，安徽淮南人，采矿助理工程师，2009年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现为口孜东矿综掘二队技术员。 第21卷增刊2012年8月 中国矿业CHINA MINING MAGAZINE Vol.21,zk August 2012 内部编号：AN-QP-HT340 版本/ 修改状态：01 / 00 When Carrying Out Various Production T asks, We Should Constantly Improve Product Quality, Ensure Safe Production, Conduct Economic Accounting At The Same Time, And Win More Business Opportunities By Reducing Product Cost, So As T o Realize The Overall Management Of Safe Production. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 煤矿巷道支护技术获重大突破锚注支护成果获国家科技进步二等奖通用范 本 煤矿巷道支护技术获重大突破锚注支护成果获国家科技进步二等奖通用范本 使用指引：本安全管理文件可用于贯彻执行各项生产任务时，不断提高产品质量，保证安全生产，同时进行经济核算，通过降低产品成本来赢得更多商业机会，最终实现对安全生产工作全面管理。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 在2月28日召开的国家科学技术奖励大会上，淮北矿业集团等四家单位合作完成的“高应力极软岩工程锚注支护机理及技术研究与应用”成果，荣获国家科学技术进步二等奖。 由淮北矿业集团、山东科技大学、淮南矿业集团、中国矿业大学合作完成的这项成果，标志着我国在煤矿巷道支护技术领域方面取得重大突破。 近年来，随着我国煤矿开采范围和开采深度逐渐加大，矿井开采深度在600米以上的高应力极软岩巷道分布越来越广泛。在应用传统 煤矿软岩巷道支护技术 发表时间：2018-02-26T10:42:14.743Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：张晓赟 [导读] 摘要：一般而言，在煤矿巷道形成后，岩层受力均衡状况被打破，特别是岩层的应力会重组从而达到新的平衡，但一旦切向力作用过大，而反作用力不断减小，则会导致岩壁受力处于极端状态，而这种受力不均衡的情况也会逐步朝着巷道周围进行蔓延，最后导致岩壁异常拓展及变形，受力条件也在不断恶化。 太原理工大学山西太原 030000 摘要：一般而言，在煤矿巷道形成后，岩层受力均衡状况被打破，特别是岩层的应力会重组从而达到新的平衡，但一旦切向力作用过大，而反作用力不断减小，则会导致岩壁受力处于极端状态，而这种受力不均衡的情况也会逐步朝着巷道周围进行蔓延，最后导致岩壁异常拓展及变形，受力条件也在不断恶化。要避免严重事故发生，则需对巷道岩层进行支护，特别是一些质地较软的岩层，更需要采用科学的支护方案。要让软岩巷道支护保持能达到预期效果，则需采用科学有效的支护技术与方法。就此将从煤矿软岩巷道支护技术应用方面入手，进行具体分析与探讨。 关键词：煤矿软岩；巷道；支护技术 引言 煤矿是十分重要的能源，煤矿消耗量巨大，而煤炭的储量却在逐年下降，煤矿层的深度也越来越大。煤矿井下作业环境恶劣，如果地质条件比较差，则会造成煤矿井下作业危险度增加，需要结合实际情况选用巷道施工支护技术。基于此，对煤矿井下软岩巷道施工支护技术进行深入研究意义重大。 1 巷道支护理论概述 煤矿巷道支护理论是煤矿支护理论的一个基础性内容，从古至今，人们始终没有停止过对能源的开采和应用，而煤矿巷道支护技术也已经有了十几种理论形式，其中较为常见的就是悬吊理论、加固理论、最大水平应力理论等，其中悬吊理论主要就是应用于软围岩巷道顶板锚杆技术，在实际的煤矿开采中，虽然这种巷道技术较为少见，应用也不多，但是这种悬吊理论却能够更加直观地为煤矿开采给予帮助。而加固理论则从宏观的角度分析了煤矿巷道的内部结构，加固理论也具有自身的特点和结构特征，一般情况下都是在被纵横交错的弱面切割的岩层中安装锚杆，这样可以提升煤矿内部巷道的稳定性。除此之外，最为常见的就是澳大利亚锚杆支护技术，该种技术在某种程度上可以克服水平应力，避免巷道内部出现变形、破裂等问题。但是澳大利亚锚杆支护技术也有着一定的应用范围，通常情况下更适用于巷道平行于最大水平应用力，而其并不适用于垂直水平应用力。 2 软岩巷道支护特点 从科学的角度上来看，软岩巷道主要就是指容易风化、土质黏结性差、土质松软、稳定性差的岩石等，由于软岩石巷道硬度较差，很容易受到外界环境和因素的影响，所以在对这类煤矿进行巷道支护设计的时候应该格外注意。如果需要用数据来判断的话，通常就是松动圈厚度达到1.5m以上的被称之为软岩。从我国目前的地形上来看，软岩的分布并没有规律，很多地区都有软岩分布，通常情况下成岩土层较为深厚并且年代久远，其岩层无论强度大小都被称之为软岩。软岩的自身性质也将会决定巷道的实际特点。不同程度的软岩也应该有着具体的划分，并不是所有的软岩都符合同一情况的巷道设置。可见软岩巷道支护具有一定的要求和特点，只有站在正确的角度去分析和理解问题，才会更好地设置巷道内部的结构，为实现巷道支护体系的完善性奠定坚实的基础。 2 目前国内软岩巷道主要支护方法 2.1 全部刚性类 全部刚性类主要是指闭合钢架、完整预制模板、现场浇筑混凝土等方面的支护。当然，由于支护刚性增加，围岩受到的压力也会更多，所以即便是支护可靠性增强，岩层负载未曾减少，且支架改变与损坏问题未能解决。因此，这类支护并不能很好地协调围岩和支架的受力关系，且无法将刚性及强度配合巷道受到严重形变与压力的围岩进行配合，也会导致更多新问题产生，即如岩层断层增加、工作效率减少、资金投入过大等。 2.2 科学设计巷道位置 （1）在设计巷道前需要对矿井下水文地质情况、工程地质特点、应力场分布、岩层岩性等进行真实而完整的调查，以保障巷道设计的科学性。（2）在进行大巷道布设时，走向的选择应该尽可能地与应力的方向相平行。同时，还需要避免不同节理发育带、断层等情况。（3）在设计巷道的过程中应该尽量保持简单明了，避免空间的交错重叠。同时，矿井下峒室的施工过程需要按照巷道的实际情况来调整顺序。 2.3 U型钢伸缩类 按照软岩体积可变的特征进行设定支架，而这种支护主要是针对已出现体积形变的岩层或断层破裂位置的支撑。而且其优势在于具有较强的可变性，此外本身也具备更多的承受与支撑能力；从而保证支架受到的力与围岩应力完全相反，也就是说在特定情况中支架本身可进行伸缩，而对应的负荷量也会出现增大减小等调整，从而保证支护效果的有效改进。不过，在现实运用时，考虑到U型钢伸缩类支架的最大承重力往往无法体现。导致问题的主要因素是，巷道挖掘及支护技术都无法解决支架背面出现各类规格的空洞，从而导致支架附和围岩接触面十分不均匀。一旦围岩形变，支架由于综合负载的总体作用而出现崩塌形变，而且受力条件较差，往往会因为弯曲、扭转等形变情况而无法进行支撑；此外，由于对支护阻力有更加严苛的要求，对于钢制架的质量也要求越大，这也间接加大了钢材用量，提升支护资金投入。 2.4 综合类 综合支护就是不同的支护方式进行组合，如：锚喷组合注浆加固、U 型钢伸缩配合注浆等。无论哪种综合支护方式，都需按照软岩巷道围岩特征及具体情况进行挑选和运用，且需明确科学的支护方案及数据。此外，锚喷支护应作为优先选择，因为其具有更强的适用性与功能性，能满足一些复杂条件下的支护。此外软岩属于难以找到支点的岩体，因而支护存在难度性，而针对软岩巷道，综合类支护技术的运用需注意以下几方面的问题：a）尽量向外岩层给予抗拒力从而调整岩体的整体受力情况，避免出现碎裂、形变问题，也能保证围岩的稳固性，当然，在岩体内部入手，则需强化其强度，从而保证具有更强的负荷承受力；b）U 型钢伸缩类支架的泛用性较强，但考虑支护成本的问题，可局部采用；且设置支护后，无论在填补还是施工方面，最终效果往往会对支护情况造成一定作用；c）锚喷支护是目前较为先进 浅析软岩巷道支护原理与控制技术 发表时间：2018-08-27T13:40:07.373Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第10期作者：魏涛 [导读] 随着煤矿开采深度的不断增加，井下煤矿巷道将处于更高的地应力环境中，尤其在地质构造活动强烈的地区。 宁夏宝丰能源集团股份有限公司宁夏银川市 750000 摘要：随着矿井开采向深部延伸，原岩应力与构造应力不断升高，使得高应力软岩巷道围岩稳定性控制问题成为困扰煤矿安全生产的主要难题。通过阐述软岩的特性和软岩巷道支护技术，表述了软岩的多样性，在微观上存在差异性，因此构成的软岩巷道的复合型变形力学机制类型存在多样性。说明了软岩巷道支护技术原理和支护原则，并从非线性力学设计介绍新的支护方式。 关键词：软岩巷道；支护原理；支护技术 软岩巷道在我国分布广泛，随着煤矿开采深度的不断增加，井下煤矿巷道将处于更高的地应力环境中，尤其在地质构造活动强烈的地区，井下巷道支护及稳定性更加难以保证。软岩巷道围岩软弱，强度低，具有膨胀性埋深大，地应力水平高。采动荷载作用大变形、高地压、难支护变形时间长、量大、速度快，破坏程度高，传统支护失败。深部软岩巷道显现出显著的大变形、高地压、难支护特点。1、软岩巷道支护原理 我国软岩巷道支护理论早期有于学馥提出的“轴变论”理论，冯豫、陆家梁等在“新奥法”基础上提出的联合支护理论。在此基础上孙钧、郑雨天等提出的锚喷——弧板支护理论，后来中国矿业大学董方庭提出的松动圈理论和方祖烈提出的主次承载支护理论。 1.1 提高围岩自撑能力 围岩暴露后，要立即架设临时支架，临时支架要有较大变形能力和支撑能力，并作为永久支护一部分，与永久支护联为一体共同抵抗地压，当采用锚喷做临时支护时，最好选用可拉伸锚杆或柔性喷层，用一定手段把围岩残余强度与支护形成一体，提高围岩自撑能力和自稳时间。 1.2 永久支护应是封闭型结构，关键是控制底鼓 巷道开凿后，由于施工方法和工艺限制，一般往往不注重底拱封闭时间和施工质量，底板封闭又属隐蔽工程，造成质量低劣、间隔时间长，这正是软岩巷道支护上的薄弱环节，巷道受力后，多先在底板处失稳，然后向上扩展。当永久水沟形成时，由于排水影响更容易造成底板强烈变形和应力重新分布，最后导致巷道变形严重或破坏。因此施工过程中，底拱质量好坏是关键问题。 1.3 支架应有足够变形能力和足够承载能力 当原岩应力较大时，要完全阻止围岩变形和破坏，这就需要高强度、高抗力支架，但由于目前很多条件制约，大面积应用推广高强支架还有一定困难，因此，选用支架时要求支架要有较大变形能力来释放围岩应力，一般在一次支护后间隔一段后架设，让围岩充分变形和围岩自身压能释放后，进行二次支护，这种支护必须在支架允许变形范围内，使支架与围岩相互作用达到平衡，一般多用U型钢可缩型支架来完成。 1.4 严密充填 封闭与加固衬砌中，充填与充填材料亦相当重要，充填不仅使支架或碹体对围岩产生作用，亦能防止围岩松动与脱落，又使支架或碹体均匀受载，提高承载能力。巷道开凿后，围岩在裸露状态下，风化、水化作用使围岩强度大大降低，并失去稳定性，因此及时封闭加固围岩（初喷或复喷）是提高围岩强度和稳定性的必要手段。 2、软岩巷道控制原则 由于软岩工程具有变形速度快、持续时间长、导致变形量大的特征，所以软岩工程应采取科学的支护原则与与对策措施。要根据不同的压力类型选用不同的巷道支护方法，降低围岩应力和先放后让与边让边抗结合，消除“环境效应”对岩体强度的不利影响，根据围岩压力分布特点选择合理的断面形状，通过施工监测动态调整支护设计与参数。 2.1 整体性原则。使支护与围岩形成的复合体发挥协同作用，表现出较大的刚度和较强的抵抗变形能力。 2.2 结构性原则。就是从支护与围岩共同作用形成的复合结构中的应力状态出发，通过加强锚固或增加锚固深度，改善支护结构中关键部位的应力状态，保证支护结构整体应力状态的均衡。 2.3 全面性原则。就是在加强巷道顶帮支护的同时，加强巷道底角和底板围岩的支护，形成全断面支护结构。 2.4 有效性原则。保证形成的支护结构具有较大刚度和较强的承载能力，满足有效抵抗静动压作用巷道围岩碎涨变形和蠕变变形的要求。 2.5 时效性原则。考虑支护体的长时强度，避免支护体在静动压作用下进入屈服状态，导致支护结构不能满足长期稳定的需要。 3、软岩巷道围岩稳定控制技术 工程实践表明，对于软岩巷道，无论是新开巷道、还是实施了多次支护的翻修巷道，其破坏是一个渐进的力学过程，总是从某一个或几个部位开始发生变形、损伤，进而导致整个支护系统的失稳。在软岩巷道变形破坏过程中首先破坏的部位可称之为关键部位，关键部位的形成是软岩巷道发生塑性大变形的力学标志；关键部位产生的原因是软岩巷道发生大变形过程中，由于支护体与围岩变形不协调而引起的。 3.1 高性能锚喷支护技术。即采用高强度、高刚度和高预应力锚杆（索）配合金属网、钢带（钢筋梯）、喷射混凝土等组成复合锚喷支护结构。支护结构根据不同情况加以选择①对于不受动压影响的软岩巷道，可采用锚网喷加锚索或锚网喷加锚索加钢梁（或钢筋梯）耦合支护。②对于受采动影响或高应力区的软岩巷道，可采用锚网喷加锚索加U型钢联合支护或锚网喷加锚索加桁架联合支护。③对于大断面硐室，可采用锚网喷加锚索加钢筋混凝土砌碹或锚网喷加锚索加网壳耦合支护。 3.2 整体让抗压支护技术。预留变形量和二次支护技术，二次支护过早将难以抗拒围岩的初期剧烈变形，二次支护过晚，围岩自身承载能力又会急剧下降，即二次支护在时间和强度上与围岩变形特性不能协调，二次支护的作用下降甚至失效。 3.3 软弱围岩整体转化技术。对于膨胀性软岩（S型）以防水为主；高应力软岩（H型）以卸压为主。节理化软岩（J型）以注浆为预应力全长锚注支护技术实践
煤矿巷道支护技术获重大突破锚注支护成果获国家科技进步二等奖
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