软岩巷道沿空留巷巷道围岩控制支护技术

张国辉等

摘要：为了研究沿空留巷巷道围岩的稳定性及其控制技术，基于该类围岩的变形特点，分析了高应力采场巷道稳定的影响因素及破坏机理，提出了一种以预应力锚索为核心的综合锚固控制技术；最后，介绍了该综合控制技术在实施过程中应注意的几个关键问题。

关键词：软岩巷道 沿空留巷 巷道围岩 预应力锚索 综合

控制技术

沿空留巷技术能够实现无煤柱护巷，取消区段煤柱的应力集中现象，是提升煤炭回采率降低巷道掘进率重要手段。目前，赵坡煤矿所开采的14层煤在123采区，为降低生产成本，采用沿空留巷技术。在施工过程中，按照巷道变形的破坏机理，进而在一定程度上提出：沿空留巷高应力采场巷道以预应力锚索为核心的综合控制技术。

1 影响沿空留巷围岩稳定性的因素

通常情况下，影响沿空留巷围岩稳定性的因素主要包括：地质条件、赋存环境、工程因素三个方面的原因。

①地质条件。通常情况下，矿岩体性质、节理裂隙发育程度、产状等共同构成相应的矿山地质条件。对于地质条件来说，主要是矿体在成矿过程中，或者在成矿后，经过一系列的地质构造运动进而形成的产物。

②赋存环境。通常情况下，应力环境、地下水环境和温度环境等在一定程度上共同构成巷道工程的赋存环境。对于赋存环境来说，通常情况下需要综合考虑应力环境。与其他隧道和水电等地下工程相比，巷道围岩的应力场有着本质的不同，主要表现在：一方面受原岩应力的影响和制约，另一方面受采场应力环境的影响。

③工程因素。巷道断面形状、跨度，巷道形式、巷道开挖方式以及巷道的支护强度等，在一定程度上共同构成影响巷道工程稳定性构成的因素。

2 沿空留巷巷道围岩的破坏机理分析

巷道进行开挖后，围岩原有的平衡力状态在一定程度上会发生相应的改变，重新分布应力状态，破碎区、塑性区、弹性区等的状态出现在巷道周边围岩中。破碎区的围岩产生碎胀变形，巷道开挖空间在一定程度上为围岩变形能量释放进一步提供了补偿空间，使得应力进一步转移到深部，进而在一定程度上重新构建新的平衡状态。对于巷道围岩来说，其特点是属于高应力软岩，巷道掘进过程中，出现围岩应力的集中，并且围岩塑性区、发展区比较快，在一定程度上容易导致围岩发生变形；巷道掘进后进入稳定期，围岩在一定程度上依然具有较大的持续变形，巷道两帮变形较大，底鼓影响了巷道的整体的稳定性能。

3 沿空留巷巷道围岩的控制支护原则

3.1 沿空留巷综合控制技术的指导思想

3.1.1 通过科学的措施，对变形进行适当的释放，进而在一定程度上达到释放地压的目的，主要有4点：

先让后抗、先柔后刚、二次支护、控制底鼓。实践证明，其准则通常情况下主要表现为：边抗边让，预留断面，二次支护，固结围岩，以及通过加固帮角的方式对底鼓进行控制。

3.1.2 对巷道围岩的有害变形进行控制

释放变形，并且在一定程度上同时进行让压，在让压的过程中，关键是要掌握让压的程度。对于围岩来说，其让压的过程是围岩降低自身强度的过程，当围岩变形到一定程度后，在一定程度上促使围岩由弹性体介质变为松散介质，进而在一定程度上丧失了自稳能力，进一步造成跨冒。

3.1.3 及时封底

通常情况下，变形地压都作用在巷道的各个部分上，因此，需要对两帮和顶板进行相应的加固处理，并且底板部位是应力释放的薄弱部位。为了对底板围岩变形程度进行限制，需要进行及时的封底，进而在一定程度上形成一个完整的整体结构，高应力软岩巷道的底鼓的力学原理通常情况下揭示底鼓，并且由两帮下沉造成，在底脚围岩的破坏和水平应力的作用下，通常会造成底鼓，采用倾斜锚杆加固巷道地角，用高速凝材料加固。

3.2 沿空留巷巷道围岩最大允许位移量的确定

通过有效变形监测，进而在一定程度上调整沿空留巷巷道围岩的最大允许位移量，同时选择最佳的支护时机。图1和图2分别表示工程围岩的时间-围岩位移曲线（t-u）和时间-位移速率曲线（t-v）。

如图1a所示：获得相应的支护效果后，随着时间的推移，围岩变形在一定程度上呈现出逐渐增加的趋势，但是超过允许的范围，在这种情况下增加就会停止，也就是说某一设计位移值是该类工程的围岩位移收敛点。然而，如图2所示，在采动的影响和制约下，采场巷道围岩发生变形，进而在一定程度上随着时间的增加，其位移和位移速率会逐渐增加，受采动程度的影响和制约，曲线时而平缓，时而陡峻。在采场采动影响的范围内，围岩的变形在一定程度上随着时间的增加而增加；如图2b所示，与之对应的围岩位移速率与永久地下工程之间存在差异。通过上述分析，确定巷道最大允许位移[u]所考虑的因素主要包括：

①巷道允许使用空间。通常情况下，对于某些软弱围岩，以及小断面巷道等，由于收缩内挤，进而在一定程度导航导致断面急剧减小，甚至出现挤死的现象。因此，围岩变形过大进而在一定程度上导致断面减小，使得使用空间在一定程度上难以满足人车的通行，以及通风等要求，进而使得巷道进一步失去使用功能。根据14层煤以往沿空留巷经验和顶底板岩性分析：[u]=2600-2000=600mm。

②巷道发生跨冒的临界位移。对于“T”、“十”型等巷道来说，由于受力条件不好，在一定程度上受不良爆破影响的巷道，随变形的发展围岩的自稳急剧降低，甚至未达到最大允许位移值的情况下，就发生相应的跨冒。

4 沿空留巷巷道综合控制技术的实施

4.1 进行合理的初次支护

通常情况下，进行初次支护，其目的主要表现在：

①对裸露围岩进行及时的封闭，避免出现风化或蚀变。

②及时提供一定的支护力，进一步提高围岩的自承能力。

③在相适应的应力条件下，使围岩进行适当地变形释放和让压。endprint

设计初期支护时，对于其强度需要考虑的因素主要包括：

①支护结构的柔性。对于支护的柔性来说，在一定程度上为了起到让压的作用，在支护过程中，确保强度的合理性，避免强度过大，进而一定程度上导致柔度不足，受变形地压的影响，变形破坏就会发生。

②初期支护需要考虑施工工艺。在巷道掘进后，需要及时进行初期支护。

4.2 提高初期支护结构整体强度

对于初期支护结构的强度和承载能力来说，通常情况下，一方面与锚杆长度和间排距有关，另一方面支护结构的整体性，也就是锚杆与喷网形成的壳体结构的整体强度。

对于硐壁的锚杆来说，全长锚杆剪切应力最大的部位主要集中在端部，由于爆破和松动变形的影响，硐壁围岩强度最低，因此，对于锚杆的剪切摩擦阻力来说，首先硐壁失效，然后向内部逐渐发展，并且在一定程度上以此为“突破点”，甚至整根锚杆将会失去锚固作用。

4.3 综合控制技术的预应力锚索二次支护

锚索与锚杆相比有着自身的优势，主要表现为：锚固深度大、锚固力大，并且可以施加较大的预紧力等，通常情况下，是加固困难巷道工程支护的重要举措。通过这种锚索，将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定的岩层中。对于锚索来说，其作用主要表现为：将通过锚杆支护形成的承载层连接与围岩的关键承载，进而在一定程度上阻止因次生承载层失稳，造成的顶板落，通常情况下，通过柔性钢绞线对预应力锚索进行处理。

5 结语

实践证明，以预应力锚索和与之相配套的地压控制措施，在一定程度上能够与高应力巷道围岩变形相适应，通过合理的让压，同时对巷道围岩的有害变形进行相应的控制，并且及时进行封底等，并且在一定程度上按照巷道允许的位移、使用时间，以及不同围岩等原则，进而在一定程度上设计支护。

应用证明，在控制高应力巷道围岩的变形方面，为探索深部矿山围岩的控制技术提供一条思路。

参考文献：

[1]王永前，杨志强，高谦.金川高应力深部开采技术的地压控制[J].采矿技术，2002，2（3）：15-19.

[2]吴和平，陈建宏，张涛.高应力软岩巷道变形破坏机理与控制对策研究[J].金属矿山，2007（9）：50-54.

[3]余伟健，高谦.高应力巷道围岩综合控制技术及应用研究[J].煤炭科学技术，2010，38（2）：1-5.

[4]候朝炯，郭励生.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

作者简介：

张国辉（1978-），男，山东枣庄人，助理工程师，从事生产技术管理工作。endprint