深部矿井破碎软岩巷道围岩强化控制体系论文

【摘要】加固围岩以改善和提高围岩本身的力学性能已成为支护技术发展的主流，采用先进科学的维护技术能够改善或保持围岩的稳定性，满足工程要求。

1引言

传统的软岩巷道的支护理论和技术更多的是仅从支护前的巷道工程地质条件出发，采用静态的观点分析问题，很少从巷道维护的全过程出发，也很少考虑开挖后围岩对支护的动态力学响应，采用常规支护时，巷道在整个维护期间稳定性都在降低，围岩赋存状态始终处于劣化状态，因而很多软岩巷道稳定性问题解决的不够理想。

2深部破碎软弱围岩控制理念

（1）软岩巷道维护是支护结构与围岩结构相互作用的过程，其变形与破坏不仅表现为岩石材料的变形破坏，更主要的表现为整体结构的变形与失稳，软岩结构力学效应在工程中占主导地位，控制并允许有的围岩变形，并保持围岩结构的稳定，通过预留空间来满足工程需要是支护的唯一目的。现代支护理论很强调在巷道围岩变形与稳定过程中，通过支护的作用改善围岩的力学性能，强化支护围岩结构，达到稳定围岩变形的目的，实现主动支护，以最经济的方式满足工程要求。

（2）岩体结构和地应力是客观存在的，对特定的工程而言，巷道围岩条件选择的余地很少，而支护及工程施工对巷道围岩稳定性的作用则具有主观性，属于能动的因素。

（3）复杂岩体的施工与维护是一个非线性的力学过程，其稳定性与支护路径有关，有必要运用动态规划原理进行科学的分析，根据岩体及工程特点合理运用支护技术和施工方法。

（4）不同支护技术的组合，同一支护的不同加固时机对巷道围岩的变形和稳定有不同的影响，应当优化组合；开挖与支护方式、支护时机的不同组合导致的围岩变形和破坏应该是不同的。支护选型应以充分利用和维持围岩自稳能力，强化围岩支撑结构为标准，优先选择主动加固方式的支护技术，包括混凝土喷层、高性能预拉力锚杆支护、围岩注浆加固等技术。巷道围岩滞后注浆是滞后参与巷道稳定过程的一种支护方法，注浆前一阶段的围岩稳定性完全取决于其它支护手段，因而注浆必须与其它常规支护相结合，研究它们之间的合理匹配。

3深部破碎软弱围岩强化控制机理

软岩巷道围岩强度弱化和破坏是围岩变形的根源，并表现出阶段性特征。掘巷初期围岩主要表现为张剪复合型的卸荷破坏，强度的弱化主要有两个原因：①应力状态由三维向二维转化；②开挖导致的周边应力集中，在卸压和主应力调整过程中产生较大的主应力差，导致浅部围岩的剪切破裂，逐渐形成破裂圈；随后的一段时期围岩处于相对稳定的平衡状态，并继续变形，围岩物化性质受水气浸蚀，经过一段时间的变形积累，支护围岩结构的平衡趋于极限状态；围岩受环境影响长时强度进一步降低，周围采掘工程产生的应力扰动，直接的采动影响等因素破坏了第二阶段的相对平衡，围岩加速变形，直至支护失效。

因而优良的巷道支护应针对围岩破坏和强度弱化原因采用分阶段加固：

（1）随掘巷及时封闭围岩并补偿径向阻力；

（2）随巷道初期围岩剧烈变形，浅部围岩的破坏主要是应力调整过程中产生的剪应力，在这个动态的调整过程中，提供横穿结构面的岩块、区域间的剪切阻力，阻止破坏的发生，适时提高围岩的剪切强度；

（3）破裂圈形成以后，围岩处于低侧限约束下的破裂状态，宏观裂隙大量产生，帮角等剪切破坏区裂隙发育，承载结构大大弱化，岩块多为点线接触，强度全面降低，此阶段需全面提高围岩强度，主要是削弱宏观裂隙的不利影响，改善结构面（主要是破裂面）的力学性能，使其整体稳定性能大幅度提高，促使承载结构的形成和稳定。

支护选型应考虑下列条件：

（1）直接作用于周边浅部围岩，针对破坏特点、强度弱化的原因及时有效地采取加固措施；

（2）在巷道围岩的变形过程中维护，在不同阶段分别采取“护”、“让”、“支”、“限”技术，以适应围岩的变形特征，并最大限度地利用围岩的自承能力，实现围岩稳定；

（3）主动加固并直接改善围岩破裂体力学性能，以最大限度地提高围岩的承载能力，促使围岩形成整体结构；

（4）由于构造应力的方向性、岩体赋存的不均匀性和分层性，巷道周围会出现一些薄弱部位，应及时采取主动支护手段，有效地强化这些关键部位。

根据分阶段加固过程控制的技术思想，提出如下支护对策：随巷道掘进支护方式以“护”、“让”为主，允许围岩充分变形，优先选择喷层和护顶锚杆支护；掘进影响后期，围岩应力和变形的剧烈调整已基本结束，以“支”、“限”为主，优先选择锚喷支护，并以全长锚固为最可靠，经过应力和变形的后期调整，锚杆进入较合理的工作状态，与围岩共同形成承载结构，并对内部围岩提供较大的支护阻力，使围岩以尽量低的速度变形；为防止围岩长时流变、强度弱化，并保持一定的储备，滞后一段时间注浆加固破裂岩石锚固圈层，以适应应力扰动和采动影响。据此优化的分阶段支护技术概括为：及时喷层、适时锚喷、滞后注浆。

（1）及时喷层。随掘巷岩面暴露，喷薄层柔性混凝土及时封闭岩面，允许掘进初期的剧烈变形，以“护”、“让”为主；破碎条件下可在顶板加打几根锚杆护顶或架棚支护，保证安全。

（2）适时锚喷。在围岩变形速度趋缓时，采用锚喷支护或锚喷网支护，以“支”、“限”为主，提供较高的支护阻力，围岩变形。

（3）关键部位锚索加强。在围岩变形速度趋于稳定后，在巷道帮角及围岩破碎部位采用锚索加强；断层群及构造应力集中区则需要进一步加固处理底板。

（4）滞后注浆。评估巷道稳定后的变形速度及围岩发生一定变形量以后的破裂状态，当不能满足长期稳定时采用滞后注浆技术，将粘结材料压入宏观裂隙，使趋于恶化的围岩条件得到加固，同时强化原锚喷支护，可实现长期维护。

4深部破碎软弱围岩强化控制对策（

1）稳定破碎顶板的预加固技术：从已掌握的资料看，断层带内岩体极其破碎，预计揭露顶板没有自稳时间或自稳时间极短，难以满足必要的处理时间，并可能因控制不及时导致大范围抽冒，因此超前预加固是必要的，结合破碎岩体内的钻孔机具选择、成孔质量、注浆效果及施工难度，选择合理的循环加固深度及加固方式，有效控制顶板是十分关键的，这既是保持顶板安全稳定的基础，又是后续分歩实施围岩综合控制技术的前提。

2）组合支护技术：两种以上的主动支护方式的联合即组合支护，常见的是组合方式有：预拉力锚杆和预拉力锚索的组合支护、高性能锚杆和围岩注浆的组合支护、高性能锚杆和 U 型钢组合支护及锚架注组合支护等。组合支护的关键是保持围岩性质、各种支护手段的同步承载以及刚度匹配问题。在软岩动压巷道推广锚杆支护一直很困难，因为锚杆支护质量和支护效果在很大程度上取决于所锚岩体的力学性能，软岩动压巷道的可锚性差是造成锚杆锚固力低和支护失效的重要原因，注浆加固对岩性有明显的改善作用，通常有两种方式：①在锚杆支护、金属支架或其它支护的基础上，单独钻孔注浆加固；②将注浆和锚杆统一起来的锚注一体化支护技术。实践和理论都表明锚注联合支护技术具有较大的优越性，是支护技术的发展方向之一。

5结束语

总之，因此加固围岩以改善和提高围岩本身的力学性能已成为支护技术发展的主流，采用先进科学的维护技术能够改善或保持围岩的稳定性，满足工程要求。

参考文献：

[1] 刘特洪，林天健.软岩工程设计理论与施工实践[M].中国建筑工业出版社，2001

[2] 何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程力学[M].科学出版社，2002