深埋准备巷道支护参数设计

深埋准备巷道支护参数设计
作者：黄贺军
来源：《中国新技术新产品》2012年第20期
摘要：深部巷道围岩的力学性质发生了明显变化，从而表现出其特有的力学特征现象：浅部表现为普通坚硬的岩石在深部可能表现出大变形、难支护的软岩特征，分析深埋巷道支护难点，针对提高围岩残余强度、充分发挥围岩自承载能力及巷道围岩弱结构控制原则，提出1015轨道大巷掘进支护方案，为类似条件下巷道支护设计提供参考。

关键词：深埋；准备巷道；支护设计
中图分类号：TM402 文献标识码：A
1支护难点分析
根据1015轨道大巷地质条件和前阶段支护效果，该巷道支护主要存在以下技术难题：
（1）巷道埋深大
浅部岩体多数处于弹性应力状态，但进入深部以后多数巷道受"三高"和"一扰动"的作用，使深部巷道围岩的力学性质发生了明显变化，从而表现出其特有的力学特征现象浅部表现为普通坚硬的岩石在深部可能表现出大变形、难支护的软岩特征，即多数深部岩体处于塑性、粘塑性、流变的潜在破坏状态下。

在深部下巷道一旦被开挖，岩体原有的三向平衡应力状态被打破，很快产生碎胀变形破坏，造成巷道周边破碎岩体增多、巷道支护困难等一系列问题，导致灾害事故增多，如大面积来压、冒顶、大变形且长期处于流变状态、冲击地压等，明显不同于浅部岩体表现出来的力学特性，导致深部巷道维护十分困难。

（2）该上山为矿井主要巷道，服务年限相对较长，对变形控制要求高；
（3）巷道高度大，施工控顶难度大，打眼、安装锚杆、锚索等工序操作相对困难，部分地段存在淋水现象，对施工队伍的操作水平、施工质量和现场的管理水平等要求相应较高。

2支护的原则
2.1 提高围岩残余强度的原则
由于深井巷道在低围压、高应力差作用下，围岩普遍处于岩石峰后残余强度阶段，提高围岩残余强度主要有三个技术途径：
（1）提高支护阻力
由于支护阻力是支架对围岩提供的一个围压，使巷道周边围岩从二向应力状态转化为三向应力状态，从而提高围岩的残余强度。

（2）锚杆加固围岩
实验证明，锚杆能利用其锚固力将破碎围岩锚固起来，在锚固剂作用下，将锚杆杆体周围的破碎岩块组合成串，使破碎岩块胶结成钢筋岩柱（见上图1），并且在托锚力的作用下对围岩提供一定的围压，使破裂岩体由原来的二向应力状态转化为三向应力状态，从而恢复和提高了破裂围岩的残余强度，形成具有较高承载能力和可塑性的锚固层。

锚杆锚固力大、密度高、这种加固作用就越明显。

（3）注浆加固。

破碎严重的岩体，单纯依靠锚杆加固不能满足要求时，采用注浆加固能提高松动破碎围岩强度。

注浆方式可采用单独注浆或采用外锚内注的"锚注式"锚杆。

2.2 充分发挥围岩承载能力的原则
充分发挥围岩的承载能力，主要体现在以下几个方面：
（1）二次支护
理论和实践证明，深井巷道采用一次强阻力刚性支架来维护围岩是不适应深井巷道初期变形量大、变形速度快的特点，应采用二次支护原则。

一次支护主要是加固围岩，提高其残余强度，在不产生过度膨胀、剪胀变形的条件下，利用二次支护使围岩应力以变形的形式得到释放。

（2）调动巷道深部围岩
巷道开挖虽然扰动围岩，但其范围是有限的，巷道深部围岩强度比浅部围岩强度明显要高。

因此巷道深部围岩对于深井巷道围岩的控制是一种丰富的可利用资源，有关学者提出了调动深部围岩强度控制深井巷道地压的思想。

通过研究发现，将一定长度的锚索在适当的部位锚入深部围岩，调动深部岩体强度后，能很好地改善围岩的应力状况和围岩的自身性能。

通过锚索使深部岩体有效地承担了浅部围岩的荷载，控制围岩的大变形。

（3）喷射砼
封闭暴露面的主要方法是采用喷层支护，即在巷道围岩暴露后立即向巷道周壁喷射能快速硬化的砂浆或混凝土，以便在巷道周壁上形成保护层，其作用不仅可以减少环境对围岩表面的破坏，防止围岩新暴露面风化吸潮，还可防止个别离层和松动岩块突然冒落，此外，一定厚度的喷层对围岩也起支撑和加固作用，有利于使围岩保持稳定状态。

2.3 巷道围岩弱结构控制的原则
巷道开挖后，两帮及顶底板变形破坏并不是均匀的，而是首先从巷道某一个或者某几个部位开始变形破坏，从而导致整个巷道的支护体失稳，巷道围岩首先从弱结构开始破坏，这些首先破坏的部位称为支护的"关键部位"。

一旦巷道支护体的强度、刚度及可缩量不适应巷道弱结构部位的变形时，就会发生破坏，然后导致其它部位破坏，最终使巷道围岩破坏失稳。

长期以来，巷道支护一直习惯于巷道全断面均匀支护，实践证明这是不合理的，应该针对巷道的弱结构部位进行加强支护，使巷道围岩应力分布趋于均匀，而达到良好的控制效果。

31015轨道大巷支护方案
根据现场测试结果、围岩状况和上述要求，较为理想的支护方案应为"一次锚网喷（让压变形）+二次锚索和锚注（围岩结构强化）"分步加强联合支护方式。

其中在巷道破碎带采用"架棚（让压变形）+二次锚索和锚注（围岩结构强化）"分步加强联合支护方式。

设计支护示意图如下：
（1）一次支护：
（3）巷道注浆
注浆顺序：从底角眼孔开始注浆，尽可能低压注浆，依次向上注浆充填满。

结语
针对1015轨道大巷深埋压力大、服务年限长、巷道高度大等支护难点，结合提高围岩残余强度、充分发挥围岩自承载能力及巷道围岩弱结构控制原则，提出1015轨道大巷掘进时分步加强联合支护方案，为类似条件下巷道支护设计提供参考。

参考文献
[1]何满潮，谢和平，彭苏萍等. 深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2006，24（16）：2803-2813.。