軟巖巷道支護理論研究與發(fā)展

徐付軍

摘要：從20世紀60年代末，我國就開始了對于軟巖巷道支護的理論研究和探討，到了80年代，我國在軟巖巷道的支護問題上取得了很好的研究成果并進入到了一個新的研究階段。在這種情況下，對于軟巖巷道支護理論研究與發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，這也是更好地發(fā)展當前巷道支護技術(shù)的基礎(chǔ)和前提。文章從國外和國內(nèi)兩個方面對軟巖巷道支護理論研究與發(fā)展進行探討，希望給讀者一定啟示。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道支護；軸變論；聯(lián)合支護理論；錨噴一弧板支護理論；松動圈理論

中圖分類號：TD162 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0104-02

煤炭本身就是我國的主要能源之一，隨著近些年煤炭資源的不斷利用和需求量的不斷增加，對于我國的煤炭行業(yè)帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，但是從我國煤炭資源的貯藏情況來看，我國很多礦產(chǎn)地區(qū)的煤炭深度都在800以上，因此我國煤炭的開挖深度也在以一定的速度逐年遞增，深部找礦與采礦已經(jīng)逐漸成為了我國煤礦事業(yè)發(fā)展的一個趨勢。但是隨著開挖深度的不斷增加，如何選擇合適的支護方案和支護方式就成為了保證礦井安全需要解決的一個重要問題，正確地解決軟巖巷道的支護問題必須以科學(xué)全面的理論作為指導(dǎo)，這就要求我們要對軟巖巷道支護理論的產(chǎn)生與發(fā)展的過程進行宏觀的掌控，并在這個基礎(chǔ)上進行不斷創(chuàng)新與發(fā)展。

1 軟巖巷道支護理論的國外發(fā)展情況

從20世紀初，國外就已經(jīng)初步形成了對于巷道支護的理論，當時的古典壓力理論認為支護結(jié)構(gòu)所承受的壓力就是其上部巖層的重力。但是隨著煤礦開挖程度的不斷加深，開挖深度的不斷增加，這種古典壓力學(xué)理論逐漸受到了人們的質(zhì)疑，在實際的礦井支護中，也發(fā)現(xiàn)了很多理論和實際脫節(jié)的地方。此后又形成了松軟壓力理論，這種理論認為巷道圍巖的主要承受能力和工程的跨度與圍巖的基本地質(zhì)特性有關(guān)，但是這種理論首次提出了圍巖具有自承能力的相關(guān)概念，奠定了以后人們對于圍巖性質(zhì)研究的基礎(chǔ)。再到后來，到了20世紀的50年代，在對于巷道支護的研究過程中，人們開始將物理學(xué)研究領(lǐng)域中的彈塑性力學(xué)相關(guān)理論引入其中，同時也產(chǎn)生了很多的著名理論和公式，比如Fenner公式和Kastner公式就是一種體現(xiàn)。再到了60年代，奧地利的工程師和專家們在充分總結(jié)以往研究成果經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的實踐，提出了一種新的隧道支護方法，也就是新奧法，這種方法對于當前的軟巖巷道的支護起到了深遠而又長久的影響。后來這種方法理論又得到了不斷的完善和總結(jié)。

新奧法的基本理論認為隧道或是巷道的主要承載結(jié)構(gòu)是圍巖，因此當采用圍巖進行巷道支護的過程中，首先要確保的是圍巖具有足夠的強度和壓力承受能力，對于圍巖的變動量和變動范圍要進行有效的控制，防止由于出現(xiàn)形變而引起的圍巖強度下降而造成的支護穩(wěn)定性下降的現(xiàn)象的出現(xiàn)。另外在支護過程中，除了要根據(jù)實際選擇正確的支護方式外，還需要正確地看待巖體對于圍巖的影響，做好承載結(jié)構(gòu)的建設(shè)工作。同時這種理論還認為最好的巷道開挖方式是全斷面的掘進，這主要是基于應(yīng)力的分布情況進行考慮的。新奧法的產(chǎn)生與發(fā)展對于隧道開挖和支護產(chǎn)生了巨大的影響，它不僅摒棄了以往理論的缺陷，同時在這個基礎(chǔ)上進行了創(chuàng)新與發(fā)展，更具實際應(yīng)用價值，但是在對于新奧法支護時間的選擇、開挖方式等方面還存在著不足，還需要對其進行進一步的研究和完善。

2 軟巖巷道支護理論的國內(nèi)發(fā)展情況

我國的軟巖巷道的支護研究工作最早始于20世紀的60年代，隨著后來全國性的學(xué)術(shù)會議的不斷召開，我國的巷道支護理論也在不斷的發(fā)展和完善的過程中，并形成了很多巷道支護理論。

2.1 軸變論

軸變論是在20世紀的50年代由于學(xué)馥教授提出來的，這種理論主要是基于物理學(xué)中的介質(zhì)和相關(guān)的靜力學(xué)理論產(chǎn)生的。軸變論認為圍巖之所以會受到破壞，其主要的原因還是由于受到了地應(yīng)力的影響，這是根本所在，同時他還主張應(yīng)該從具體的應(yīng)力和圍巖應(yīng)力研究圍巖變形破壞規(guī)律。但是軸變論主要分析了圍巖破壞規(guī)律的理論，重點強調(diào)了軸比的重要性，并沒有談如何

支護。

2.2 聯(lián)合支護理論

所謂聯(lián)合支護理論，其實它是一種在新奧法相關(guān)的理論基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種支護理論，最早是由我國的馮豫、陸家梁等教授提出來的，其主要觀點我可以總結(jié)如下：以往我們重視支護強度的行為不科學(xué)的，這對于巷道支護來說是不盡合理的，特別是在巷道支護的過程中，對于一些松軟性比較強的軟巖支護，我們必須要注意一定的柔和性，在提高強度的同時還要注意進行穩(wěn)定支護。

2.3 錨噴一弧板支護理論

孫鈞、鄭雨天和朱效嘉等提出的錨噴一弧板支護理論是對聯(lián)合支護理論的發(fā)展。該理論的要點是：對軟巖總是強調(diào)放壓是不行的，放壓到一定程度后，要堅決頂住，即采用高標號、高強度鋼筋混凝土弧板作為聯(lián)合支護理論先柔后剛的剛性支護形式，堅決限制和頂住圍巖向中空位移。

2.4 松動圈理論

最早提出松動圈理論的是董方庭教授，其主要的觀點和內(nèi)容總結(jié)如下：凡是堅硬圍巖的裸露巷道，其圍巖松動圈都接近于零，此時巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在，但并不需要支護。松動圈越大，收斂變形越大，支護難度就越大。因此，支護的目的在于防止圍巖松動圈發(fā)展過程中的有害變形。

3 結(jié)語

從當前我國的軟巖巷道的支護的實踐和現(xiàn)狀來看，當前最常見的軟巖支護理論有新奧法和松動圈支護兩種，這兩種理論對于支護工作的開展和支護技術(shù)的發(fā)展具有重要的促進意義。但在實際的研究中，我們發(fā)現(xiàn)新奧法和松動圈支護的適應(yīng)范圍還有待進一步擴大，這兩種方法對于部分土質(zhì)較松的軟巖還不是太適用。因此未來的軟巖巷道的支護理論還應(yīng)該加強理論的創(chuàng)新與發(fā)展，更好地和一些先進的支護技術(shù)相結(jié)合，形成更加科學(xué)系統(tǒng)的理論體系，進而指導(dǎo)軟巖巷道支護技術(shù)的進一步發(fā)展，同時還應(yīng)該理論聯(lián)系實踐，保證技術(shù)和理論的同步發(fā)展，共同進步。

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