B090201 浅谈软岩巷道的破坏原因及对策.doc

浅谈软岩巷道的破坏原因及对策单世东【徐州机电技工学校，江苏 徐州 221131】摘 要 分析了软岩巷道破坏的主要原因，提出了软岩巷道支护的对策，即软岩巷道必须采取综合支护措施。关键词 软岩 破坏 综合 支护-1 引 言岩石工程学界至今未能就软岩的概念达成共识。有的指岩石，把单轴抗压强度为0.525MPa的泥岩、砂页岩及泥灰岩和变质岩类的片岩、页岩及煤系地层等类岩石称之为软岩；有的指岩体，将软岩定义为“强度低、空隙大、胶结程度差、受结构面切割及风化影响或含有大量易膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层（体）”。本文沿用我国煤炭系统的习惯，把抗压、抗剪切强度低，成岩胶粘程度差，受构造力影响层理、节理发育，易风化、破碎或含有易膨胀性物质，对井巷支护影响大的岩石统称为软岩。软岩巷道开挖后具有显著塑性变形，其岩体力学性质主要表现为非线性变形力学特性，这种特性极易造成巷道矿压显现，导致围岩破坏，造成巷道冒顶事故。长期以来，软岩巷道维护一直是煤矿生产建设中的难题，在软岩内布置巷道，围岩变形大，稳定性差，使巷道掘进和支护十分困难，而且屡遭破坏，需经常维护和返修，严重影响矿井的安全和正常生产。2 软岩巷道破坏原因分析软岩巷道发生破坏、导致冒顶事故的原因是多方面的，从理论上分析主要原因是支护体的支撑力与软岩矿压作用在支护体上的力不能保持相对的平衡达不到合理控制矿压等因素所致。2.1 地质因素 岩石自身松软破碎、自承能力差是软岩巷道发生变形破坏的主要因素； 巷道开挖后围岩应力分布不均匀、高应力集中是围岩变形破坏的荷载因素。2.2 支护设计方面的因素（1）刚性支护软岩巷道由于其岩石松软，巷道开挖后围岩即发生变形、位移和破坏，而且其变形移动和破坏可能是多次重复的，导致巷道支护体系迅速破坏，经常造成前掘后维的局面，不断提高支护刚度，增加了支护成本，而取得效果甚微。例如，皖北刘桥一矿二水平车场料石碹采用了3层料石，砌碹厚度达1050mm；在淮北祁南矿总回风巷建设中，巷道支护采用3架/m的金属钢棚式支架支护，仍造成金属支架扭曲、断裂等破坏，后经反复维修， 成本高达1.32.7万元/m。因此，单纯提高支护刚度，以刚克刚的支护方法达不到预期的效果。（2）支护方式单一软岩强度低， 自稳性差，易受环境效应、结构效应、空间效应以及时间效应等影响，围岩位移、变形不确定。软岩巷道支护是支护结构和围岩结构相互调节、相互控制的过程，是岩体整体结构的变形、失稳和破坏。因此单一支护形式 ，如木支架、金属支架、U型钢支架、锚、喷支护都不能有效地满足软岩变形特性的要求。（3）一次成巷因素采用短掘短砌，立即支护或一次成巷的方法。因施工时恰是软岩变形最为剧烈的时期，变形量大、变形地压大、支护强度低而造成支护失败，只有采用二次支护及联合支护方能取得预期的支护效果。3 软岩巷道支护的对策（1）加固围岩提高围岩凝聚力和内摩擦角值采用锚、注支护，可以对围岩裂隙进行充填、加固，提高围岩凝聚力和内摩擦角值，增加岩石的整体稳定性，形成较大的承载圈，充分发挥围岩的自撑能力，阻止围岩的塑性流动，保证巷道的稳定，这是一种针对性很强的有效方法。应用锚、注法支护在神火集团葛店矿-600m轨道大巷、车集煤矿主变电所硐室等软岩工程施工中取得了满意的效果。（2）改变工作面端头形状，及时用水泥封闭常规工作面平面交接，受端头效应影响，工作面岩体经常臌出。通过在巷道开挖后立即进行三维区域的围岩声波数据量测，了解软岩巷道三维区域的应力分布及后续松动区的情况，如图1所示。从软岩巷道三维区域的应力分布图中可以看出，在角点处应力集中最高，因此改为抛物线形的工作面端头是很有益的。采用掘进机施工很容易实现改为抛物线形的工作面端头。炮掘工作面在交接班前先将炮放毕，也可改变端头效应对工作面的影响。及时用水泥浆封闭是克服软岩环境效应的有效措施，对节理，层理发育的软岩可以充填微裂隙，以改善围岩的性质，提高围岩表面强度。图1软岩巷道三维区域的应力分布图（3）改变围岩应力分布采用管缝式锚杆支护，可以改变径向应力为环向应力，为减少支护承载创造有利条件。（4）改变围岩性质，提高围岩自稳性在砌碹支护时，采用石灰、粉煤灰、炉渣灰，用废报纸或塑料袋包装后进行背后和拱部充填，既可保证碹体受力均匀，又可保证防止湿空气侵袭围岩，起到让压卸载等综合效果，能极大地改善支护体状态，在一定程度上起到决定支护成败的关键作用。（5）提高支护能力，增强围岩表面强度支护成败取决于围岩表面的完整性，及时采取提高围岩表面强度方法，增加支护体系护表能力，如喷射混凝土，铺设菱形金属网，采用钢带，长、短纤维喷层等，都能减少围岩风化，促进巷道的长时稳定。（6）应力释放法在强膨胀、剧膨胀以及高地应力的软岩巷道里，在各种支护方法不能奏效的情况下，采用应力充分释放的方法能取得明显效果。（7）加强矿井水和巷道底板管理对水的处理是保证软岩稳定的基础工作，治水是防止底臌的首要问题。软岩巷道支护对围岩稳定性的控制，必须坚持“治帮先治底，治底先治水”的原则，采取疏、导、排、截、堵的措施，做到有水必治，无水必防，用水必管，积水必排。同时软岩巷道支护要做到“顶管住，帮加固，底板要封住”，做到整体考虑综合治理。综上所述，针对软岩巷道变形破坏的特点，提出以下解决方案： 采取合理的主动支护和积极加固措施，提高有效的初期支护阻力； 解决破碎岩体中巷道的初期支护与后期加固的衔接问题，采取合理的后期加固措施，发挥初期支护与后期加固的作用，抑制破裂带向深部发展，控制持续变形破坏，保持巷道在服务期间内的长期稳定。4 关于软岩巷道支护的设想对于软岩巷道的支护，还没有一种完全行之有效的理论。以往各种对软岩巷道破坏的防治方法，都不能从根本上控制围岩的变化，保持巷道长期的稳定。单纯的锚、喷支护已不适应高应力、大变形的软岩巷道；碹体支护由于施工复杂、成本高、变形量小，它与软岩的变形规律和支护要求不一致，难以适应软岩巷道支护；从支护技术上看，各种刚性支架与软岩巷道围岩变形规律不一致，而且支护成本高；以U型钢为主的各种可缩性金属支架因软岩巷道围岩变形大、支架受力不均也易出现变形破坏。从软岩支护破坏原因可以看出，单一支护方法及单纯提高刚度，对软岩巷道很难奏效，而选用锚、网、喷支护与注浆加固技术相结合的支护措施，是一种主动支护方式与积极加固方式相结合的措施。一般情况下，首先进行锚、网、喷支护，然后进行二次锚注加固。在锚、网、喷支护中锚杆起到悬吊、挤压、楔固组合拱等作用，防止围岩松动范围进一步扩展，从而使巷道径向应力减小仅需用较小支护阻力，同时可选用长锚杆能更好地控制巷道围岩变形，初喷混凝土为厚度20mm薄喷层，实现初喷层与巷道围岩体的同步变形，用直径4mm冷拔钢丝编织金属网提高网喷层支护体的强度与抗变形能力，锚注支护在复喷混凝土后进行，锚注加固是利用注浆锚杆。围岩经过锚杆注浆加固后松动和裂隙发育的围岩强度等力学性能得到提高和改善，使破裂结构的围岩胶结成拱形连续体加固圈，实现利用围岩本身作为支护结构的一部分，充分调动围岩的自承能力；注浆加固后使普通的端锚锚杆实现全长锚固，从而提高了锚杆的锚固力和可靠性，保证了支护结构的稳定；注浆加固后可以利用浆液封堵围岩裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的自身强度，提高围岩的稳定性。因此，锚、网、喷支护与注浆加固技术通过锚杆与注浆相结合的双重作用达到加固围岩、控制围岩变形的目的。5 结 论软岩巷道的支护采取单一的支护方式或单靠一次成巷是达不到控制围岩防止其破坏的。我们在皖北刘桥一矿二水平软岩巷道施工中，采用锚、网、喷支护与锚注加固支护技术。施工期间对巷道的顶板、两帮、底板变形进行了检测，检测结果表明，围岩变形快速趋于稳定，能有效地控制围岩变形，确保巷道的稳定。锚、网、喷支护与锚注加固联合支护的特点在于它主动支护与积极加固方式相结合，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的强度，使巷道保持稳定而不易产生破坏；同