软岩及软岩巷道支护中一些问题的探讨

软岩及软岩巷道支护中一些问题的探讨摘要：我国软岩地区矿井分布广泛，随着矿井开采深度的增加，地应力加大，加之地质条件逐渐复杂，软岩巷道支护问题愈趋严重。本文基于软岩的分类及软岩巷道判定方法，根据软岩巷道变形机制的3大类型，即物化膨胀型，应力扩容型和结构变形型，提出了目前的软岩巷道支护技术中的利用粉煤灰进行壁后充填技术、刚柔层支护技术、刚隙柔层支护技术、超前锚杆支护技术、锚网—锚索耦合支护技术及立体桁架支护技术方案。

关键词：软岩分类巷道支护变形机制技术

1引言

软岩问题从20世纪60年代就作为世界难题被提了出来，特别是软岩巷道支护，历年是巷道工程的难题。软岩的类型是多种多样的，巷道穿过软岩的类型不同，其支护对象也不同，在软岩巷道支护前判定其支护对象和把握围岩支护难度是非常重要的。我国有软岩的矿井分布很广，加之矿井开采深度的增加，地应力加大，原来巷道支护不太困难的矿井，也面临支护难的问题，加之地质条件逐渐复杂，软岩巷道支护问题愈趋严重。软岩巷道支护研究应从工程地质分析岩层特性及其分类入手，弄清其变形力学机制及非线性变化规律，抓住支护技术的关键技术，实施有效的转化及巷道设计优化，取得成功的支护效果，本文基于软岩的分类、分析软岩巷道支护的变形机制，提出软岩巷道支护技术。

2软岩的分类及软岩巷道的判定

2.1 软岩分类

软岩分类是围岩分类的一种特殊情况，由于软岩工程特点和人们认识的软岩的出发点不同，国内外对软岩的分类方法有很多种，主要有以下几种观点。

2.1.1 普氏岩石分级法

最早给岩石进行系统分级的是俄国学者m.m.普罗托尼亚科诺夫于1907年提出来的，简称普氏分级法。该法用岩石坚固性系数f

来分类围岩，f值等于岩石的单向抗压强度除以10，f也称为普氏系数。在50～60年代，我国各地下工程部门，包括各类矿山，基本上按坚固性进行岩石分级。坚固性系数是指岩石间相对的坚固性在数量上的表现，它最重要的性质在于不问是何种抗力，以及这种抗力是如何引起的，而给予岩石相互之间进行比较的可能性。在普氏岩石分级法将岩石分为x级，其中的第ⅵ和级定为相当软的岩石，我国许多矿山的科技工作者也认同f100﹪为剧烈膨胀性岩石。

2.2 生产中软岩巷道界限的确定

目前对软岩巷道界限确定从以下几个方面判定。

（1）按岩石的坚固程度性判别。

在地质柱状图中，如果巷道穿过的岩层的普氏系数f经过多年来对软岩巷道支护工程实践，结合其变形力学机制，目前我国采用的支护技术有以下几种。

3.1 利用粉煤灰进行壁后充填技术

西安科技大学的黄庆享、余学义教授等，针对白皎煤矿砌碹巷

道开展了研究，指出了巷道破坏的机理是围岩大变形过程中碹体与围岩不均匀接触造成破坏，最后提出了利用粉煤灰进行壁后充填来改善支护结构与围岩接触条件的措施，取得了一定的效果。这种支护技术是针对已有的砌碹支护的改善。

3.2刚性层（rfl）支护技术

预留刚柔层支护技术是何满潮教授开发的拥有国家发明专利的技术，是利用软岩的特点，在支护体内设置一种刚柔层，使其具有足够的柔度来适应软岩巷道的大变形，在一定时刻具有足够的刚度来限制软岩的破坏变形，使支护体的刚度与围岩的刚度达到基本匹配或完全匹配，以来释放围岩变形能，从而达到支护经济安全的方法。它特别适用于软岩巷道变形机制中的物化膨胀型，对于具有大变形、大地压、难支护的蒙脱石型软岩巷道的支护，效果很好。

3.3刚隙柔层（rgfl）支护技术

预留刚隙柔层支护技术，是在支护体内设置刚性层和柔性层，两者之间留有一定间隙，成刚性柔层，使其能具有充分的柔度和间隙来适应软岩大变形，又在一定时刻具有充分的限制围岩的有害变形。它是一种高应力转化最多，围岩强度保护最好的支护技术。它基本是用于结构变形型的软岩巷道，对于可以喷山混凝土的软岩巷道也可以使用该技术。

3.4 超前锚杆支护技术

超前锚杆支护技术，在节理发育、破碎岩体的巷道施工中，它是一种新兴的支护结构，是解决松软破碎岩石巷道施工的一种值得

推广的方法。在巷道未开拓前，预先向破碎体内部打入多个锚杆，通过锚杆的锚固作用，让自身形成了一个有一定强度和刚度的块体（梁），使块体内部的破碎岩层不产生或产生较小的离层，防止了破碎岩体的风化和开裂扩展，使整个块体自身达到稳定状态；再让破碎岩石块体通过超前锚杆锚固力作用与直接顶或老顶形成一个整体，从而发挥了增强岩体自承能力，达到支护的目的，其作用是对开挖面前方的围岩进行预先加固补强，从而防止围岩在开挖后坍塌。在实际应用中，采用超前锚杆支护技术能顺利通过松散、破碎带或土砂质地层，可以用于软岩巷道变形力学机制中的物化膨胀型和应力扩容型复合机制。

3.5 锚网—锚索耦合的二次支护技术

软岩巷道具有大变形、大地压、难支护的特点。根据软岩巷道的特性，巷道支护一般需分次进行。锚网—锚索耦合支护技术，是在在巷道开挖，围岩暴露后，立即进行一次支护，及时封闭围岩，使围岩尽可能减少其强度损失，防止有害的松散状态发生，然后在巷道围岩剧烈变形阶段结束或临近结束的时间段里，在关键部位施加锚索进行二次支护，能够在充分释放围岩变形能的基础上，实现锚索与锚网和围岩之间的最佳时空耦合。该支护技术适用于软岩变形机制转化后的应力扩容型。

3.6立体桁架支护

立体桁架支护技术是针对高度集中的硐室交叉部位，而采取的整体性、高强度支护，具有把支护体抗弯、抗扭的部位，通过设计

优化为抗拉、抗压或抗剪的性能。在该支护设计中，必须将骨架和混凝土刚度设计的耦合匹配，既要注意强度设计，也十分重视刚度设计。研究表明，在大断面的煤巷施工中，在高强度的顶板支护下，层间的滑动易导致横向抗力增大，是巷道失稳的主要原因；采用短节工字钢托梁作为拉杆和锚索形成立体桁架支护，能够有效提高顶板和墙体的承压能力和整体性，软岩巷道变形机制中的应力扩容型可以采用该支护技术。

软岩巷道围岩并非具有单一的变形力学机制，而是同时具有多种变形力学机制即复合型变形机制，因此，要想有效地进行软岩巷道支护，单一的支护方法是难以奏效的，必须采取结合一定的优化设计技术，再把以上六种支护技术联合起来支护的方法。

4 结语

本文基于软岩的基本和了软岩巷道类型的判别方法，结合软岩巷道变形机制的类型，提出目前常用的支护技术。

参考文献：

[1]何满潮.软岩的概念、分类及支护对策[j].峰煤科技，1992

[2]董方庭.“巷道围岩松动圈理论”[j]，《煤炭学报》1994年第一期

[3]薛顺勋，聂光国，姜光杰，刘银志，周显台.软岩巷道支护技术指南[m].北京：煤炭工业出版社，2001

[4]何满潮，景海涛，孙晓明.软岩工程力学[m].北京：科学出版社，2005