软岩巷道围岩变形机理及控制研究

张浩

【摘 要】 文章针对潞宁软岩巷道围岩存在的变形大以及巷道围岩支护困难，现支护形式不能有效控制软岩巷道围岩变形，提出了“锚+网+索+工字钢棚”新的联合支护方案，现场监测结果表明：采用“锚+网+索+工字钢棚”新的联合支护方案后，巷道围岩顶板下沉量减少了13.52mm，巷道两帮横向变形量减少了11.24mm，同时巷道顶板内部离层值相对原支护方案下的较小，新的支护方案更能有效提高巷道围岩的稳定性。

【关键词】 软岩巷道;围岩变形;联合支护;现场监测

【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）01-0016-03

目前软岩巷道在我国煤系地层中分布较为广泛，由于软岩巷道围岩变形较大且支护较为困难，其对煤矿的安全高效生产起着制约作用。随着巷道支护技术的不断发展，许多专家学者在软岩巷道中进行了广泛研究，李建民等研究泥质软岩巷道围岩变形的机理，对此提出了相应的支护方案，并验证其合理性。杨晓杰等研究了软岩巷道的变形力学机制，并将提出的恒阻大变形锚杆耦合支护技术应用到了现场实践。王胜等针对松软破碎巷道围岩控制进行了研究，并优化了原支护方案。基于以往专家学者对该方面的大量研究成果，本文针对某矿工作面软岩巷道围岩变形较大等问题，确定了“锚+网+索+工字钢棚”新的巷道围岩支护方式，通过现场实时监测数据，证明了该联合支护方式的可行性。此支护方式可为软岩巷道围岩支护技术的发展提供指导和借鉴。

1工程概况

工作面主采15号煤层，平均厚度为3.5m，平均倾角6°。工作面直接顶为砂质泥岩，平均厚度约7.6m，基本顶岩层为粉砂岩，平均厚度约6.3m，属坚硬岩层，直接底为泥岩，平均厚度约为2.3m，基本底为砂质泥岩，平均厚度约为4.3m。工作面顶底板煤岩柱状图如图1所示。

工作面软岩巷道位于-376m水平四三采区，平均埋深大约380m，巷道净断面断面尺寸为4.0m×2.6m。煤层的平均倾角大约4°，平均厚度大约1.1m。巷道围岩支护方式采用“锚+网+索”，在巷道的顶板打设五根锚杆，锚杆长为2m，直径为20mm，锚杆的间排距为800×800mm，同时每隔三排锚杆打设一排锚索，锚索长为7.4m，直径为15.24mm，锚索的间排距为2100×2400mm;在巷道的两帮每排打设三根锚杆，锚杆长为1.8m，直径为18mm，锚杆的间排距为900×800mm，巷道围岩支护方式如图2所示。

2软岩巷道围岩变形机理及支护方案

软岩巷道围岩发生变形破坏的原因主要有三种：巷道围岩的应力扩张，其中包括地应力扩张、工程偏应力扩张以及构造应力扩张等。巷道围岩的化学膨胀，其中包括毛细膨胀和分子膨胀等。巷道围岩结构变形，其中包括断层型、节理型、层理型等。

-376m水平四三采区巷道底板由泥岩组成，在遇水后极易诱发岩体发生应变软化及膨胀，同时该巷道围岩具有十分明显的层状特征，在巷道两帮煤柱岩层滑面效应以及压模效应的共同作用下，巷道底板开始向巷道内侧发生变形。影响软岩巷道围岩的稳定性主要取决于巷道开挖断面的大小以及巷道围岩的力学特性。在控制软岩巷道围岩变形设计时，要优先考虑围岩自承载的作用，把巷道围岩和支护体考虑为一个整体。

由于软弱围岩具有非常强的残余强度，在巷道围岩发生变形以后其依然存在较大的承载能力。与此同时对于软岩巷道围岩发生变形后所具有的膨胀性以及非对称性的特性，要求在软岩巷道围岩进行控制时必须有效控制软岩巷道围岩的初期变形，同时还要控制软岩巷道围岩最终变形在合理的范围之内。控制软岩巷道围岩变形的方法主要有：

在选用锚杆时，尽量选择锚杆延伸性和强度较大的锚杆，在一定范围内，适当增加锚杆的预紧力。在一定范围内，提高支护锚杆的延伸率，可以使锚杆更好地适应围岩的变形，避免巷道围岩变形导致支护锚杆过早发生拉伸断裂破坏，影响围岩的支护效果。

对软岩巷道围岩易变形、难支护的区域进行有针对性的特殊加强设计。软岩巷道围岩的变形、破坏往往都是从巷道围岩最脆弱的部位开始，对该部位进行针对性的特殊加强设计，可有效控制巷道围岩过早发生变形破坏，有效控制软岩巷道的变形破坏。

在一定范围内，可以适当地增大巷道围岩的支护参数，加强巷道围岩的支护设施控制围岩的变形。

3支护方案优化设计

对巷道顶板进行支护时选用“锚+网+索”的支护形式，巷道顶板选用长2m，直径20mm，预紧力大小为150kN的锚杆，锚杆的间排距设计为800mm×800mm;巷道两帮选用长1.8m，直径18mm，预紧力大小为110kN的锚杆，锚杆的间排距设計为900mm×800mm;顶板选用长6.4m，直径15mm的锚索，且锚索采用非对称的布设形式，锚索梁的轴线方向与巷道的轴线方向相互平行。其具体布设如图3所示。

为加强软岩巷道围岩的稳定性，在巷道内架设I12的长4m，棚腿长2.7m的工字钢棚梁进行加强支护。同时采用方木进行背帮背顶，以保证工字钢棚梁贴近巷道围岩，与巷道围岩共同变形，确保有效控制巷道围岩的变形。

4巷道围岩变形监测

在距回采工作面50米、100米处布置JSS30A数显收敛计监测巷道围岩的变形，并根据所测数据的平均值绘制锚杆锚索施工前后围岩变形速率和变形量曲线图，如图4、图5所示。

从图4、图5可以看出，在同段时间内锚杆锚索施加后比施加前的围岩位移总量以及变形速率要小很多，巷道两帮围岩最大变形量减少了13.52mm，巷道顶板最大下降量减少了11.24mm，且在50天后，围岩变形逐渐趋于稳定，不再变化，可以看出采用“锚+网+索+工字钢棚”联合支护系统可有效控制围岩的变形。

为监测软岩巷道顶板围岩内部离层情况，在距离工作面30米以及60米位置处布设装有LBTY-1型的顶板离层指示仪的两个测站，并将所测得的数据绘制曲线，如图6所示。

从图6可以看出，在软岩巷道顶板围岩内部离层监测的整个过程中，围岩内部监测点与表面监测点相比较，围岩变形量差别较小，且在13天左右顶板离层趋于稳定，说明“锚+网+索+工字钢棚”联合支护系统在该软岩巷道中充分发挥了其组合拱以及锚索悬吊的作用，有效地控制了软岩巷道围岩的变形。

5结语

针对软岩巷道的围岩变形，本文提出了“锚+网+索+工字钢棚”新的联合支护方案。

通过现场监测对比原支护方案及新支护方案下围岩变形控制的效果，得出新支护方案下巷道围岩量及巷道顶板围岩内部离层量较小，均在合理变形范围内，验证了新支护方案在软岩巷道围岩控制中的适用性及合理性。

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