软岩巷道破坏机理分析

徐京狄

摘要：本文首先对软岩的定义，力学特性及受力后的变形特性进行了详细的论述，并在此基础上围绕软岩巷道围岩的破坏机理，从多种角度对软岩巷道进行分析研究，得出导致软围岩巷道不稳定的原因是多样的。

关键词：软岩巷道;巷道围岩;力学

一、引言

20世纪从60年代和90年代，软岩的概念在国内外讨论定义了多达几十个。然而，不同的文献有不同的定义，总之，一般可分为描述性定义，指标化定义和工程定义，每一种定义都有其优点和缺点。

1、描述性定义

陆家梁指出软岩是指岩层结构松散、软弱的岩层。相对于坚硬岩层而言，软岩自身强度较低。

2、指标化定义

软岩是指岩体抗压强度σc<20MPa的岩层。

3、工程定义

董方庭教授提出按松动圈的大小来划分软岩，巷道围岩松动圈大于1.5米的才能叫做软岩[36]。

何满潮教授在软化临界荷载概念的基础上创作性对软岩进行了定义，突显出了软岩相对性的本质。通过一系列的软岩蠕变力学实验证明，岩石在收到施加的载荷当不超过一定值时处于稳定变形状态，岩石的变形量会逐渐趋于某一固定值而不再继续变化;同种巷道围岩的软化临界荷载是一样的的。对围岩的施加的载荷低于软化临界荷载时，岩石表现为硬岩特性，这时的岩石可以被称为硬岩;当施加的负载水平高于软化临界荷载时，围岩的表现为软岩特性，此时的围岩称为软岩。

二、软岩巷道围岩破坏主要影响因素

在深部地层中，围岩处于高地应力环境中，并且由于软岩的强度低，单轴饱和抗压强度在5Mpa-115Mpa之间，甚至更低。因此，围岩变形破坏非常强烈，表现在：

第一、围岩的自稳时间短、来压快。所谓自稳时间，就是在没有支护的情况下，围岩从暴露到开始失稳的时间。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，要立即支护或超前支护，方能保证围岩不致冒落。

第二、围岩变形量大、速度快、持续时间长深部高应力软岩巷道的特点就是围岩变形速度快、变形量大、持續时间长。一般来说，巷道掘进的第1-2天，变形速度少的5一10mm/d，多的达50一100mm/d;变形持续时间一般25一60天，有的长达半年以上仍不稳定。巷道的围岩的变形量，在支护良好的情况下，其均匀变形量一般达到60-100mm/d以上，大的甚至300一5OOmm/d;如果支护不当，围岩变形量很大，300-1000mm/d以上的变形量司空见惯。

第三、围岩的四周来压、底朦明显在较硬岩层中。围岩对支护的压力主要来自顶板，力主要来自顶板和两帮，但在深部软岩巷道中硬岩层围岩对支护的原则是四周来压、底朦明显。底朦明显是深部软岩巷道的重要特征，如果巷道底朦或底朦不明显，围岩就不是软岩。深部软岩巷道四周来压，如果不支护，将出现一个支护结构的薄弱带，巷道破坏首先就是从不设防的底朦开始，又因底朦导致两帮移近和失脚，直到片帮冒顶，巷道全部破坏。

第四、普通的刚性支护普遍破坏，深部软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护所承受的变形压力很大，施工后很快就发生破坏，必须再次或多次翻修后巷道才能使用。这是刚性支护不适应软岩巷道变形破坏规律的必然结果。

上述3类软岩变形的力学机制基本概括了软岩膨胀变形的主要动因，由此可知影响巷道围岩与支架变形的主要因素为：

1、岩性因素：岩体本身的强度、结构、胶结程度及胶结物的性能，膨胀性矿物的含量等，这均是影响软岩巷道变形的内在因素。

2、工程应力的影响：它是造成围岩变形的外在因素。垂直应力、构造残余应力及工程环境和施工的扰动应力，邻近巷道施工、采动影响等，特别是多种应力拘迭加情况影响更大。

3、水的影响：包括地下水及工程用水，尤其是对膨胀岩，水对其变形的影响汲大，水不仅造成粘土质岩的膨胀，同时还大大的降低了岩石的强度。

4、时间因素：流变是软岩的特性之一，巷道的变形与时间密切相关。

三、软岩巷道支护原理

由于巷道开挖，破坏了原岩应力平衡状态，围岩应力产生了重新分布，随着对间发展和空间位置的变化，应力和应变又处于不断调整状况中，在这中间围岩主要经历的是以自承能力为主的稳定进程[}as}软岩巷道支护的重点应放在充分利用和发挥自承能力上，支护原理是：根据者层不同属性，不同地压来源，从分析地压活动基本规律入手，运用信息化设计方法，使支护体系和施工工艺过程不断适用围岩变形的活动状态，以达到控制围者变形，维护巷道稳定的目的[f2}1。具体的说，有以下几个方面：

1）必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想，支护结构及强度与加固围岩、提高围岩自承能力相结合，与围岩变形及强度相匹配，实践证明，单纯提高支护刚度的方法是难以奏效的;

2）必须采取卸压、加固与支护相结合的方法，统筹考虑、合理安排、对高地应力地区，要卸得充分，对大变形地区，要让得适度，对松散破碎区，要注意整体加固，对巷道围岩整体要支护住;

3）进行围岩变形量测，准确地掌握围岩变形的活动状态，结合量测结果进行反馈，以确定二次结构的参数，确定补强时间、再次支护时间和封底时间;

4）树立综合治理、联合支护、长期监控的支护思想体系;

结束语

软岩是一种复杂的岩石力学介质，其复杂性在于在一定条件下的会发生显著的塑性变形，在现场工程应用中一般可将其分为两大类：地质软岩和工程软岩。地质软岩的主要特点是松、散、软、弱，具体表现为岩体强度不高、孔隙度较大、胶结程度低、受构造面和风化作用等影响显著及含有大量膨胀性粘土;工程软岩则是指在工程力的影响下，会产生剧烈塑性变形的岩体。软岩由于其复杂、难控等特性，使软岩巷道的围岩控制一直是困扰各国煤矿安全、高效生产的重大问题，也是工程上亟待解决的技术问题之一。

参考文献：

[1]康红普，刘玉堂.软岩巷道底鼓的机理及防治措施[A]：何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[C].徐州：中国矿业大学出版社，1996.98～99.

[2]贾明魁，赵兴东，贾安立.极软岩巷道底鼓锚注支护控制技术[J].辽宁工程技术大学学报.2005Vo.l24，No.3