中国华冶科工集团有限公司 北京 100176
摘要：如今，在社会经济的进步和发展背景下，对资源需求在不断地增大，采矿规模越来越大，矿井开采难度在不断地增加，矿井生产活动的安全性会直接受到软岩巷道施工问题的影响。因此，根据施工现场岩体的具体特征，并且结合岩体周围的实际状况来选择适合的机械设备以及支护方案进行施工建设，才能促进矿井建设及矿井开采工作的正常展开，进而保证矿井工程的质量，为企业带来经济利益。基于此，文章首先介绍了矿井建设中软岩的基本特征，分析了软岩巷道围岩的稳定性，并对矿井建设中软岩巷道的掘进施工进行探讨，以此对提高矿井的安全建设起到积极的指导作用。
关键词：矿井建设；软岩巷道；掘进施工
1矿井建设中软岩巷道的特征
在矿井建设过程中，由于软岩的强度低，单轴饱和抗压强度在5Mpa~15Mpa之间，甚至更低。因此，围岩变形破坏非常强烈，其主要表现在以下几点。
（1）围岩的自稳时间短、来压快
所谓自稳时间就是在没有任何支护的情况下，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，是指要立即支护或超前支护才能保证围岩不致冒落。
（2）围岩变形量大、速度快、持续时间长
在矿井建设掘进过程中，软岩巷道的特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。一般来说，巷道掘进的第1~2天变形速度少的5~10mm/d，多的达50~100mm/d，变形持续时间一般25~60天，有的长达半年以上仍不稳定。巷道围岩的变形量，是在支护良好的情况下均匀变形量一般达到60~10Omm以上，有的甚至达到300~500mm以上。如果支护不当，围岩变形量最高可达300~1000mm以上的变形量也是司空见惯的。
（3）围岩的四周来压、底臌明显
在较硬岩层中，围岩对支护的压力主要来自顶板，中硬岩层围岩对支护的压力主要来自顶板和两帮，但在软岩巷道中，则是四周来压、底臌明显。底臌明显是软岩巷道的重要特征，如果巷道底臌不明显，由此可以判定此围岩结构就不是软岩。在软岩巷道四周来压时，如果不及时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臌开始，又因底臌导致两帮移近和失脚，直到片帮冒顶。从而导致巷道全部破坏。
2软岩巷道围岩稳定性分析
在矿井建设过程中，由于各种支护手段都不能从根本上阻止围岩的变形，所以只能要求支护本身从结构和性能上适应围岩的压力和变形，以保护支护系统本身完好，确保围岩结构的稳定。要保持软岩巷道围岩稳定，巷道围岩受力应满足下式：
+
式中：开挖后巷道围岩向临空区运动的合力，包括重力、水作用力、膨胀力、构造应力和工程偏应力等； 为变形形式转化的工程力，包括弹塑性转化、粘弹塑性转化等，实质上是塑性能以变形的方式释放；围岩自撑力，围岩本身具有一定的强度，能够承担一部分载荷； 为工程支护力，各种支护所起的作用。根据上式，开挖后软岩巷道围岩稳定性并不仅仅取决于 ，而是由三部分共同承担，首先通过围岩的变形释放一部分，即 的一部分转化为围岩变形；另一部分由围岩自身承担，剩余部分才需要支护。
在巷道支护设计过程中，认为支护体主要承担上覆松动岩层的重量，只有当支护体所能提供的支护阻力 大于上覆松动岩层重量时，巷道才能保持稳定。根据自然平衡拱理论计算巷道开挖后上覆松动岩层的压力，计算简图如图1所示。
图1 巷道围岩破坏计算图
巷道两帮破坏深度C（m）由下式确定：
C=（ ）htan
上式中 为巷道周边挤压应力集中系数； 为巷道上方至地表间地层的平均容重，kN/m3；H为巷道距地表的深度/m；B为表征采动影响程度的无因次参数； 为煤层硬度系数，在岩体中为巷道两帮围岩硬度系数；h为巷道所在岩层厚度/m； 为巷道层位岩体内摩擦角/（°）。
顶板岩层的破坏深度b（m），按照相对于层理的法线计，可根据下式求出：
b=
式中a为巷道的半跨距，m；α岩层倾角，（°）；ky为锚岩层的稳定性系数；fn为锚固岩层的硬度系数。根据上式计算方法计算得到支护结构上覆均布荷载，当上覆均布载荷小于支护体所能提供的支护强度时，认为支护体结构可靠，巷道不会发生失稳；当上覆均布载荷大于支护体所能提供强度时，支护体会发生较大变形，巷道顶板、两帮都会发生严重破坏。所以，认为巷道能够保持稳定的条件是：PS≥γb
3矿井建设中软岩巷道掘进施工技术
3.1软岩巷道掘进构造揭露前施工
软岩巷道掘进构造揭露前的施工技术需要注意，在巷道接近含水构造或者松散的岩体时，要利用工作面岩冒的方式来进行注浆，从而达到使松散岩体固结、将含水构造封堵的效果，从而使得注浆能够到达松散岩体及含水构造。在注浆加固松散岩体时，要选择好探眼进行注浆，并且要留相应的探眼作为观察孔，如果巷道的断面较大，则需要对周边眼进行加密，周边眼之间的距离要控制在100mm~150mm之间。在封堵水构造时，如果作为观察孔的探眼已经探出水，则其他探眼可以不必进行继续施工，将这一探眼作为注浆孔对含水构造进行封堵即可。
3.2软岩巷道掘进构造揭露后的施工
软岩巷道掘进构造揭露后需要考虑的因素比较多，因为在不明确地质状况或者凿岩经验不足的情况下很容易判断失误，从而导致断层或构造被揭露的现象发生，进而引起巷道顶板的松散岩体出现冒落的现象，地下水便会涌出，对施工造成严重的影响。因此，如果遇到此类情况，需要选择能够防止巷道顶板围岩冒落而形成空区的方案，一般选用止浆墙注浆固结施工的方法，固结冒落松散岩体，并对用水进行封堵。
（1）混凝土注浆墙的施工
首先要对工作面进行清理，使得注浆墙与工作边的距离尽可能缩短，而后进行注浆墙施工。在施工过程中可以用钢筋混凝土提高墙体的承载力，施工时可以掺入水泥复合早强剂提高混凝土强度，以缩短工期。
（2）注浆管的敷设施工
首先要使注浆管的管口伸入到巷道轮廓线意外的构造里面。其次，进行注浆封水及岩块的固结，一般在混凝土止浆七天之后进行注浆，一般用水玻璃双液浆，并且配比要达到浆液扩散范围到达巷道掘进轮廓线之外2~3m的距离，以实现有效地封堵，在注浆结束之后，终压要达到静水压的2.5~3倍。
（3）巷道的掘进施工
通常在注浆固结施工后两到三天内进行巷道施工，为了避免巷道顶板的岩体冒落，需要拆除混凝土止浆墙，并严格控制装药量，避免爆破震动时对固结体产生破坏。开挖固结体时，一般采用预留光爆层的控制爆破方式。
（4）巷道支护施工
首先进行初始支护，合理地进行支架刚度的确定，使直接具有一定的柔性，从而可以使围岩的自承能力能够有效发挥，避免支架受到压力而被破坏，初始支护一般采用锚喷支护。对于软岩巷道，一次支护只能够对围岩的自承重起到一定的增强作用，需要进行二次支护来保障巷道的长期稳定及安全，并且在巷道变形稳定之后，二次支护可以起到最终的支护作用，二次支护一般有锚喷支护及砌碹支护两种形式，从而使二次支护的时间能够控制在围岩稳定之后。如果岩层过于松软，一种支护方法不能够满足支护的需求，则需要采用联合支护以达到支护的最终目的。
总之，在矿井建设中，软岩巷道掘进施工是非常重要的环节，它的施工质量会直接影响到矿井的安全运行，那么就需要对其具备足够的重视，严格依据相关的规定和施工要求进行，控制好每一个施工细节，顺利开展软岩巷道掘进施工，促使矿井建设安全得到保证。
参考文献
[1]贾春国.矿井建设中软岩巷道施工技术探析[J].山东工业技术，2015，19:72.
[2]邹灿.大冶铁矿井下开采巷道围岩稳定性分析及控制技术研究[D].中国地质大学，2014.
[3]王修旭.岩巷综掘合理支护技术及施工工艺研究[D].安徽建筑大学，2014.
论文作者:马继伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/29
标签：巷道论文; 围岩论文; 矿井论文; 岩层论文; 顶板论文; 注浆论文; 松散论文; 《建筑学研究前沿》2017年第11期论文;