李仁义

【摘 要】本文分析了松软破碎岩体中巷道失稳及破坏机理，探讨了其支护方法和加固原则。

【关键词】破碎岩体；巷道支护

在松软破碎岩体中开掘巷道，由于地压大，围岩强度低，稳定性差，给掘进和支护增加了难度，常常发生巷道严重变形、破坏，需要反复翻修的情况，既耗费人力，物力和财力，又严重地影响矿井建设和正常生产。特别是近些年来，随着勘探技术和采煤技术的发展，采场正在逐渐向井下深部延深，而越往矿井深部地压越大，围岩越难维护。以上均存在松软破碎岩体中巷道支护的问题。下面就此谈几点看法。

1.软破碎岩体的概念及特征

松软破碎岩体一般指岩体中的岩石结构疏松、容重小、孔隙率大、强度低、硬度小，容易产生塑性变形及流变变形，且岩体内层理，裂隙发育，小断层纵横交错，挤压错动极为明显，各种岩石分布杂乱无章，组成这种岩体的岩石不仅抗压强度低，而且工程岩体自身的不连续面和被连续面分割而成的结构体也影响其强度，例如岩体中的断层剩隙，层理等构成了岩体中的弱面，因此松软破碎程度是显然的。

此外，岩层在地下，受地应力，地下水，地温等的作用影响，相对强度低的岩层也属软岩。矿井深部，虽然岩体本身强度较高，但在埋藏深度大，地质应力大的情况下，也会发生类似软岩的问题，即围岩压力大，使井巷围岩周边应力集中，当应力超过围岩的极限强度时，就会发生破坏，围岩体积扩张，膨胀，向井巷空间内移，扰动范围较大，故作用在支架上的压力增力口，使支护困难。

2.松软破碎岩体中巷道失稳，破坏机理

在岩体中开掘巷道后，改变了原岩体在地下的三轴向应力平衡状态，地应力重新调整，在巷道周边产生应力集中，周边围岩在集中应力作用下向巷道的空间内移动，产生应变。对松软破碎岩体来说，围岩由于二次应力大于该岩体的极限强度，使用围岩产生塑性变形和流变变形，从而使岩体的强度下降，全部或部分丧失岩体自身承载能力。

我们知道，巷道支护是指包括支护体与巷道周围岩体的支承作用在内的联合支承系统。在松软破碎岩体中，支护结构系统的承受载荷Pu与巷道围的自身承载能力σd又有如图1所示的关系。由于松软破碎岩体变形具有明显的时间效应，且初期变形剧烈，若采取传统支护方式，支护结构系统随时被推移，在载荷作用下，支承能力逐渐降低，而围岩的自身承载能力σd也要降低，与此同时支护结构系统承受的载荷Pu增大，这样又引起围岩自身承载能力σd，降低，随之Pu又增大，当支护系统承受的载荷超过支护系统本身所能承受的载荷时，支承系统产生破坏，造成巷道片冒坍塌。

图1 支护结构载荷与巷道围的自身承载能力曲线

3.松软破碎岩体中巷道支护原则

根据松软破碎岩体的力学特征及巷道失稳破坏机理，以及现场实践，可以从以下三个原则人手，来确定支护方案。

（1）封团围岩原则。对于易风化和遇水膨胀的松软破碎岩体，应在巷道开掘后尽早维护，一般在围岩表面喷射一薄层混凝土，封闭围岩，防止同空气、水接触，这样不仅能避免围岩风化、膨胀，同时还可以避免片冒情况的发生，保证安全生产。喷射混凝土厚度根据实践，一般为20-30mm，总的原则是不宜过厚，但又必须封闭住围岩。因为松软破碎岩体具有流变的特点，如果混凝土层过厚，则会具有一定的刚性，限制了围岩的适度形变，进而产生围岩压力增高点，破坏喷层，使围岩暴露于空气中，失去封闭作用。

（2）加固岩体原则。由于松软破碎岩体节理，裂隙，层理发育，断层交错，呈松散和松软结构，岩体强度低，因此必须加固围岩，改变岩体结构，提高岩体的整体性，调整巷道周围的应力场和围岩的力学特征，把作用在支承系统上的外力尽可能地转移到围岩的更深处，同时，使巷道周围的岩体从载荷转化为承载结构的一部分，提高围岩的自身承载能力。

1）注浆加固。松软破碎岩体的稳定性主要取决于岩体内磨擦角和岩体结构面。岩体注浆后，由于浆液的网络胶结作用，增大了岩体的内磨擦角，不仅增加了结构面间的磨擦力，又改善了岩体的连续性，使应力均匀分布，避免应力集中。另外，注浆还能使岩体的弹性模量增大，相对地降低了岩体的塑性，围岩塑性变形范围缩小，注浆一般有水泥浆和化学浆液，后者普遍应用的为聚氨酯材料，注浆需要有注浆专用设备。

2）锚杆挤压加固作用。在松软破碎岩体中安装锚杆，即构。成了锚杆—围岩支扩体系，使本采松软的没有多大联结力的岩块之间，借助于挤压和磨擦力而加强彼此的联结，从而提高了岩体强度。另外，锚杆的加固作用，使围岩由二向受力状态，变为三向受力状态，围岩的残余强度也相对地提高了。由于井下围岩经常是在残余强度的条件下，承担载荷的。所以说提高了围岩的自身承载能力。近些年，由于高强度、超高强度锚杆的研制，在松软破碎岩体中施工巷道时，可以得以应用，既保证锚杆发挥悬吊软岩层的作用，又可以使锚杆与岩体之间形成的挤压加固拱厚度增加，进而提高围岩的强度。

3）让压缓冲原则。在松软破碎岩体中掘进巷道时，围岩处在二向应力的调：整中，围岩向井巷空间移动，围岩压力通过围岩形变得以释放。不允许围岩压力释放是不可能的，单纯采用立即封闭的刚性支护是有害的。刚性封闭支护往往因围岩压力释放而招致变形压力的破坏。桃山矿二井-450环行车场，-300轨道石门在过松软破碎带时先采用封闭碹体支扩，最终导致碹体开裂，巷道被推垮即为例证）。为适应井巷既有支护又不能硬抗的要求，可以考虑选取“让—支”结合的支护方式，保证既能提供一定的支护抗力，限制围岩大幅度塑性流变，又允许围岩有一定的应变，释放压力，从而减少作用在支扩上的载荷。

4.松软破碎岩体中巷道支护的确定

依据以上所述松软破碎岩体中巷道支护的原则，以及实践中所得经验。目前能符合要求的支护方式有以下两种：

（1）注浆—锚网喷支护。对于节理、裂隙、层理、断层发育的围岩体，通过向岩体内注浆，可以使岩体中产生网络胶结作用，提高围岩的整体性；锚杆的应用，可以在围岩体的一定范围内形成一个受挤压的承载环（挤压加固拱），从而使岩体强度提高，金属网与喷浆联合可以增加喷体的抗拉强度，而锚杆本身在承载过程中有10%—15%的伸长量，金属网与喷浆组成酌联合体又具有一定的柔性，故在松软岩层中既可以起到缓冲压力的作用，同时又具有封闭。围岩和支护岩体的功效。

（2）U型钢可缩支架加喷混凝土支护。U型钢支架具有可缩性，且混凝土喷层初期具有较大的塑性形变，二者的特性允许围岩在地应力作用下作适量的收敛变形。当U型钢支架可缩性丧失时，即变成强力钢性支护，最终既达到了释压的目的，又起到了支护围岩的作用。一般在易风化，膨胀的围岩中使用这种支护方式。