矿软岩巷道支护现状及发展趋势

李国静

【摘 要】矿软岩巷道支护是由巷道环境所决定的，巷道变形乃至破坏的原因通过分析得出相应结论，为矿软岩巷道支护提供技术基础，面对不同原因引起巷道损坏，要有不同解决方案。

【关键词】工程软岩；地质软岩；软岩巷道支护

一、前言

矿软岩巷道是施工中较为危险，易产生巨大人员财产损失的情况，遇到矿软岩巷道我们要提前分析地质、做好开挖前的准备工作，对相应的地点做好具有针对性的支护，防止事故的发生，做到早发现、早预防，早治理。

二、软岩巷道变形原因分析

软岩包括工程软岩和地质软岩。其中，软岩是指在公路开挖过程中，由于施工扰动，风化，渗水等外力作用，粘结作用差，易风化，软化系数低，自稳定性差。一种特性差的岩体。在中国西部的矿山建设中，白垩纪志丹群，侏罗系安定组，直罗组和延安组跨越白垩纪，具有水力丰富，岩性弱，地址条件复杂等特点。其中，安定组含水软岩地层和延安组水砾岩地层是弱软岩巷道施工的技术难点。因此，以西部软弱煤层软岩巷道支护工程为研究对象，提高软岩巷道的支护强度，整体稳定性和自承能力具有重大的科学意义和工程实际意义。

（一）围岩矿物成分和结构

在西部地区的矿山建设过程中，经常遇到工程软岩，具有碎裂，高地应力，无力或极端弱点和膨胀等特点。建设和支持这些项目的难度是西部地区矿山建设面临的最大难题。对这种巷道机理的研究应根据围岩的力学性质，水对围岩的影响以及外力的影响进行。

在西部地区矿山建设中遇到的白垩纪和侏罗纪地层中，岩体中存在大量的蒙脱石，伊利石等亲水性矿物组分。另外，软岩大多为泥状或凝胶状结构，并且与水接触。高地应力效应会引起更大的膨胀变形和破坏膨胀变形，加重巷道围岩变形。

（二）水对围岩的弱化作用

工程软岩本身强度较低。在浸水作用下，围岩强度减弱，强度明显下降，进而扩大围岩松动区，导致围岩自承能力下降，并增加在应力集中的程度。引起巷道底部变形及其他侧向变形，引起巷道支护结构破坏和破坏。另外，水对围岩的弱化作用也体现在渗流水对裂隙岩体的影响将改变岩体应力场分布，并且此作用对于破裂围岩破裂面，加速裂隙岩体裂隙的扩展。增加围岩变形速率和概率。

（三）高地应力对围岩的破坏作用

隧道开挖将打破原始岩体的三向力平衡状态，地面应力重新分布。特别是开采深度越深，地应力越大，加剧围岩应力集中，造成巷道明显的流变变形。发生塑性故障。

围岩流变包括蠕变，松弛和弹性后效应。周围岩石的流变特性受到外力的显着影响。西部地区的水井受富水条件影响较大，开采深度较大。高地应力会加速围岩的流变变形，使巷道变形具有长期的扩展趋势。

三、巷道围岩力学特性分析

（一）软岩巷道围岩三轴压缩实验

围岩应力强度特征对巷道变形影响较大。利用三轴压缩试验研究了齐沟组合的强度特征。将从现场回收的土工样品风干，粉碎，用2mm筛子过大，然后加入水使扰动的岩石和土壤样品三轴压缩。测试。压力和位移一般经历以下几个阶段：①在施加荷载的早期阶段，压力和位移以线性变化为特征，这一阶段是弹性变形阶段，岩土體不进入正体；②负荷保持不变，岩体蠕变特性；③增加一定围压，稳定围压，继续增加轴压，此时岩样呈现弹性变形特征；④第二次保持相同的载荷时，岩石再次在较高的压力下发生蠕变；⑤进一步增加围压，稳定围压，继续增加轴压，此时岩样也表现出弹性变形的特征；⑥当轴向压力为0.38kN时，岩石会发生这种损坏。

（二）软岩巷道围岩变形特性分析

通过对齐沟煤矿软岩巷道的现场勘察，发现软岩巷道变形规律具有以下特点：地应力较低。该区域的公路属于浅路，位于地表以下约110米处。地应力不高，但屋面围岩强度较低，巷道变形破坏的临界深度约为180m。

围岩变形以垂直变形为主。通过对巷道的观察，可以看到巷道顶板薄弱的三明治，结构松散，坚固而低矮，变形较大。屋顶的破坏与振动负荷有关。隧道开挖过程中产生的振动荷载会导致屋面软化层塌陷，加速围岩变形，使巷道长时间不能稳定。中间层厚度变薄。在隧道中，弱夹层的厚度从几十厘米到几米不等，使得难以控制巷道的变形。

四、软岩巷道支护技术

（一）锚杆支护

目前的螺栓支撑理论主要包括悬架理论，组合梁理论和压缩拱理论。螺栓支撑技术主要包括金属锚杆，非金属锚杆和锚索。金属锚主要是螺纹钢树脂锚，灌浆锚（锁），钻锚锚和锚桁架。其中，螺纹钢树脂锚和锚灌浆（电缆）是中国的软岩隧道。螺栓支撑的主要形式已被广泛用于中国西部的井筒施工和巷道支护。但由于中国西部软岩巷道的地质条件复杂多变，弱围岩与锚杆之间的相互作用，锚杆与锚索之间的协调机制以及锚杆与注浆之间的加固机制尚未研究得十分清楚，尤其缺乏螺栓支撑参数的通用性和定量设计理论。因此，未来的锚栓支护应该集中在螺栓机构，螺栓支撑设计理论以及螺栓支撑新材料上。

（二）锚网喷支护

螺栓和网状喷射支护技术是在螺栓（缆索）支撑的基础上，通过连接钢筋网和喷射混凝土形成的联合支撑体系。锚网喷射支护技术的主要机理是充分发挥锚杆的悬吊效果。同时，在围岩表面安装金属网片，防止弱围岩的脱落，形成刚柔联合支护类型。喷射混凝土不仅可以在围岩开挖后立即关闭围岩，防止围岩风化，还可以填补围岩裂隙，防止围岩裂隙水渗流。与锚网支撑结构的联合作业将显着提高支撑结构的整体稳定性，增强支撑效果。与此同时，锚杆的外部泄漏可能被喷射混凝土所困，以增加巷道的美观性和舒适性。锚网喷支护结构对浅埋软岩巷道具有良好的支护作用。

（三）锚注支护

在充分发挥锚杆支护作用的前提下，锚杆支护是注浆技术提高松动带围岩稳定性的重要支撑方案，以提高软岩巷道的支护效果。用于锚固和支护的螺栓（电缆）主要为空心灌浆锚（电缆），灌浆主要为水泥，水玻璃，CS砂浆和化学浆。锚杆支护机构主要是通过中空注浆锚索（索）泵送高压泥浆，使泥浆在破碎围岩范围内充分扩散，填补围岩裂缝，通知停止裂缝流动水。泥浆固化后，泥浆，锚杆与围压形成统一的支护结构，有效提高围岩强度，控制围岩变形。锚杆支护技术在极软弱破碎围岩巷道中具有良好的支护作用，但支护费用较高，且注浆的适用性受工程条件的限制。

（四）锚网喷架支护

对于深部软岩隧道，仅使用螺栓（绳索）支撑或锚网喷支护通常不能有效控制围岩的变形，特别是对于具有显着流变特性的弱岩体，流变变形会使巷道产生大的收缩变形。因此，对于受水影响的深软岩巷道和软岩巷道，难以保证锚杆（索）的施工质量，在锚网喷支护的基础上增加钢棚支护将有效改善支护。结构的整体刚度，特别是限制软岩的流变变形，会起到更好的支护作用。目前，钢结构棚架的主要形式有：工字钢，U型钢和钢管混凝土托槽。上述组合钢棚棚支撑和锚网喷支护形式将充分利用锚杆的主动刚性支撑。利用钢框架被动柔性支撑和刚性支撑，柔性支撑，主动支撑和被动支撑相结合的支撑优势，是深部软岩巷道支撑的常用支撑形式。

五、结束语

对于矿软岩巷道支护的研究与探索，应该从支护的形式与原理上深入展开，首先研究其原理特性，所遇到的问题，在通过解决问题，提出具有针对性的方案，最终矿软岩巷道支护的研究与探索才能循序渐进，不断完善。

【参考文献】

[1] 孔令辉.弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护优化研究[D].青岛：山东科技大学，2016.

[2] 孟庆彬，韩立军，乔卫国，等.泥质弱胶结软岩巷道变形破坏特征与机理分析[J].采矿与安全工程学报，2016，33（6）：1014-1022.

[3] 何满潮.深部软岩工程的研究进展与挑战[J].煤炭学报，2016，39（8）：1409-1417.

[4] 康红普.我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J].中国矿业大学学报，2016，45（6）：1071-1081.