井巷三软围岩巷道变形机理及锚注控制技术的研究与应用

李水波

（河南省平顶山市平煤股份十矿机掘队，河南 平顶山 467000）

一、引言

软岩巷道围岩控制是采矿工程中的难题。我国软岩分布很广，同样中国平煤神马集团十矿也存在着软岩巷道极难维护的问题，一直严重影响着矿井的安全生产。随着煤矿深井的开采，高地应力、软岩巷道的支护问题将越来越突出，因此，从理论上、技术上及工艺上深入研究软岩巷道支护将具有十分重要的现实意义。

二、软岩巷道锚杆和锚注支护研究现状

（一）国内外锚杆支护的发展和现状

锚杆作为一种行之有效的、经济优越的巷道支护技术，倍受世界岩土工程界的重视近年来，我国锚杆支护已经有了长足的发展，锚杆支护的优越性已经得到充分的证实。

目前，锚杆支护大多应用于地质条件较好的岩土工程，围岩松软破碎、高应力、受采动影响的大变形巷道，锚杆支护仍然是尚待解决的难题。国内外锚杆支护正朝着提高锚固力、扩大应用范围、提高支护效率方向发展。普遍认为开发具有强初撑、急增阻、高阻力力学特性的锚杆支护，是控制高应力、软岩大变形巷道的有效途径，是锚杆支护的主要发展方向。

（二）软岩巷道工程支护技术的发展现状

软岩本身所具有的大变形力学特性，决定了软岩巷道支护技术的复杂性，单一的支护形式难以满足软岩巷道工程支护的需要。因此，在软岩巷道工程支护技术方面，由过去单一的支护形式逐步发展为各种多次支护、联合支护形式，并形成了各种系列支护技术，如锚喷、锚网喷、锚喷网架支护系列技术、注浆加固系列技术和预应力锚索支护技术。

实践证明，可伸缩锚杆、金属支架、高水速凝材料注浆加固法，由于成本高，工艺复杂，高水速凝材料生产厂家很少，质量不稳定而未能推广应用。锚注技术由于工艺简单、成本低，只要认真抓好工程质量，支护可靠性高而被广泛应用，它现在不仅用于煤巷，而且广泛应用于岩巷、硐室；不仅用于新掘巷道，而且广泛应用于地下工程维修；不仅用于静压巷道，也应用于动压巷道。它是目前处理高应力软岩巷道这类困难巷道支护优先选择的支护技术。

三、软岩巷道变形破坏机制研究

（一）软岩的定义

软岩，“软”体现了岩体内在特性，即岩石的硬度欠缺；“弱”体现了软岩在应用方面的能力，即对于承受外载荷，它的承载能力和抗变形能力都较差。

（二）软岩的变形特点

强度低、自稳时间短、变形速度快，破坏前总变形量大。软岩层中最典型的是泥岩，一般软泥岩单轴抗压强度小于lOMPa，最低的0.6MPa左右。由于其强度低，所以开挖后自稳时间短，变形速度快，破坏前总应变量一般超过5%。

容重小、孔隙率小、含水率高，吸水或减水膨胀力大。软岩一般结构疏松、容重小(2000Kg/m3左右），孔隙率大(14%以上），致使含水率增高(19%以上)，所以一般软岩开挖后，其膨胀率随时间呈增长趋势。许多软岩地下工程的膨胀压力值可由每平方米数吨至数百吨。软岩含有成分不同，吸水和减水都可使膨胀力增加。

对震动的敏感性强。软岩由于本身结构松散，胶结程度差，强度低等特点，对低频弹性波的吸引能力强，因此抗震性能低，疲劳强度小，所以在低频重复性荷载爆轰波的作用下，对其本身的完整性和强度影响很大。

流变性明显。松软岩层的流变性大，有的软岩只处于塑性流变阶段，当含水大时，流变性更加明显。有的软岩工程开挖后，其流变性象砂涌，会出现越挖涌得越多，以至不可收拾。

开挖后产生大松动圈。软岩地下工程开挖后，由于围岩强度低，或围岩处在高应力区等原因，应力很容易超过其自身强度，使周围产生松动，出现一个大的松动圈，松动圈厚度一般大于15m。

（三）影响软岩大变形的主要因素

造成软岩巷道围岩变形破坏的影响因素是多方面的，既有客观的，也有人为的，主要有以下几个方面：

1.岩性的影响

岩性是影响围岩稳定性的最基本因素，是物质基础。由于矿物组成，岩石结构构造的不同，不同岩石的物理力学性质差别很大。依照岩石特性可将围岩分为塑性围岩和脆性围岩两大类。塑性围岩，主要包括各类粘土质岩石、破碎松散岩石以及某些易于吸水膨胀的岩石，通常具有风化速度快，力学强度低以及遇水易于软化，崩解等不良性质，因此对巷道围岩稳定性最为不利。层顶底板岩石都非常松软破碎，易风化，多属于塑性围岩，因此怕风，怕水，怕震。

2.采动压力

受采动压力影响的软岩巷道具有以下四个特点：

巷道破坏速度快。当巷道支护体承载达到极限时，受采动压力影响，可以在两个月内使巷道无法正常运输，甚至行人困难。

巷道破坏严重。当受采动压力影响时，巷道的破坏时全断面的，有时很难分清是顶、帮、底哪部分先破坏，不过从总体上看靠采空区一侧巷道的顶部、帮部最先破坏。

破坏区域大。在工作面停采或初采一个月后，不仅上下顺槽被压坏，而且距工作面停采线或切眼百米外上山也受压破坏。

巷道破坏区域相对位于工作面下部。由于软岩在宏观上具有一定的流体特性，相对于工作面下部的巷道受采动压力的影响更严重，巷道破坏区域总体偏下。

四、结束语

为了改善围岩的维护情况，现尝试采用联和支护中一种方式---锚注支护。锚注支护即：利用锚杆作为注浆管对围岩注浆加固，注浆管在加固结束后即成为新的锚杆并发挥锚固作用。

锚喷支护现已经在中国平煤神马集团十矿推广使用，并用于多处工程。其优点是锚杆置入围岩内部，并且支护效果好、用料省、改变围岩周边应力状态，增加了围岩的自承能力，但锚杆必须在一定条件下才能发挥其锚固作用。对于软岩和破碎围岩及动压巷道，因围岩强度底，围岩位移量大，锚杆随巷道围岩变形而失去承载力。在这种情况下，围岩注浆加固是一种行之有效的支护方式。但注浆技术还不够成熟，现在还处在摸索的过程中，不过通过多工程的使用，总结，锚注的参数会被总结出来，从而更好的服务矿山工程。为此，本课题的提出对围岩支护具有十分重要的意义，从目前现场施工取得的效果看，它是一种改善围岩岩性和应力分布，提高围岩整体性和自承能力的有效方法，而且支护成本低，在矿山工程中有很大的推广价值。