巷道工程支護(hù)的現(xiàn)狀的探討

文/侯靜靜 賈振，丁集煤礦

1 引言

隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，煤礦工作者面臨者越來(lái)越多的難題。其中，煤礦軟巖巷道工程支護(hù)一直是煤炭開(kāi)采過(guò)程中未能徹底解決的難題，軟巖巷道支護(hù)的狀態(tài)與煤炭的安全、高效開(kāi)采息息相關(guān)。近些年經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家大量的理論研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)等手段，在軟巖巷道工程支護(hù)理論和支護(hù)技術(shù)方面取得了大量可觀的成果，但仍有許多技術(shù)難題亟待解決。文章通過(guò)分析煤礦軟巖巷道支護(hù)常用的支護(hù)技術(shù)，提出了高強(qiáng)度錨桿、錨注支護(hù)及聯(lián)合支護(hù)將成為軟巖巷道支護(hù)新的發(fā)展形式，以期能改善煤礦軟巖巷道支護(hù)現(xiàn)狀。

2 軟巖巷道支護(hù)理論國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀

2.1 新奧法

20世紀(jì)60年代，奧地利工程師在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出一種新的隧道設(shè)計(jì)施工方法一新奧法，目前已成為地下工程的主要設(shè)計(jì)施工方法之一。新奧法既不是單純的施工方法，也不是單純的支護(hù)方法，而是充分利用和調(diào)動(dòng)巷道圍巖強(qiáng)度與自身承載能力，按巖石力學(xué)、圍巖支護(hù)共同作用原理制定的一套地下工程設(shè)計(jì)、施工、支護(hù)、監(jiān)測(cè)新概念。它是先用工程類(lèi)比法確定第一次錨噴的參數(shù)，隨之進(jìn)行圍巖的監(jiān)控量測(cè)。經(jīng)過(guò)量測(cè)信息反饋來(lái)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。用新奧法進(jìn)行巷道掘進(jìn)，可以保證質(zhì)量，保持穩(wěn)定性，延長(zhǎng)巷道的使用壽命，降低施工費(fèi)用，還可減少20%的巷道掘進(jìn)量，實(shí)屬一種良好的軟巖巷道支護(hù)方法。

2.2 應(yīng)變控制理論

該理論認(rèn)為隧道圍巖的應(yīng)變隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的增加而減少，而容許應(yīng)變則隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的增加而增大。因此，通過(guò)增加支護(hù)結(jié)構(gòu)，能較容易地將圍巖應(yīng)變控制在容許應(yīng)變范圍內(nèi)。支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)則是在由工程量測(cè)結(jié)果確定了對(duì)應(yīng)于應(yīng)變的支護(hù)工程的感應(yīng)系數(shù)后確定的。

2.3 能量支護(hù)理論

薩拉蒙等人提出了能量支護(hù)理論，認(rèn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用、共同變形，在變形過(guò)程中，圍巖釋放一部分能量，支護(hù)結(jié)構(gòu)吸收一部分能量，但總的能量沒(méi)有變化。因而，主張利用支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使支架自動(dòng)調(diào)整圍巖釋放的能量和支護(hù)體吸收的能量，支護(hù)結(jié)構(gòu)具有自動(dòng)釋放多余能量的功能。

2.4 軸變論和開(kāi)挖系統(tǒng)控制論

于學(xué)馥等人于1981年提出“軸變論”，認(rèn)為巷道塌落可以自行穩(wěn)定可以用彈性理論進(jìn)行分析圍巖破壞是由于應(yīng)力超過(guò)巖體強(qiáng)度極限引起的塌落是改變巷道軸比，導(dǎo)致應(yīng)力重分布應(yīng)力重分布的特點(diǎn)是高應(yīng)力下降、低應(yīng)力上升，并向無(wú)拉力和均勻分布發(fā)展，直到穩(wěn)定而停止應(yīng)力均勻分布的軸比是巷道最穩(wěn)定的軸比，其形狀為橢圓形。

近年來(lái)，于學(xué)馥等人運(yùn)用系統(tǒng)論、熱力學(xué)等理論提出“開(kāi)挖系統(tǒng)控制理論”開(kāi)挖干擾了巖體的平衡，這個(gè)不平衡系統(tǒng)具有自組織功能。

2.5 聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

該技術(shù)是在新奧法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以馮豫、陸家梁、鄭雨天、朱效嘉為代表。重要觀點(diǎn)為對(duì)于巷道支護(hù)，一味強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的，要先柔后剛，先讓后抗，柔讓適度，穩(wěn)定支護(hù)。

2.6 松動(dòng)圈理論

該理論是董方庭教授提出的，其主要內(nèi)容凡是裸體巷道，其圍巖松動(dòng)圈都接近于零，此時(shí)巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在，但并不需要支護(hù)。松動(dòng)圈越大，收斂變形越大，支護(hù)難度就越大。因此，支護(hù)的目的在于防止圍巖松動(dòng)圈發(fā)展過(guò)程中的有害變形。

3 我國(guó)軟巖巷道支護(hù)的主要形式及評(píng)價(jià)

3.1 剛性支護(hù)加柔體墊層。

主要有圓料石砌磕加可縮層和條帶暄等形式。該方式為井巷圍巖提供一定支護(hù)強(qiáng)度，并有一定可縮性。但由于磕體本身剛度較大，允許變形小，對(duì)軟巖巷道圍巖的大變形不適應(yīng)。同時(shí)，該方式速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度高。

3.2 U型鋼可縮性支架支護(hù)

是根據(jù)軟巖膨脹性的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。該法主要用于膨脹性巖層及斷層破碎帶支護(hù)。這種支架不僅有可縮性，而且有較高的初承力和支撐能力；作用在支架上的壓力與圍巖的移近量成確定的反比關(guān)系，也就是說(shuō)在一定條件下支架可縮后，支架上的荷載減小而且還會(huì)有調(diào)整和得到改善。U 型鋼可縮性支架的撐能力經(jīng)常得不到充分發(fā)揮，且鋼材使用量大，支護(hù)成本高。

3.3 錨噴支護(hù)

對(duì)于軟巖巷道的支護(hù)，錨桿及其聯(lián)合支護(hù)被認(rèn)為是一種合理有效的方式。人們習(xí)慣將錨桿支護(hù)稱(chēng)為主動(dòng)支護(hù)，其實(shí)并不是所有的錨桿支護(hù)都屬于主動(dòng)支護(hù)。主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)的區(qū)別并不在于支護(hù)類(lèi)型，而在于支護(hù)體能否主動(dòng)給圍巖以預(yù)緊力。安裝錨桿時(shí)，給錨桿施加足夠的預(yù)應(yīng)力，不僅可消除錨桿構(gòu)件的初始滑移量，而且可為圍巖提供一定預(yù)緊力，以降低圍巖受拉截面的拉應(yīng)力。

4 軟巖巷道支護(hù)形式的新發(fā)展

4.1 超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)

超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿具有更高的屈服強(qiáng)度和破斷強(qiáng)度，為巷道圍巖提供強(qiáng)大支護(hù)阻力(比普通圓鋼錨桿高3倍以上)，大大增加了巷道圍巖離層、變形和層理裂隙等弱面進(jìn)一步發(fā)展的約束力。另外，高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿可實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固，有效控制巷道圍巖大變形，提高系統(tǒng)可靠性。

4.2 錨注支護(hù)

軟巖巷道圍巖的松動(dòng)范圍較大，巖體強(qiáng)度低，單用錨桿支護(hù)難以使破碎巖塊完全處于受壓狀態(tài)而形成組合拱。軟巖巷道中，為發(fā)揮錨桿支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，提高圍巖的強(qiáng)度和變形模量，改變圍巖的變形規(guī)律，利用錨桿兼作注漿管，外錨內(nèi)注，實(shí)現(xiàn)“錨注一體化”，是解決松散破碎型軟巖巷道支護(hù)的有效途徑。

4.2.1 對(duì)節(jié)理發(fā)育軟巖巷道，注漿可改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖體的膠結(jié)力和內(nèi)摩擦角，進(jìn)而提高圍巖的自身強(qiáng)度，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力。

4.2.2 采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙、隔絕空氣、防止圍巖風(fēng)化，避免圍巖因被水浸濕而降低自身強(qiáng)度，提高圍巖的穩(wěn)定性。

4.3 聯(lián)合支護(hù)

聯(lián)合支護(hù)有多種類(lèi)型：錨噴+注漿加固、錨噴+U型鋼可縮性支架、錨噴+弧板支架、U型鋼可縮性支架十注漿加固，以及錨噴十注漿+U型鋼可縮性支架等。選擇聯(lián)合支護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)巷道圍巖地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件，確定出合理的支護(hù)形式和參數(shù)。錨噴支護(hù)是一種性能優(yōu)越、適合軟巖巷道圍巖的一次支護(hù)，是首選的支護(hù)方式。

5 結(jié)束語(yǔ)

軟巖巷道的支護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,尤其是礦井向深部轉(zhuǎn)移后,在高應(yīng)力作用下，嚴(yán)重影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益和安全狀況。因此，必須對(duì)軟巖巷道變形機(jī)理進(jìn)行研究，確定合理的支護(hù)技術(shù)方式。在具體的支護(hù)過(guò)程中，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，對(duì)于用單一的支護(hù)方法難以得到理想支護(hù)效果的情況，,要采用多種技術(shù)方法聯(lián)合使用，以實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、合理、高效的支護(hù)。