高应力软岩巷道支护技术研究与实践

陈丁彰

【摘 要】 针对深部软岩巷道围岩发生显著变形以及软岩巷道围岩支护困难的情况，本文基于围岩强度理论和数值模拟结果分析了深部软岩巷道围岩变形机制，并结合工程现场提出了“锚网索+注浆+U型钢支架”的联合支护方案，监测结果表明：采用该联合支护方案后，巷道围岩变形量得到了有效控制。

【关键词】 深部软岩巷道;变形机制;联合支护;围岩控制

【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）05-0004-02

目前煤矿开采逐渐向深部发展，由此带来的地应力大、地温高、地质环境较差等问题，导致深部软岩巷道围岩发生显著变形以及软岩巷道围岩支护困难的情况，严重制约着深部矿产资源的开发与利用。因此许多专家学者在高应力软岩巷道支护方面进行了大量研究，孟庆彬等对深部高应力破碎软岩巷道围岩的变形机理进行了研究，并提出了“锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注”的支护方式。宋沛鑫采用锚网索+注浆+锚注+喷浆的支护方式控制动压影响下的软弱泥岩巷道围岩的变形，并验证了其可行性。许文静分析了巷道动压对巷道围岩支护影响。本文依据以上专家学者的研究成果，针对某矿高应力软岩巷道的工程地质特点，提出了“锚网索+注浆+U型钢支架”的联合支护方案，现场监测结果验证了该联合支护方案的可行性，此研究结果可为类似工程地质条件下的高应力软岩巷道支护技术提供借鉴与参考。

1工程概况

某矿主要运输巷道埋深900m，巷道围岩主要为泥岩及粉砂岩，主要呈灰黑色、薄层状结构，岩石强度较低，且地应力较高，同时运输巷道的断面相对较大，属于典型的高应力软岩巷道。钻孔柱状图及煤岩体力学参数如图1和表1所示。

巷道原支护主要采用“锚杆+锚索+钢带”支护方案，支护参数如下：巷道拱部、帮部采用φ22×2500 mm螺纹锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，锚索采用φ22×6500mm树脂锚索，间排距为1200×1200mm;巷道两帮锚杆规格为φ22×2500 mm，锚杆间排距为600×600mm，每根帮锚杆配套使用CKφ23×500mm，1卷/眼，托盘采用150×150×10mm正方形碗状钢托盘;钢筋网采用φ8mm钢筋网，间距为200×200mm。

2高应力软岩巷道变形机理

2.1围岩强度特性

由于高应力软岩巷道围岩的岩体强度较低以及赋存的高地应力，导致巷道支护难度较大，其主要控制因素为围岩体的岩性特征，软岩巷道围岩的岩体与水易发生反应，出现泥化、崩裂等现象。如果未采用有效的支护方式进行控制，巷道围岩将在短时间内发生变形最终导致失稳破坏。同时岩体中的膨胀性黏土矿物成分也会发生吸水或失水现象，导致巷道围岩发生膨胀收缩，加剧了巷道围岩的破坏程度。

2.2围岩流变特性

由于高应力软岩巷道围岩的流变特性使得巷道围岩易发生破坏或者失稳。为探究不同高应力下软岩巷道围岩的流变特性所造成的围岩变形破坏程度，根据某矿主要运输巷道具体赋存条件及煤岩体力学参数特征，选用FLAC3D软件进行数值模拟分析。所建模型尺寸为60m×50m，模型共划分为65451个单元，78154个节点。所建模型的边界条件为：模型左右边界以及模型上端面设置为应力边界条件，根据巷道不同埋深，在模型的顶面施加载荷，模型前后面以及底面为位移边界;模型计算时采用Burgers本构模型。同时对巷道围岩的岩层简化为水平，不考虑岩体的自重;假定围岩三向的应力值相同，侧压力系数取值为1.2，模型内等间距布置锚杆索。

不同埋深下巷道围岩流变特性曲线如圖2、图3、图4所示。

由图2、图3、图4可知：随着巷道埋深的加大，巷道顶板及巷道帮部的变形量也随之增大，并在开挖后的60天后变形量达到最大值并逐渐趋于稳定;随着巷道埋深的加大，巷道围岩的流变特性也随之增大，且顶板变形量的增加率最大，帮部变形量的增加率次之，底板变形量的增加率最小，控制巷道底板变形过大是整个巷道围岩稳定性的关键。巷道底板的变形量如果过大，将直接影响到巷道顶板和巷道帮部的稳定，所以应加强巷道底板的支护强度。

3优化支护方案

基于该矿的工程地质条件以及深部软岩巷道变形机理，并结合运输巷道的现场实际情况，对原支护方案进行了优化设计，提出了“锚网索+注浆+U型钢支架”的联合支护方案，同时还对巷道底板进行了锚网索+注浆的加固。

巷道拱部、帮部采用φ22×2500 mm左旋无纵筋螺纹锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，锚索采用φ22×6500mm锚索，使用钢绞线制作，间排距为1200×1200mm;巷道两帮锚杆规格为φ22×2500 mm，锚杆间排距为800×800mm，每根帮锚杆配套使用CKφ23×500mm，1卷/眼，托盘采用150×150×10mm正方形碗状钢托盘;钢筋网采用φ8mm钢筋网，间距为200×200mm;钢支架采用U36的工字钢;采用“高压深孔渗透注浆+低压浅孔充填注浆”技术进行分次注浆，注浆范围为5.0m左右。

在运输巷道内采用优化支护方案进行支护并布置JSS30A数显收敛计监测巷道围岩拱部围岩的的变形，根据所得监测数据的平均值绘制原支护方案与优化支护方案的围岩变形量曲线图，如图5所示。

由图5可以看出，采用优化支护方案后巷道稳定后巷道底部最大变形量约为17.1mm，相比于原支护方案巷道底部最大变形量减小了约65.1%，表明巷道围岩变形得到了有效的控制。

4结论

文章对高应力软岩巷道的变形机理进行了数值模拟分析。模拟结果显示：随巷道埋深的加大，巷道围岩的流变特性也随之增大，控制巷道底板变形过大是整个巷道围岩稳定性的关键。

方案优化了巷道原支护参数，提出了“锚网索+注浆+U型钢支架”联合支护方式。现场实践结果表明采用联合支护方式后可有效控制高应力下软岩巷道的围岩变形，保证巷道的稳定性。

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