巷道工程支护的现状的探讨

文/侯静静 贾振，丁集煤矿

1 引言

随着我国煤炭开采逐渐向深部转移，煤矿工作者面临者越来越多的难题。其中，煤矿软岩巷道工程支护一直是煤炭开采过程中未能彻底解决的难题，软岩巷道支护的状态与煤炭的安全、高效开采息息相关。近些年经过国内外专家大量的理论研究、现场试验与测试、实验室实验等手段，在软岩巷道工程支护理论和支护技术方面取得了大量可观的成果，但仍有许多技术难题亟待解决。文章通过分析煤矿软岩巷道支护常用的支护技术，提出了高强度锚杆、锚注支护及联合支护将成为软岩巷道支护新的发展形式，以期能改善煤矿软岩巷道支护现状。

2 软岩巷道支护理论国内外的现状

2.1 新奥法

20世纪60年代，奥地利工程师在总结前人经验基础上，提出一种新的隧道设计施工方法一新奥法，目前已成为地下工程的主要设计施工方法之一。新奥法既不是单纯的施工方法，也不是单纯的支护方法，而是充分利用和调动巷道围岩强度与自身承载能力，按岩石力学、围岩支护共同作用原理制定的一套地下工程设计、施工、支护、监测新概念。它是先用工程类比法确定第一次锚喷的参数，随之进行围岩的监控量测。经过量测信息反馈来调整支护参数。用新奥法进行巷道掘进，可以保证质量，保持稳定性，延长巷道的使用寿命，降低施工费用，还可减少20%的巷道掘进量，实属一种良好的软岩巷道支护方法。

2.2 应变控制理论

该理论认为隧道围岩的应变随支护结构的增加而减少，而容许应变则随支护结构的增加而增大。因此，通过增加支护结构，能较容易地将围岩应变控制在容许应变范围内。支护结构的设计则是在由工程量测结果确定了对应于应变的支护工程的感应系数后确定的。

2.3 能量支护理论

萨拉蒙等人提出了能量支护理论，认为支护结构与围岩相互作用、共同变形，在变形过程中，围岩释放一部分能量，支护结构吸收一部分能量，但总的能量没有变化。因而，主张利用支护结构的特点，使支架自动调整围岩释放的能量和支护体吸收的能量，支护结构具有自动释放多余能量的功能。

2.4 轴变论和开挖系统控制论

于学馥等人于1981年提出“轴变论”，认为巷道塌落可以自行稳定可以用弹性理论进行分析围岩破坏是由于应力超过岩体强度极限引起的塌落是改变巷道轴比，导致应力重分布应力重分布的特点是高应力下降、低应力上升，并向无拉力和均匀分布发展，直到稳定而停止应力均匀分布的轴比是巷道最稳定的轴比，其形状为椭圆形。

近年来，于学馥等人运用系统论、热力学等理论提出“开挖系统控制理论”开挖干扰了岩体的平衡，这个不平衡系统具有自组织功能。

2.5 联合支护技术

该技术是在新奥法基础上发展起来的，以冯豫、陆家梁、郑雨天、朱效嘉为代表。重要观点为对于巷道支护，一味强调支护刚度是不行的，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。

2.6 松动圈理论

该理论是董方庭教授提出的，其主要内容凡是裸体巷道，其围岩松动圈都接近于零，此时巷道围岩的弹塑性变形虽然存在，但并不需要支护。松动圈越大，收敛变形越大，支护难度就越大。因此，支护的目的在于防止围岩松动圈发展过程中的有害变形。

3 我国软岩巷道支护的主要形式及评价

3.1 刚性支护加柔体垫层。

主要有圆料石砌磕加可缩层和条带暄等形式。该方式为井巷围岩提供一定支护强度，并有一定可缩性。但由于磕体本身刚度较大，允许变形小，对软岩巷道围岩的大变形不适应。同时，该方式速度慢，劳动强度高。

3.2 U型钢可缩性支架支护

是根据软岩膨胀性的特点而设计。该法主要用于膨胀性岩层及断层破碎带支护。这种支架不仅有可缩性，而且有较高的初承力和支撑能力；作用在支架上的压力与围岩的移近量成确定的反比关系，也就是说在一定条件下支架可缩后，支架上的荷载减小而且还会有调整和得到改善。U 型钢可缩性支架的撑能力经常得不到充分发挥，且钢材使用量大，支护成本高。

3.3 锚喷支护

对于软岩巷道的支护，锚杆及其联合支护被认为是一种合理有效的方式。人们习惯将锚杆支护称为主动支护，其实并不是所有的锚杆支护都属于主动支护。主动支护与被动支护的区别并不在于支护类型，而在于支护体能否主动给围岩以预紧力。安装锚杆时，给锚杆施加足够的预应力，不仅可消除锚杆构件的初始滑移量，而且可为围岩提供一定预紧力，以降低围岩受拉截面的拉应力。

4 软岩巷道支护形式的新发展

4.1 超高强度锚杆支护

超高强度螺纹钢锚杆具有更高的屈服强度和破断强度，为巷道围岩提供强大支护阻力(比普通圆钢锚杆高3倍以上)，大大增加了巷道围岩离层、变形和层理裂隙等弱面进一步发展的约束力。另外，高强度或超高强度螺纹钢锚杆可实现全长锚固，有效控制巷道围岩大变形，提高系统可靠性。

4.2 锚注支护

软岩巷道围岩的松动范围较大，岩体强度低，单用锚杆支护难以使破碎岩块完全处于受压状态而形成组合拱。软岩巷道中，为发挥锚杆支护的优势，提高围岩的强度和变形模量，改变围岩的变形规律，利用锚杆兼作注浆管，外锚内注，实现“锚注一体化”，是解决松散破碎型软岩巷道支护的有效途径。

4.2.1 对节理发育软岩巷道，注浆可改变围岩的松散结构，提高岩体的胶结力和内摩擦角，进而提高围岩的自身强度，充分调动围岩的自承能力。

4.2.2 采用注浆锚杆注浆，可以利用浆液封堵围岩裂隙、隔绝空气、防止围岩风化，避免围岩因被水浸湿而降低自身强度，提高围岩的稳定性。

4.3 联合支护

联合支护有多种类型：锚喷+注浆加固、锚喷+U型钢可缩性支架、锚喷+弧板支架、U型钢可缩性支架十注浆加固，以及锚喷十注浆+U型钢可缩性支架等。选择联合支护时，应根据巷道围岩地质条件和生产条件，确定出合理的支护形式和参数。锚喷支护是一种性能优越、适合软岩巷道围岩的一次支护，是首选的支护方式。

5 结束语

软岩巷道的支护是一项复杂的工作,尤其是矿井向深部转移后,在高应力作用下，严重影响矿井的经济效益和安全状况。因此，必须对软岩巷道变形机理进行研究，确定合理的支护技术方式。在具体的支护过程中，应具体问题具体分析，对于用单一的支护方法难以得到理想支护效果的情况，,要采用多种技术方法联合使用，以实现安全、经济、合理、高效的支护。