汪雅瑞
铜川矿业柴家沟煤矿 727299
摘要：随着煤矿开采深度的增加，巷道应力水平也越来越高，软岩巷道地压越发的剧烈、巷道软岩破坏严重，深部高应力软岩巷道的支护技术问题的研究越来越重要。根据我矿主要出现变形的巷道：三条大巷，其中回风巷和轨道巷变形较严重进行研究。
关键词：深部 高应力软岩 巷道 变形破坏 支护技术
1引言
经济的快速发展对能源的需求量日益增加,煤矿开采规模不断扩大,开采难度逐步加大，浅部易采的矿产资源日趋枯竭,地下矿山向深部开采是必然趋势。因此分析深部高应力软岩巷道变形和破坏的因素，寻求安全合理的巷道支护技术提供客观依据，以确保我国煤矿深部开采的安全生产。
2巷道变形破坏特征
2.1两帮中下部鼓出严重
帮部围岩在变形过程中,支护体会随着围岩发生整体外移现象。巷道两帮变形不协调,中下部变形严重,上部变形程度则相对较弱。两帮在高侧压力作用下发生严重变形,中下部鼓起、垮落,巷道断面被挤成尖桃形,复合顶板下沉严重。顶板中央下沉位移量较大,造成棚式支护变形扭曲,锚网支护体下沉变形。
2.2围岩变形量大、速度快、持续时间长
深部高应力软岩在各向应力平衡时储存有较高的能量，开挖使得这部分能量短时间内迅速释放，造成围岩的加速失稳破坏。一般来说,巷道掘进的第1-2天变形显著,速度少的5-l0mm/d,多的50-100mm/d;后期持续变形速度为 2.0 mm/d，变形持续时间一般25-60天,有的长达半年以上仍不稳定。
2.3围岩自稳时间短、来压快
所谓自稳时间,就是在没有支护的情况下,围岩从开挖到失稳冒落的时间。实践可知，软岩巷道的自稳时间极其短仅为几十分钟到几个小时, 巷道来压快,要立即支护或超前支护,方能保证围岩不致冒落。其时间长短又与岩体强度、地压、断面等有关。
2.4支护结构损坏严重
随着围岩变形的发展，U 型钢顶部卡缆螺栓出现大量断裂；部分地段巷道右帮部柱腿与围岩分离，U 型钢跪腿屈曲和弯折失效较多；钢筋喷层撕裂严重，出现大量锚杆、锚索托盘锚空，预应力损失严重；锚杆拉断、扭弯现象较常见。大量支护结构失效，对围岩的支护阻力显著降低。
2.5底鼓严重
受采掘工程的影响，巷道顶底板和两帮岩体产生变形并向巷道内产生位移，巷道底板向上隆起的现象即称之为底鼓。巷道底板相对顶帮支护强度低，成为高应力释放空间，巷道围岩变形破坏一般是从底鼓开始。
2.6围岩变形具有流变性
矿井软岩一般都含有亲水性比较强的粘土矿物成分。遇水后软岩更易发生软化膨胀，会产生较大膨胀力，加上髙应力的释放，围岩变形加剧，所以巷道变形速度将长时期处于流变状态。
3深部高应力软岩巷道变形破坏原因
分析深部高应力软岩巷道变形破坏因素主要有两方面：自然因素和人为因素。
3.1自然因素
3.1.1围岩性质
围岩性质在巷道变形与破坏中的影响是决定性的。岩体非连续，组成成分也不尽相同。如果岩体中的膨胀性物质占比较大，则此类岩体必然必表现出软岩的性质。结果不仅会造成围岩的变形加快、加剧，而且形式也变得多元化。对巷道变形和破坏的性质及其剧烈程度有重要影响。
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3.1.2围岩构造特征
巷道的稳定不单单由岩石的本身强度决定，很大程度上受岩体结构影响。岩体内层理、节理、裂隙等构成了围岩的弱面，可降低围岩承载力。在一般情况下，地质构造越复杂，围岩越破碎，巷道的变形越严重
3.1.3围压状态
对于埋深较大的深部岩体垂直应力一般情况下都要都远远超出水其平应力，因此深部软岩巷道周围会形成一定深度的塑性圏。当松动圈范围增大到一定深度时，就会引起巷道的破坏失稳。开挖根本上是在卸载巷道原有载荷的过程，产生两方面力学现象：①开挖后，围岩内储存的弹性能量一部分迅速释放，发生瞬时回弹形变；②其余则向深部移进，不断调整状态达到新的平衡为止。
3.2人为因素
3.2.1施工质量
施工不按照规程实施，施工工序错误，喷层厚度不均，金属网强度不到位，偷工减料等等，存在漏打锚杆、锚杆锚索预紧力和喷浆层厚度不够等现象严重影响巷道的稳定性和生产安全。
3.2.2支护设计不合理
巷道断面、支护方式单调，支护方案设计欠佳等因素造成围压没有得到有效控制，巷道变形大。
4深部高应力软岩巷道支护技术
4.1采用强力锚杆和高预应力锚索，提高设计预紧力，形成可靠的预应力承载结构，保证支护系统初期强度和刚度，发挥锚杆锚索强初撑、急增阻、高工作阻力特性，抑制锚固区围岩滑移离层和剪胀扩容，最大限度保证围岩完整性，减小围岩强度损失。
4.2强力锚杆和高预应力锚索支护基础上实施非对称支护，在巷道右拱肩薄弱部位增设高预应力锚索，协调围岩非均匀变形，使 U 型钢支架与围U 型钢锁腿，每排支架之间增设强力拉杆，优化卡缆结构，保证支架整体稳定性，发挥其高承载能力，且实现让压伸缩与围岩变形相适应。 金属网能够有效地控制锚杆之间岩层的变形，拖住挤入巷道的岩石，是确保锚杆加固作用的重要构件。
4.3加大巷道底板的支护强度，控制挤压流动底鼓，抑制围岩变形发起点。通过高预应力锚索对底板施加主动作用力，每排锚索之间采用槽钢梁连接，形成桁架锚索结构使预应力有效扩散，增大底板滑移线法向应力，提高围岩滑移阻力阻止底板松软破碎围岩向巷道内挤压流动，进而达到控制底鼓的目的。
4.4巷道掘进过程中，及时喷射混凝土层，密闭围岩隔绝空气和水，防止围岩遇水膨胀、潮解剥落强度降低；锚杆锚索和钢筋网布置在喷层中，有利于预应力扩散，改善表面围岩受力状态，使其均匀受压，由二向应力状态向三向应力状态转变。
4.5实施全断面壁后注浆，强化围岩承载结构。能够起到较高的力学性能和良好的耐久性，能大幅度地提高岩体承载力，加强整体性，个别巷道注浆后效果比较明显。
通过大量实践分析提出了以强力锚杆、高预应力锚索为基础，在巷道薄弱部位增设锚索实施非对称支护，采用槽钢梁式桁架锚索加大底板支护强度，及时喷射混凝土层和架设 U 型钢，最后全断面壁后注浆的联合支护方案。笔者认为锚杆锚索支护强度也与金属网的类型有关，要有一定的强度和延伸性才能更好地提升巷道的整体性能。
5结语
在对巷道变形破坏的特点,和正确分析影响巷道变形破坏的各种因素基础上,合理选择巷道变形破坏的支护技术,才能效地发挥巷道应有的作用,以确保煤矿的安全生产。
参考文献：
[1]髙召宁，孟祥瑞深井髙应力软岩巷道围岩变形破坏及支护对策中国煤炭，2007(1)
[2]何满潮深部软岩工程的研究进展与挑战煤炭学报，2014(8)
[3]王超，伍永平赵自豪，等深部软岩巷道变形破坏监测分析煤炭科学技术，2010(11)
[4]康红普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术[M]．北京：煤炭工业出版社，2007．
论文作者:汪雅瑞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/29
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