軟巖巷道錨桿錨索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

王文山

（山西汾西正新賈郭煤礦，山西 沁園046599）

巷道支護(hù)能夠有效加固巷道圍巖，防止巷道發(fā)生變形或者頂板發(fā)生塌陷，在軟巖巷道中，巷道圍巖的相互擠壓形成的壓力與自身重量非常大，巷道的支護(hù)承載著整個軟巖的重量。因此，采取錨桿錨索聯(lián)合的巷道支護(hù)技術(shù)非常的重要。在一些頂層間距較小的軟巖巷道，支護(hù)的關(guān)鍵就是縮小頂板的隔離層變形，使軟巖形成一個承載的整體，從而使軟巖巷道達(dá)到支與護(hù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。軟巖巷道的圍巖合一維持自身的穩(wěn)定，錨索可以按照圍巖變形的特點進(jìn)行滯后安裝，這樣使錨索的支護(hù)強(qiáng)度增大，同時，可以提高錨桿和錨索的聯(lián)合支護(hù)效果。

1 軟巖巷道簡介

軟巖是軟弱極易破碎的高應(yīng)力巖體，軟巖一般分為工程軟巖和地質(zhì)軟巖。工程軟巖是受工程力作用的影響下產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體，是由重力、水平力、工程擾動力以及地質(zhì)的膨脹力等相互作用，產(chǎn)生超過工程設(shè)計的允許變形值的塑性變形，影響了工程的順利進(jìn)行。地質(zhì)軟巖的巷道強(qiáng)度較低，空隙較大，富含大量的粘土及其礦物質(zhì)，經(jīng)常受構(gòu)造面的切割以及風(fēng)化影響，形成松散軟弱的隔層。工程軟巖地質(zhì)軟巖可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)?shù)刭|(zhì)軟巖不發(fā)生塑性變形時，此時可以看做是工程軟巖，當(dāng)?shù)刭|(zhì)軟巖在工程力的作用下才可能使地質(zhì)軟巖轉(zhuǎn)變成工程軟巖。軟巖有兩個工程特性，分別是軟巖的臨界負(fù)荷承載量，另一個是軟巖的軟化臨界深度。在軟巖的臨界荷載大于當(dāng)?shù)厥┘拥暮奢d量，軟巖會處于穩(wěn)定的變形狀態(tài)。變形值隨時間的延伸不再發(fā)生變化，形成一個穩(wěn)定的狀態(tài)。但當(dāng)軟巖的臨界荷載量小于當(dāng)?shù)厥┘拥暮奢d量，軟巖就會發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，并且隨著時間的延伸，逐漸出現(xiàn)軟巖變形的加速現(xiàn)象，這樣就會導(dǎo)致軟巖的垮塌事件。軟巖的臨界深度是一個客觀量，是由巷道對煤礦開采達(dá)到一定的深度時，軟巖的圍巖將會產(chǎn)生大的塑性變形，軟巖的承載力大于支護(hù)力，出現(xiàn)軟巖頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。當(dāng)巷道的深度小于軟巖的臨界深度時，軟巖就會處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 煤礦軟巖巷道支護(hù)存在的問題

2.1 軟巖巷道塑性變形破壞的特點

軟巖巷道在變形初期，巷道的承載壓力來得非常迅速，變形量非常大，同時使巷道的自穩(wěn)能力顯得非常差，在這個時間段，如果不采取相應(yīng)的措施進(jìn)行支護(hù)，那么將會導(dǎo)致軟巖巷道發(fā)生巖塊脫落，甚至整個巷道出現(xiàn)坍塌。因此，這個時段，要采用錨桿和錨索進(jìn)行支護(hù)，才可以有效防止巷道的圍巖出現(xiàn)大的變形，避免巷道出現(xiàn)壓壞或者坍塌事故的發(fā)生。軟巖巷道所受的壓力一般都是環(huán)向壓力，壓力承載不均勻，所以，容易導(dǎo)致巷道在開挖過程中出現(xiàn)局部頂板因變形而垮落，同時，底板也會出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞。軟巖巷道會隨著礦井深度的增加而變形，不同地域的軟巖都有一個軟巖臨界深度，如果礦井深度超過了這個臨界深度，就會導(dǎo)致巷道的嚴(yán)重變形。軟巖的變形也可能是由于巷道內(nèi)水分過多或者失水所導(dǎo)致的，因為過量失水和積水都會使軟巖巷道發(fā)生膨脹，使軟巖圍巖的泥沙破壞導(dǎo)致巷道變形。

2.2 軟巖巷道支護(hù)存在的問題

軟巖巷道的支護(hù)問題阻礙了煤礦工業(yè)發(fā)展，軟巖的支護(hù)，要從軟巖支護(hù)理論著手探究，首先要了解軟巖圍巖的破壞原因，針對原因進(jìn)行分析，這樣深入的研究圍巖的變形，得到軟巖的最佳支護(hù)時間和支護(hù)方法，以科學(xué)的手段來確定合適的支護(hù)參數(shù)。軟巖支護(hù)存在的問題主要有以下幾個方面，首先是軟巖的圍巖自身承載圈的厚度較小，難以承載較大的圍巖壓力。其次是圍巖的初期支護(hù)產(chǎn)生的變形剛度較大，無法適應(yīng)開挖初期變形速度快、變形量大的特點，從而產(chǎn)生支護(hù)的不合理，造成大量支護(hù)器材的浪費(fèi)。再次是軟巖的圍巖約束力差，承載力不均勻，使得圍巖承載力大的地方出現(xiàn)變形，形成破碎區(qū)，破碎區(qū)在不及時支護(hù)的情況下導(dǎo)致圍巖的自承圈的破壞。這些軟巖支護(hù)問題很常見，要在不斷地支護(hù)實踐中認(rèn)真分析總結(jié)，得出一套完整的支護(hù)對策，才能有效地解決軟巖支護(hù)中存在的問題。

3 錨桿錨索在軟巖支護(hù)中的應(yīng)用

3.1 錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)設(shè)計原則和思路

在錨桿錨索支護(hù)的設(shè)計原則中，首先要與實際的施工技術(shù)結(jié)合在一起，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)程去進(jìn)行設(shè)計，綜合考慮錨桿錨索支護(hù)參數(shù)，根據(jù)其作用原理配合軟巖巷道的臨界深度進(jìn)行合理的支護(hù)設(shè)計，同時還必須考慮錨索懸吊能力和錨固深度，以及計算錨索延伸量與軟巖的圍巖變形是否能夠合理匹配。在錨桿錨索的設(shè)計思路中，要充分考慮設(shè)計帶來的支護(hù)效果。在設(shè)計中還要依據(jù)圍巖的破碎程度來合理確定錨桿和錨索的長度、錨桿錨索安裝的排間距離。在理論結(jié)合實踐的前提下，達(dá)到錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)的理想效果。

3.2 錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計

在頂板為半圓拱形的軟巖支護(hù)設(shè)計中，錨桿采用規(guī)格為22mm×2.5m的配鋼帶支護(hù)，間距均為1m，巷道的兩邊采用22mm×2.0m的配鋼帶支護(hù)，間距為1m（見圖1）。

圖1 巷道斷面支護(hù)設(shè)計示意

錨索通常選用鋼絞線，其具有高強(qiáng)度低松弛的特點，錨索深度一般控制在6m以上，外露0.3m，垂直釘入頂板，橫間距為2m，豎間距為1m，一般采取0.3m長的小槽鋼作為錨索的托盤。如果錨桿錨索在第一次支護(hù)中達(dá)不到支護(hù)效果，就要及時進(jìn)行再次支護(hù)，以達(dá)到支護(hù)的目的。

3.3 錨桿錨索支護(hù)的應(yīng)用效果

在軟巖巷道中應(yīng)用錨桿錨索支護(hù)技術(shù)，能夠有效地防止巷道的圍巖發(fā)生變形（見圖2），提高軟巖巷道圍巖的穩(wěn)固性，使巷道處于穩(wěn)定的狀態(tài)，為煤礦開采工程提供安全的工作環(huán)境。

圖2 巷道變形曲線示意

4 結(jié)語

隨著社會發(fā)展，人類對煤炭的需求也就越來越大，煤炭的開采事業(yè)也得到人類的極度重視，軟巖巷道對煤炭的開采也越來越廣泛。軟巖巷道的開挖過程中，改變了軟巖巷道圍巖承載力，軟巖的承載力與巷道的自身構(gòu)造和巷道的斷面形狀以及大小都有著密切的聯(lián)系。因此，軟巖的開挖工作具有一定的困難。所以，在軟巖巷道的開挖工程中，要充分考慮軟巖巷道的特點，應(yīng)用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行巷道圍巖的加固，在錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的設(shè)計中，要按照設(shè)計的原則和設(shè)計思路進(jìn)行設(shè)計，認(rèn)真進(jìn)行各種因素的分析，采用科學(xué)的計算方法，在施工加固中，要按照圖紙嚴(yán)格規(guī)范操作，遇到問題要及時分析原因，及時采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決，從而有效保證軟巖巷道圍巖的穩(wěn)定性。

〔1〕宗義江，韓立軍，郜建明 .極破碎軟巖巷道失穩(wěn)機(jī)理與動態(tài)迭加耦合支護(hù)技術(shù)研究〔J〕.采礦與安全工程學(xué)報，2013（03）.

〔2〕林 健，范明建，司林坡，等 .近距離采空區(qū)下松軟破碎煤層巷道錨桿錨索支護(hù)技術(shù)研究〔J〕.煤礦開采，2010（04）.

〔3〕張銀海，孟祥瑞，趙光明，等 .大斷面軟巖巷道U型鋼桁架錨索支護(hù)技術(shù)研究〔J〕.煤炭技術(shù)，2011（03）.