关键词：高应力；软岩巷道；支护技术
长期以来岩石力学与工程界仍未就软岩的概念达成共识认为，在高地应力区经常遇到一类特殊岩体，当其处于地表浅部或低地应力条件下，岩体显示出较坚硬的特征；处于高地应力环境时，当围压较低时，岩体尚具有较高的强度和弹性模量，当围压较高时，岩体表现出“软岩”特征。显然，它有别于一般意义上的软岩，是一种特殊的、在高应力环境下的工程软岩体，称这类软岩为高应力软岩。 在矿井建设中，软岩巷道支护历来是巷道工程的难题。以前对软岩巷道支护没有很好的治理办法，绝大多数是在巷道开挖支护后，随着围岩和支护体的变形而进行一次次修复，直至巷道完成服务年限。这种传统的开挖一支护一破坏一修复一再破坏一再修复的方式和理念，不仅支护工作量大，耗时费力，成本高，而且安全性、巷道环境状况差。现在随着巷道支护技术不断的提高，巷道支护有效地得到改善。
1 软岩巷道变形特点
软岩巷道的变形特点主要有围岩的变形量大、变形出现的范围广、初期发展的速度快等。首先是围岩的自稳时间非常短，自稳时间所致的是没有任何支护措施的情况下，围岩被挖开之后暴露在外到被破坏所经过的时间，该时间是不确定的、呈现动态发展的趋势。软岩巷道的围岩自稳时间段，只有进行超前支护才能保证不脱落；其次是围岩的变形速度快、同时持续的时间非常长。通常来说，从开始开掘，围岩的变形速度大概为5-19mm每天，最快甚至达到50-150mm每天，持续时间在1-2个月之间不等，最长可能持续半年以上；第三是巷道围岩的变形量非常大，由于其地质环境非常复杂，在开掘之后如果不及时采取相应的措施很容易出现顶板脱落、地板上臌以及两帮移近量大的现象，此时仍不进行控制，巷道很可能被完全破坏；最后的特点是围岩遇水会发生膨胀从而导致变形加剧。
2 软岩巷道的支护原理
软岩巷道和硬岩巷道支护原理截然不同，这是它们的本构关系不同决定的。硬岩巷道支护不允许硬岩进入塑性，因为进入塑性的硬岩将丧失承载能力。而软岩巷道支护必须允许软岩进入塑性状态，而且以达到其最大塑性承载能力为最佳，软岩巷道支护的另一个独特之处是，其巨大的塑性能（如膨胀变形能等）必须以某种形式释放出来。
软岩巷道开挖后，巷道围岩变形会逐渐加大。按变形速度划分，可划分3个阶段：减速变形阶段、近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。当进入加速变形阶段时，岩体本身结构改组，产生新裂纹，强度大大降低。解决此问题的关键是最佳支护时间概念的建立和最佳支护时段的确定。
3 国内外高应力软岩巷道支护技术发展概况
目前，西欧大多数国家各类不同类型的锚杆、组合锚杆、锚杆桁架及锚索支护约占支护总量的90%，美国、澳大利亚在近几十年的煤矿深部开采中，一直以锚杆支架为主体进行联合支护。深部围岩一般采用锚网、组合锚杆（网）、高强超长锚杆（网）等支护形式；对于极不稳定围岩主要采用组合锚杆桁架、锚索支护、锚喷网与锚索联合支护等形式。20世纪80年代以来，我国从支护材料、支护形式和支护工艺改革等方面着手对深部高应力软岩巷道支护进行研究，发展形成了锚喷支护、可缩性金属支架和高强度砼弧板支架及锚注加固等软岩巷道支护体系。
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4 高应力软岩巷道支护技术
4.1 锚注加固技术
注浆技术在工程上第一次应用是200年前的法国土木工程师查理斯·贝里格尼（Charles Bering）进行地基加固。我国对注浆技术的研究和应用起步较晚，20世纪50年代初期开始矽化法在矿山行业中采用井巷注浆技术实践应用。“八五”重大科技攻关课题提出了将锚杆和注浆结合的锚注一体化支护技术。锚注加固技术实用性强、应用范围广，已广泛应用于矿山。锚注加固是一种新型支护加固方法，在深部软岩巷道应用中能充分发挥和调动围岩的承载能力，为巷道稳定性控制提供良好的围岩环境，是深部软岩巷道支护一种重要技术。20世纪80年代以来，以支护为目的的巷道围岩注浆技术在苏联、德国等地开始研究与推行，我国同期也在深部复杂和不良岩体的巷道工程中采用注浆技术。
4.2 超高强度螺纹钢锚杆
这是一种利用超高强度螺纹钢锚杆支护为围岩提供支护阻力的方法。这种方法比一般普通锚杆支护力提高三倍。可以大大降低巷道围岩离层、离析等的发展。同时，可以在作业中使用高强度和超高强度螺纹钢锚杆实现全长锚固，从而降低巷道围岩的大变形和移动，保护巷道顶板的稳定。
4.3锚索支护
巷道的围岩发生变形时，锚索施加的预拉力通过内锚头与外锚头产生压力作用，平衡变形力、维护巷道的稳定性。一般情况下，煤矿巷道中锚杆与描索大多都是配合进行使用。当及时采用正常的支护方式之后，就会形成错杆和预应力锚索的加固群体，相邻的锚杆和铺索之间的作用力就会相互叠加，形成一个承载拱，这个承载层与单用铺杆相比其厚度得到成倍的增加，促使巷道围岩发挥出更好的承载性能。锚索支护方式应用在煤矿巷道的支护工程中的特点有：承载性能非常强，锚固的深度越大，支护能力就可靠；锚索的体积和质量都不大，施工中较为灵活，使用较为方便、可靠，有效的提高巷道的掘进效率；支护效果良好，能够节约巷道、顶板的维护修理费用，具有很好的经济与技术推广价值；在负荷顶板以及交叉点的支护作用更为明显。但是其成本较高，所以通常与锚杆结合进行支护。
4.4 联合支护技术
合支护形式就是同时使用多种支护方式对同一地点的顶板进行支护，联合支护的主要形式有：锚注加固、锚喷和U型钢联合支护、锚喷和注浆型钢可伸缩性支架联合支护法、三联锚杆支护等支护形式。煤矿设计人员在选择联合支护时，必须根据现场的地质条件和生产作业形式，选择合理的联合支护方式。在这几中联合支护中，锚喷支护是性能优越、性价比最高的一种支护形式，应作为首要选择。
5结束语
作为一名煤矿技术管理人员，要结合矿井的实际条件，采用科学合理适宜本矿井高应力软岩巷道支护技术，不断提高高应力软岩巷道支护技术，为煤矿安全生产做出更大的贡献。
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论文作者:刘 隽
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：巷道论文; 围岩论文; 应力论文; 技术论文; 锚杆论文; 顶板论文; 塑性论文; 《工程管理前沿》2020年3期论文;