[摘 要]随着对矿山开采的深度以及范围的不断扩大，其深部软岩出现的大变形、地压以及难支护等非线性软岩力学特性表现也越来越显著，对其进行有效的支护也成为研究新方向。本文分析探讨了深部软岩巷道围岩出现变形与破坏的特征以及使用锚杆支护的作用原理，结合实际工程案例，提出使用钢绞线锚索、锚杆以及工字钢反拱地梁等对深部软岩巷道的变形进行控制，具有较好的推广价值。 [关键词]深部软岩巷道；锚杆支护技术；钢绞线锚索 中图分类号：td353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0052-01 一般来说，矿山巷道围岩稳定性的主要影响因素是围岩强度以及应力状况，同时也受到支护的作用。巷道围岩的状态发生变化，则锚杆支护也呈现不一样的作用机理。较为经典的有悬吊作用、加固拱作用以及组合梁作用等，依据不同角度反映出锚杆支护和加固围岩的作用机理。但是值得思考的是，这一类的传统方法，没有将锚杆的加固作用和围岩的稳定性结合在一起，，所以也不能反映出锚杆支护对于改善围岩应力状态的作用。当前的矿山开采深度大，所以受到采动及构造应力额影响较大，具有深部地质构造复杂、巷道围岩出现严重破坏、深部巷道围岩的变软等特征。因此，对深部软岩巷道的支护技术进行研究，对于矿山安全生产有重要的现实意义。 1、 深部巷道围岩变形特征与支护原理 1.1 深部巷道围岩的变形特征 巷道被开掘之后，原岩的应力平衡遭到破坏，围岩的应力开始重新分布。而随着时间的推移，其应力处于不断变化的状态下，围岩中出现“张拉域”以及“压缩域”两种现象。深部巷道的主要变形特征有：围岩面临空面位移的情况，围岩出现变形，于0-2.5m的范围中产生张拉域，此时支护工作不及时会导致位移情况进一步的扩大；围岩纵深在2.5-6.0m的范围中出现压缩域，其出现是围岩自承能力发挥作用以及向稳定平衡方向转化的标志。 1.2 深部软岩巷道的支护原理 巷道稳定性包含围岩的稳定性以及支护结构的稳定性两个方面。传统支护作用中，工作人员将巷道维护作为单纯的支护结构问题进行处理，没有与支护类型、巷道掘进方法以及工艺过程相联系，存在明显的问题与缺陷：围岩自承能力没有得到发挥和利用，忽视围岩的变形力学特征以及在挖掘过程的发展，忽视应力根本性破坏作用。针对这样的情况，应当将深部巷道维护的重点放在围岩自承能力的发挥与利用上。其基本原理为：使工程中的支护体系与结构、参数、工艺过程等适应围岩的变形，确保支护的特性与围岩变形力学特性的适应性，最大限度地发挥出围岩以及支护体系的性能，对围岩的变形进行控制、维护巷道的稳定。 2、 锚杆加固原理与锚杆支护设计 2.1 锚杆加固的原理 首先是通过增强筋作用，如在混凝土中添加钢筋，从而使混凝土的强度和性能大幅度的改善。相较于其他的支护形式，锚杆不是单纯的支挡作用，而是插入到岩层里面，如同在混凝土当中添加了钢筋，形成某种由锚杆和围岩组成而成的复合体，很大程度的提高了围岩的强度和整体性；其次是主动支护的作用，锚杆插入到围岩的内部之后能够提高围岩强度，同时防止围岩出现松弛，控制各种物理或者化学反应对围岩产生的弱化作用。尤其是在超前工作面的一定距离中实施锚杆支护，能够有效的起到预先控制的作用；最后是包体预应力作用，锚杆与巷道的围岩先比是一宗异质包体，其变形模量要明显高于围岩的变形模量，这样的差异导致锚杆对围岩产生相应的约束力，阻止了位移的发生。 2.2 锚杆支护设计 锚杆发生作用的机制是通过产生的约束作用控制锚固体，防止其发生松散、保持整体性，从而拱内岩体的自稳性以及承载能力。围岩稳定的基础就在于锚固体内形成能够保持自身平衡的压力拱――锚固平衡拱。但是从根本上来说，深部软岩巷道不能单一的采用锚杆支护结构，而是应该采取复合支护技术，让支护体与锚固范围之中的围岩共同形成承载体，使围岩的稳定性以及抗应变能力得到增强。此外，锚杆杆体的选择必须为高强度，施工方式与工艺也要有助于提高锚杆初锚力。 3、 工程实例 3.1 工程概况 现对某矿山-920m水平岩的集中巷埋深度为1080m，巷道的宽度为4.3m、高度为3.6m，巷道的断面为直墙半圆的拱形。沿着层面法线的方向向上约25-30m处为矿山的第六层矿，围岩的性质为粉砂岩，其坚固系数f=4-7。工程原本使用的是F22mm×1800mm的锚杆全长水泥药卷锚固，锚固之间的间距设置为0.4m，排距为0.8m。采用特种加固措施在巷道的顶部设置3根长度为6m，F14mm的钢绞线锚索，其排距为2.5m。使用这样的方式，开掘后约60天就出现了较大的变形情况，变形先从顶部开始，逐渐延伸到后底部以及两帮，其变形量为200mm、300-500mm以及100-200mm，支护结果非常不理想，因此需要对其进行优化加固的处理。 3.2 深部软岩巷道锚杆支护 根据上述的案例实际信息能够得知，该巷道为高应力软岩巷道，需要采取的主要手段应该是对围岩的应力状态进行调整改变，以适应其高应力的特点，让支护在释放围岩应力的同时允许出现一定的变形，但是同时需要保证围岩受到的破坏较小，稳定性能较好。所以其支护方式应该是主动支护和被动支护两者结合的方式，也就是：钢绞绳锚索+锚杆+工字钢反拱底梁+柔性喷层的整体方案。具体情况为： 考虑到巷道的断面形状以及深部巷道产生的压力较大、底臌现象非常严重等因素对巷道底板卧底进行施工，设定巷道的中轴线卧底深度为625mm，呈圆弧形反拱的形状，半径设为5.5m； 其次设定巷道的支护参数以及形式，首先沿着顶板和两帮以不同的形式进行支护，分别为普通锚固断面形式以及锚索锚固断面形式。普通锚固断面形式：顶板和巷道两帮的锚杆杆体选择使用F22mm、长2.5m的螺纹钢，每一根锚杆都需要使用树脂药卷全长锚固，数量为3卷。锚杆之间的间距0.7m。使用锚索对断面进行锚固，巷道顶板设置长度为5m的锚索3根，之间的间距为2.1m；此外两帮也要各打一根长度为4m的锚索。其具体施工方式为：使用树脂药卷对端部进行锚固，然后使用水泥砂浆灌注。掌握好锚杆和锚索之间的间距，每间隔两排普通锚杆打锚索1排。巷道底板采用12#的工字钢或者是旧钢轨制成的反拱底梁，与底板锚杆支护配合使用，底板锚杆之间的间距为0.9m。为封闭围岩，在巷道两帮及顶部进行网喷，金属网的规格为500mm×920mm，喷层的厚度为150mm，在混凝土当中适当的添加有机添加剂增强其柔性。 3.3 结果 在施工之后的60天对巷道的变形情况进行监测发现，巷道顶板的平均位移量为58.4mm，臌量为30.6mm，两帮的位移量约为78.3mm，与使用传统方式相比，变形量均有很大程度的下降，明显优于之前的支护结构；在巷道投入使用之后的两年内没有出现非常明显的变形与破坏，能够有效的保证矿山的安全生产。 结束语 综上所述，本文首先对深部软岩巷道围岩出现变形与破坏的特征以及使用锚杆支护的作用原理进行分析探讨，结合实际的工程案例，使用钢绞线锚索、锚杆以及工字钢反拱地梁等对深部软岩巷道的变形进行控制，取得了较好的效果，巷道的变形和破坏情况得到有效的抑制，值得在工程中推广。 参考文献 [1] 王振，刘超，张建新等.深部软岩底鼓巷道锚注联合支护技术[J].煤炭科学技术，2012，40（8）：24-27.
[摘 要]随着对矿山开采的深度以及范围的不断扩大，其深部软岩出现的大变形、地压以及难支护等非线性软岩力学特性表现也越来越显著，对其进行有效的支护也成为研究新方向。本文分析探讨了深部软岩巷道围岩出现变形与破坏的特征以及使用锚杆支护的作用原理，结合实际工程案例，提出使用钢绞线锚索、锚杆以及工字钢反拱地梁等对深部软岩巷道的变形进行控制，具有较好的推广价值。 [关键词]深部软岩巷道；锚杆支护技术；钢绞线锚索 中图分类号：td353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0052-01 一般来说，矿山巷道围岩稳定性的主要影响因素是围岩强度以及应力状况，同时也受到支护的作用。巷道围岩的状态发生变化，则锚杆支护也呈现不一样的作用机理。较为经典的有悬吊作用、加固拱作用以及组合梁作用等，依据不同角度反映出锚杆支护和加固围岩的作用机理。但是值得思考的是，这一类的传统方法，没有将锚杆的加固作用和围岩的稳定性结合在一起，，所以也不能反映出锚杆支护对于改善围岩应力状态的作用。当前的矿山开采深度大，所以受到采动及构造应力额影响较大，具有深部地质构造复杂、巷道围岩出现严重破坏、深部巷道围岩的变软等特征。因此，对深部软岩巷道的支护技术进行研究，对于矿山安全生产有重要的现实意义。 1、 深部巷道围岩变形特征与支护原理 1.1 深部巷道围岩的变形特征 巷道被开掘之后，原岩的应力平衡遭到破坏，围岩的应力开始重新分布。而随着时间的推移，其应力处于不断变化的状态下，围岩中出现“张拉域”以及“压缩域”两种现象。深部巷道的主要变形特征有：围岩面临空面位移的情况，围岩出现变形，于0-2.5m的范围中产生张拉域，此时支护工作不及时会导致位移情况进一步的扩大；围岩纵深在2.5-6.0m的范围中出现压缩域，其出现是围岩自承能力发挥作用以及向稳定平衡方向转化的标志。 1.2 深部软岩巷道的支护原理 巷道稳定性包含围岩的稳定性以及支护结构的稳定性两个方面。传统支护作用中，工作人员将巷道维护作为单纯的支护结构问题进行处理，没有与支护类型、巷道掘进方法以及工艺过程相联系，存在明显的问题与缺陷：围岩自承能力没有得到发挥和利用，忽视围岩的变形力学特征以及在挖掘过程的发展，忽视应力根本性破坏作用。针对这样的情况，应当将深部巷道维护的重点放在围岩自承能力的发挥与利用上。其基本原理为：使工程中的支护体系与结构、参数、工艺过程等适应围岩的变形，确保支护的特性与围岩变形力学特性的适应性，最大限度地发挥出围岩以及支护体系的性能，对围岩的变形进行控制、维护巷道的稳定。 2、 锚杆加固原理与锚杆支护设计 2.1 锚杆加固的原理 首先是通过增强筋作用，如在混凝土中添加钢筋，从而使混凝土的强度和性能大幅度的改善。相较于其他的支护形式，锚杆不是单纯的支挡作用，而是插入到岩层里面，如同在混凝土当中添加了钢筋，形成某种由锚杆和围岩组成而成的复合体，很大程度的提高了围岩的强度和整体性；其次是主动支护的作用，锚杆插入到围岩的内部之后能够提高围岩强度，同时防止围岩出现松弛，控制各种物理或者化学反应对围岩产生的弱化作用。尤其是在超前工作面的一定距离中实施锚杆支护，能够有效的起到预先控制的作用；最后是包体预应力作用，锚杆与巷道的围岩先比是一宗异质包体，其变形模量要明显高于围岩的变形模量，这样的差异导致锚杆对围岩产生相应的约束力，阻止了位移的发生。 2.2 锚杆支护设计 锚杆发生作用的机制是通过产生的约束作用控制锚固体，防止其发生松散、保持整体性，从而拱内岩体的自稳性以及承载能力。围岩稳定的基础就在于锚固体内形成能够保持自身平衡的压力拱――锚固平衡拱。但是从根本上来说，深部软岩巷道不能单一的采用锚杆支护结构，而是应该采取复合支护技术，让支护体与锚固范围之中的围岩共同形成承载体，使围岩的稳定性以及抗应变能力得到增强。此外，锚杆杆体的选择必须为高强度，施工方式与工艺也要有助于提高锚杆初锚力。 3、 工程实例 3.1 工程概况 现对某矿山-920m水平岩的集中巷埋深度为1080m，巷道的宽度为4.3m、高度为3.6m，巷道的断面为直墙半圆的拱形。沿着层面法线的方向向上约25-30m处为矿山的第六层矿，围岩的性质为粉砂岩，其坚固系数f=4-7。工程原本使用的是F22mm×1800mm的锚杆全长水泥药卷锚固，锚固之间的间距设置为0.4m，排距为0.8m。采用特种加固措施在巷道的顶部设置3根长度为6m，F14mm的钢绞线锚索，其排距为2.5m。使用这样的方式，开掘后约60天就出现了较大的变形情况，变形先从顶部开始，逐渐延伸到后底部以及两帮，其变形量为200mm、300-500mm以及100-200mm，支护结果非常不理想，因此需要对其进行优化加固的处理。 3.2 深部软岩巷道锚杆支护 根据上述的案例实际信息能够得知，该巷道为高应力软岩巷道，需要采取的主要手段应该是对围岩的应力状态进行调整改变，以适应其高应力的特点，让支护在释放围岩应力的同时允许出现一定的变形，但是同时需要保证围岩受到的破坏较小，稳定性能较好。所以其支护方式应该是主动支护和被动支护两者结合的方式，也就是：钢绞绳锚索+锚杆+工字钢反拱底梁+柔性喷层的整体方案。具体情况为： 考虑到巷道的断面形状以及深部巷道产生的压力较大、底臌现象非常严重等因素对巷道底板卧底进行施工，设定巷道的中轴线卧底深度为625mm，呈圆弧形反拱的形状，半径设为5.5m； 其次设定巷道的支护参数以及形式，首先沿着顶板和两帮以不同的形式进行支护，分别为普通锚固断面形式以及锚索锚固断面形式。普通锚固断面形式：顶板和巷道两帮的锚杆杆体选择使用F22mm、长2.5m的螺纹钢，每一根锚杆都需要使用树脂药卷全长锚固，数量为3卷。锚杆之间的间距0.7m。使用锚索对断面进行锚固，巷道顶板设置长度为5m的锚索3根，之间的间距为2.1m；此外两帮也要各打一根长度为4m的锚索。其具体施工方式为：使用树脂药卷对端部进行锚固，然后使用水泥砂浆灌注。掌握好锚杆和锚索之间的间距，每间隔两排普通锚杆打锚索1排。巷道底板采用12#的工字钢或者是旧钢轨制成的反拱底梁，与底板锚杆支护配合使用，底板锚杆之间的间距为0.9m。为封闭围岩，在巷道两帮及顶部进行网喷，金属网的规格为500mm×920mm，喷层的厚度为150mm，在混凝土当中适当的添加有机添加剂增强其柔性。 3.3 结果 在施工之后的60天对巷道的变形情况进行监测发现，巷道顶板的平均位移量为58.4mm，臌量为30.6mm，两帮的位移量约为78.3mm，与使用传统方式相比，变形量均有很大程度的下降，明显优于之前的支护结构；在巷道投入使用之后的两年内没有出现非常明显的变形与破坏，能够有效的保证矿山的安全生产。 结束语 综上所述，本文首先对深部软岩巷道围岩出现变形与破坏的特征以及使用锚杆支护的作用原理进行分析探讨，结合实际的工程案例，使用钢绞线锚索、锚杆以及工字钢反拱地梁等对深部软岩巷道的变形进行控制，取得了较好的效果，巷道的变形和破坏情况得到有效的抑制，值得在工程中推广。 参考文献 [1] 王振，刘超，张建新等.深部软岩底鼓巷道锚注联合支护技术[J].煤炭科学技术，2012，40（8）：24-27.