深部高应力软岩巷道联合支护研究

煤矿软岩巷道支护技术

摘要:本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析,概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征,并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题,最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究,具体包括软岩巷道支付的技术关键分析,最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。

关键词:软岩巷道 联合支护 巷道变形

1 软岩的基本概念

1.1 软岩的基本概念

工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点,同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小,强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。

该定义的主题词是工程力、显著变形和工程岩体。工程岩体是软岩工程研究的主要对象,是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体,包含岩块、结构面及其空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等;显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用,显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、黏弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。此定义揭示了软岩的相对性实质,即取决于工程力与岩体强度的相互关系。当工程力一定时,不同岩体,强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性,强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性;对同种岩石,在较低工程力作用下,表现为硬岩的变形特性,在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。

1.2 软岩的工程特性

软岩有两个工程特性:软岩临界载荷和软化临界深度,它揭示了软岩的相对性实质。

(1)软化临界深度:与软化临界荷载相对应的存在着软化临界深度。一般来讲,软化临界深度也是一个客观量。当巷道的位置大于某一开采深度时,围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护的现象;但当巷道位置较浅,小于某一深度时,大变形、大地压的现象明显消失。这一临界深度被称为岩石软化临界深度。

第３６卷第４期　・１３８・　２　０　１　０年２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ０Ｉ＿３６　Ｎｏ．４　Ｆｅｂ．　２０１０　

文章编号：１００９　６８２５（２０１０）０４．０１３８—０２　

高应力软岩巷道成功实现一次支护的实践探索　

刘新文冯红耀　

摘要：通过数值模拟分析技术对高应力软岩巷道在不同支护环境下的伸缩变形进行了模拟分析，结合四种支护方式的　

实际测量数据，通过对比分析提出：对于高应力软岩巷道通过预留或是主动在支架和围岩间形成间隔，形成一次支护在　技术上是可行的，并且设计开发了针对秦源煤矿轨道石门的全断面锚网喷＋锚索十圆形钢梁联合支护的施工工艺。　

关键词：一次支护，联合支护，高应力软岩，施工工艺　

中图分类号：ＴＵ４６３　文献标识码：Ａ　

煤矿井巷没计施工中，经常遇到具有流变性和膨胀性的各种　

松软岩体。传统工艺基本都是采用硬岩巷道支护技术，针对一次　

支护出现的问题进行二次支护修复，面临着巷道经常出现前掘后　

垮、多次采动巷道围岩和反复维修巷道等维护困难问题，硬岩巷　

道支护一般不允许围岩进入塑性状态，而高应力软岩巷道的独特　之处就是其巨大的变形能必须以某种形式释放出来，允许围岩进　

入塑性状态。因而在一般硬岩巷道采用的锚喷网、砌碹等单一的　

支护技术手段，在高应力软岩巷道往往不能解决问题，巷道处于　

多次返修但仍很难维护的窘境。因此改变传统工艺的思路——　

增加或是改变软岩巷道开挖阶段的变形空间，释放围岩中存在的　

变形能是解决高应力环境下软岩巷道支护问题的关键。　

１　高应力软岩巷道支护设计的原则　

１）改善围岩力学性质，充分发挥围岩自稳能力，尽量避开高　

地应力区。２）加强锚网的强度和刚度，以增强围岩表面约束能　力，限制破碎区向纵深发展。３）适时进行二次支护且二次支护适　

当地控制锚网的强度，保证初期支护具有一定的柔性，在巷道不　

失稳的前提下，允许围岩有较大的变形，让其充分地释放能量。　

４）实现深部高应力软岩巷道厚壁支护。ａ．采用仝长锚固全螺纹　

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煤矿软岩巷道锚注支护技术研究

作者：宋继征

来源：《城市建设理论研究》2013年第33期

摘要：随着矿山开采的大规模进行和采深的加大，软岩巷道支护问题日益严重，如淮北、淮南、龙口枣庄等地区的矿区。如采用不适当的维护措施，巷道围岩变形愈加剧烈，最终将导致巷道破坏，探索合理的软岩巷道支护方式成为亟待解决的重大问题。近年来，铜川矿业公司下石节煤矿对软岩巷道、不良岩层巷道、软弱围岩巷道锚注支护问题进行了研究和工程实践。本文以下石节煤矿回风斜井为例，提出了以注浆锚杆为核心的锚注支护体系，以解决软弱破碎围岩巷道支护和维修难题。

关键词：软岩； 巷道支护； 锚注

Abstract: With the large scale mining and mining depth increased, the soft rock roadway growing

problem, such as Huaibei, Huainan, Longkou Zaozhuang mining and other areas. Improper

maintenance measures such as the use of roadway surrounding rock deformation increasingly violent,

will eventually lead to destruction of the roadway, exploring reasonable soft rock roadway way to

becoming a major problem to be solved. In recent years, Tongchuan Mining Company Xiashijie mine

soft rock roadway, poor roadway rock, soft rock roadway bolting issues of research and engineering

薹　臻寨　煤矿软岩巷道支护技术的研究及发展　谢拓　广西百色百矿集团有限公司　广西百色５３１４００　【摘要】本文主要对软岩的概念进行了简单的介绍，并指出了如今煤　矿软岩巷道支护中存在的问题，然后针对问题提出了一些改进的建议。具　体包括软岩巷道支护的最佳时间、软岩巷道支护的关键技术分析和针对软　岩巷道支护问题的对策等，为巷道工作人员提供参考。　【关键词】煤矿；巷道；支护；对策　煤矿的开采时间越长，矿井越深，矿井上部的压力越大，这时的巷　道极易因为压力过大而导致变形，尤其是在软岩地质的地方　这种情况　不仅增加了维修消耗，影响煤矿的正常开采，对于采矿工作人员的生命　安全也造成了很大的威胁。因此，必须加强巷道的支护工作，让煤矿开　采更加的安全顺利。　－　１，软岩的概念　１．１软岩的基本概念　软岩分为工程软岩与地质软岩两大类。其中，工程软岩指的是在工　程力的作用下能产生明显塑性形变的岩体，工程软岩取决于岩体强度与　工程力之间的相互关系。而地质软岩指的是孔隙度大、强度低、风化比　较严重或胶结程度差的松软岩层，其主要取决于岩层自身结构，与工程　里无关。　１．２软岩的特性　软岩具有两个工程特性，一是临界荷载，实验表明，当软岩荷载在　小于某一临界值时，岩层处于稳定变形状态，其蠕变曲线趋于某一定　值，不随时间的变化而变化。当荷载超过这一临界值后，岩层的塑性形　变会出现明显的加速现象，这一临界值的荷载成为临界荷载。荷载小　于临界荷载时岩层称为硬岩，荷载超过临界荷载后，岩层的塑性形变不　稳定，此时称为软岩。另外一个特性是软化临界深度，软化临界深度与　软化临界荷载时相对应的。当巷道深度小于某一深度时，岩层变形不明　显，不会出现大变形，但是当巷道位置超过这一深度后，岩层会有明显　的塑性形变，还会出现难以支护的情况，这一深度就是岩层的软化临界　深度。　２．软岩巷道变形破坏的原因及特点　随着煤矿的开采，巷道深度的不断增加，巷道围岩构造也越来越　复杂，如果围岩处于软岩层就容易造成巷道的不稳定，引起巷道四壁的　位移，并对巷道支护系统造成一定程度的破坏，严重的影响巷道的正常　使用。通过专业的科学的测量发现巷道破坏的原因以及特点有以下几　点。　２．１巷道建设初期变形速度快，持续时间长　实际证明，在巷道挖掘初期，巷道的变形比较大而且也比较快，而　一周后，巷道变形开始变慢，但变形仍然明显，一般～个月之后巷道才　趋于稳定。出现这种现象是因为软岩巷道长期处于深埋状态，挖掘之后　软岩的承压发生变化，巷道围岩受力重新分配而造成的。　２．２各位置的变形量不同　软岩巷道挖掘后其四壁会出现不同的位移现象，主要表现为地板　凸起，顶板下移，两壁内移。并且其变形量都各不相同，＿般底板与顶板　的变形量大于两壁。而巷道的不同结构变形情况也各不相同，其中最为　严重的部位是巷道的拱部，严重了甚至会出现墙体开裂等情况。　２．３锚杆受力存在时效性　由于巷道变形具有一定的时效性，因此锚杆受力也随之具有了一　定的时效性，并且随时间而呈规律性变化。因为建成初期锚杆的安装应　力较低，其承受能力也比较底，而巷道初期变形有比较严重导致锚杆变　形，严重了还会导致锚杆断裂。　３　软岩支护存在的问题　３．１巷道支护强度不足　在软岩巷道支护的设计时，技术人员对巷道变形部位没有深刻的　认识，设计巷道支护时对于巷道支护的强度设计不够。其中巷道下壁的　拱肩和巷道拱部变形尤为严重，经常出现凸起和墙体开裂等现象。　３．２锚杆预应力不足　预应力是利用锚杆支护的主要参数，它是判断锚杆支护状态的主　要依据。预应力的大小与锚杆的支护强度呈正比，预应力越高，锚杆支　护强度也就越大，岩层越稳定。预应力越低，锚杆支护强度变弱，主动　性也就越差，此时岩层的围岩强度就会降低，导致巷道出现明显的塑性　形变。因此，在锚杆的安装设计时，必须根据实际情况认真考虑预应力　的大小，充分发挥锚杆的作用。　３．３应力区支护强度不足　地应力与围岩的承受能力决定了软岩巷道的变形情况。地应力一　般情况下分为水平主应力和垂直主应力，如果在设计巷道支护时对于　地应力的估计不准确，就容易造成应力区的支护强度不够，引起想到的　大幅度变形，影响煤矿的正常开采。　３．４施工过程中的质量问题　在软岩施工阶段，施工人员如果没有按照规定进行爆破，就会造成　巷道的挖掘与设计不符，使得以设计好的巷道参数出现一定的误差。并　且因爆破不足也容易导致巷道成形效果达不到预期，还易造成围岩破　碎，影响巷道结构。在验收时，验收人员的草草收工，不按照正常的顺　序验收，也容易造成软岩巷道安全隐患的遗留。　４、软岩巷道支护技术　４．１软岩巷道支护的技术关键　根据软岩的力学特点，要使软岩巷道支护取得成功要把握好三个　技术关键：正确的确定软岩变形机制的复合型、将复合型有效的转化为　单一性和合理的运用复合型变性力学机制的转化技术。在支护设计时　不能只进行单一型的支护设计，要根据每个受力点的力学特性使用联合　支护方式，设计最适合复合型变形力学特点的支护方案，确保软岩巷道　支护的综合性能。　４．２最佳支护时间　在巷道的挖掘过程中，巷道围岩的受力分布也会随挖掘的进行而　重新分配，其切向应力将会集中在巷壁附近，迫使这一地区的岩层进入　塑性工作状态，形成塑性区。此时如果没有及时有效的进行支护处理，　塑性区就会发生较为严重的形变，从而形成松动破坏区。松动破坏区不　同于塑性区，松动破坏区并不具备任何的承载能力。塑性区分为稳定性　塑性区和非稳定性塑性区。其区别就在于塑性区是否出现了松动破坏。　未出现松动破坏的塑性区称为稳定塑性区，反之称为非稳定塑性区。在　高应力的软岩巷道中，要严格控制非塑性区的出现，允许稳定塑性区的　出现，因此要选择最佳的支护时间，保证塑性区的稳定性又要最大限度　的发挥塑性区的作用。　４．３软岩巷道支护技术改进　第一，提高支护强度，锚杆支护系统一般都具有一个刚度与强度的　临界值　如果低于这个临界值巷道就会开始发生不稳定的形变，使围岩　遭到破坏。第二，提高锚杆的预应力，锚杆的预应力越高，支护系统越　具备主动性，其支护强度也就越大，反之就会造成围岩强度降低，使得　巷道变形。因此只有提高锚杆的预应力才能最大程度的发挥锚杆支护　的作用。第三，扩大下扎脚，在支护设计时，可以加长锚杆底脚或者增大　下扎脚来防止巷道底部的凸起现象。第四，努力使支护材料之间的匹配　最优化，只有保证支护材料的参数与其部件力学性能想匹配，才能保证　支护系统的正常工作，起到支护系统的预期效果。　５　结语　自二十世纪六十年代以来，我国软岩巷道支护理论与技术都取得　了长足的发展，并取得了一系列的卓越成果。但是，由于各方面的综合原　因，我国软岩巷道支护在理论、设计以及设备上都具有一定的缺陷　如　软岩巷道支护技术不普及；地质资料不齐全；软岩的受力测试技术不足　（＞＞下转第１５６页）