深部巷道锚杆支护技术研究

深部巷道锚杆支护技术研究
【摘要】由于深部巷道应力构成复杂、环境影响加剧、围岩类型多变，深部巷道的破坏变形依然严重，对一深部复杂高应力条件下巷道围岩的变形破坏机理、支护对策等仍需深入研究
【关键词】巷道支护锚杆支护参数优化
对深井高地压巷道围岩破坏机理、巷道围岩变形规律进行了系统深入的研究。

深部开采是特殊环境下的开采，巷道围岩受到地应力不断加大，巷道发生失稳的可能性增大，给人员和设备造成很大的安全隐患。

开展深部巷道失稳研究及支护参数优化等相关问题的研究，己经成为我国矿山安全生产所面临的重大研究课题。

1 应力场中巷道稳定性分析
深部巷道开挖岩体，岩体处在高温、高应力、高水压的复杂环境下，深井围岩的地质力学环境有很大变化，所以深部巷道围岩有其特有的力学特征。

首先是围岩的区域破裂化现象；浅部围岩应力状态通常可分为塑性区和松动区以及弹性区，但这并不适合于深部巷道。

研究发现深部巷道围岩周围产生膨胀带和压缩带，也称之为破裂区和未破坏区，交替出现的情形，而且宽度的变化也是按等比数列递增，这种现象被称为区域破裂现象。

第二、围岩的大变形特性和强流变特性在进入深部后岩体变形具有两种完全不同的趋势，第一种是岩体持续的强流变特性，不仅仅是变形量大，同时伴随明显的时间效应。

；第二种是岩体没有发生明显变形，但是破碎严重，处于破裂状态，如果按传统的岩体失稳的概念，这种岩体已不再具有承载特性。

但实际上，依然具备承载及再次稳定的特性。

第三种是深部岩体在高围压作用下发生岩性转化，由脆性转化为延性。

2 深部硬岩巷道支护的技术
支护措施对动静载的力学响应特性决定了该支护系统所能完成的功能，深井硬岩巷道支护方法的选择是基于刚性、承载能力和变形或能量消散能力，以及估算的岩体破坏特性和严重程度，它要求所采用支护方法，在受到高应力作用之后，能够保证围岩的稳定，或者加固功能转化为悬吊功能，从而继续保证围岩的稳定性。

所以，高应力岩层的支护控制方案，第一支护结构必须具有良好的延展性，也就是说支护系统没有让压和屈服性质，就不可避免发生破坏。

所以必须保持支护系统稳定，要求支护系统在失稳后，发生瞬间先屈服变形，同时保持一定的抵抗力，在允许最大变形前耗尽释放的动能。

第二，深井巷道的失稳也是岩体破坏具体表现，静态失稳条件下常规支护系统应具备的功能。

第三，支护设备还应具有以下特点：
（l）支护设备具有较高的承载能力，即支护体系的屈服强度较大，远超过静态平衡所需要的强度。

（2）支护设计对巷道的表面覆盖率增高，深井巷道失稳区域不容易确定。

（3）支护系统破坏前允许的岩体位移比较大，因而吸收岩石释放的动能大”在深部巷道失稳破坏条件下，设计合适的支护结构或系统时，要求在巷道出现破坏之前，必须通过支护加固来提高掩体强度，需要保证岩体的完整性，使岩体和支护共同形成一个连续体，进一步提高这种加固系统迅速吸收微震能。

3 锚杆支护参数的确定
深井巷道处于高应力的复杂环境中，受采掘扰动影响，迫使围岩应力增加，简单的支护无法不能满足要求，但可采取适当增加安全系数的方法，针对设计参数进行改进升级。

所以要首先确定巷道断面形状，因为巷道断面形状与尺寸影响巷道矿压显现。

由于直墙拱形巷道应力重分布的理论还没有达到令人满意的结果，因此可采用非圆形巷道的圆形标准，分析巷道断面形状和尺寸问题，第一从安全角度分析，如图1所示，采取三心拱的大圆半径作为计算半径，取断面半径a=5m，测定粘结力C=l.8MPa，内摩擦角45度，应力P=12MPa，剪切刚度系数泊松比v=0.3和K=5Gpa以及E=12.24GPa，锚杆确定全长粘结式锚杆，锚杆屈服强度取30OMPa，围岩和锚固剂粘结强度取8MPa，锚固剂粘结强度取18MPa，应用支护理论中的悬吊理论和现代支护理论中的松动圈理论，同时结合相关工程就能确定锚杆支护参数。

4 锚杆支护方案的确定
巷道岩体接触部位的凿岩巷道，采用锚杆支护，锚杆可采用砂浆锚杆结合玛丽散注浆支护，布置方式确定为全断面布置系统锚杆：锚杆长 2.0-2.2m，间距0.9-1.3m，纵向距0.9-1.3m.为了进一步优化锚杆支护网度，在锚杆布置中采用2米进行模拟。

如图2。

5 总体支护设计
（1）使用锚杆+锚索+金属网+钢带的联合支护方式，成功地控制了深井回采巷道的变形和破坏。

（2）实践表明锚索与锚杆的配合，能够有效控制围岩快速流变，是巷道支护的关键。

（3）深部回采巷道的支护，需要进行合理的设计，应根据不同条件，选择合理的巷道断面形式及支护方式。

6 结语
本文通过对深部巷道围岩稳定性进行分析，初始设计的支护参数不能有效的控制巷道变形和保证巷道的稳定性，所以提出优化支护参数。

巷道支护参数确定
后，通过现场试验，巷道稳定性明显改观，优化后的锚杆长度，对控制变形起到了很好的作用，发挥了锚杆支护优势，巷道支护参数合理有效。

参考文献：
[1]孔德森，蒋金泉.深部巷道锚杆支护参数优化设计[J].煤，2001.
[2]臧传伟，刘立民.深井回采巷道新型断面设计与锚杆联合支护技术研究[J].中国软岩工程与深部灾容控制研究新进展—第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学（北京）百年校庆学术会议论文集，2009.。