破碎带条件下巷道支护方式研究

周健强

（西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900）

1 国内外支护理论研究

在研究隧道围岩以及支护结构二者之间存在的互相作用方面，国外主要依照二者之间存在的相互关系，M.D.Salamon等学者提出了能量支护理论。该理论提倡的能量法则通过改变围岩性质，进而改变其能量分布，以达到改善围岩的应力分布，提高支护结构的支撑作用。

国内支护理论的研究与国外相比要晚很多，上世纪八九十年代国内的一些学者，基于新奥法的前提下首次提出，并且在支护隧道的过程中，过于注重增加支护的强度，对隧道稳定性的加强是不完全正确的，应当在加强刚度的同时，增加一定的柔性。而且在具体的工程中，该理论也得到了充分实践，并以此为基础相应的促进了很多技术的发展，如锚带网技术以及锚喷网架技术等。

2 破碎带条件下巷道围岩控制研究

现如今，在破碎带巷道支护技术方面，国内外学者的研究深度不断加大，发展了很多种新的技术：①可缩性U型棚支护技术；②联合锚、索、喷、网支护技术；③通过加大加强型特种钢的支护技术；④采用注浆加固的技术；⑤钢管混凝土支架。

对于过断层破碎带支护技术而言，国内学者认为，隧道支护过程中，应当将围岩本身存在的稳定性进行充分的利用，同时与支护技术形成合力，联合应用上述支护技术，可以达到理想的支护效果。通过超前支护方式的应用，同时还在支护过程中采用柔性支护，利用伸缩支架，并开展多种支护，来满足这一特殊地质构造区域的支护工作，大大提升了巷道的稳定性，提升了支护效果。

3 破碎带条件下巷道支护方式研究

针对50行线区域的断层破碎带型巷道支护问题，提出了新掘进巷道应进行多次支护，运用喷网混凝土柔性支护方式进行前期支护，二次支护过程中采用下列几种方式进行支护：

3.1 全断面注浆+预应力锚索支护方式

由于破碎带的松动圈大致在4m～6m之间，普通的锚杆无法植入基岩，无法发挥悬吊作用，因此采用锚索支护。该支护方式，是在岩层内部，通过钢绞线锚固（具有一定柔性），同时相应的增加预应力，通过补强加固的方式固定围岩，利用对主体结构的支护，在深部岩层中进行支护应力的传递方式。

节理裂隙在破碎带内的围岩中比较突出，通过注浆手段能够使其强度得到整体提升，并使其变形模量得到加强，使得不同力学参数以及围岩变形形态得到有效改善。在实施过程中，首先可以对围岩裂隙进行有效的填充，增加破碎岩石的胶合性，提升了围岩区域内的松散结构的整体强度，表面底板鼓起与顶板沉降对锚固区域的影响；接着再巷道深部，锚固体借以锚索进行固结，并发挥承载作用，使锚固结构更加完整，提升巷道的稳定性。

该方式属于主动支护，能够有效地实现围岩稳定，但由于深部矿业井下属于酸性水环境下（pH值3.6～2.7之间，属于强酸性），锚索及锚杆需要进行特殊的防酸处理，工序较复杂，因此排除。

3.2 钢管混凝土结构支架支护方式

这种支护方式是将混凝土灌注于钢管内，使其凝结形成稳固的结构。该方式，不仅融合了钢管所具有的延性，同时也综合了混凝土所具有的高抗压性作用。管壳通过混凝土的填充，使其稳定性得到了大大增强，而且混凝土在钢管管壳中，其受力呈现一种三向受压特征，大大增加了混凝土的强度。

图1 马蹄形巷道断面钢管混凝土支架结构

3.3 新型材料的砌喧支护方式

混凝土是地下井巷工程中井筒、井底车场巷道、各种硐室以及服务年限不受采动影响的基本巷道的支护材料。没有发生凝固的混凝土其塑性特征非常优越，通过混凝土的这种特性，可以有效地封闭围岩，避免其出现风化，同时具有坚固耐用，同时还有良好的防火作用，能够提供很长时间的服务。

现浇混凝土支架多用于不稳定岩层，用强度等级不低于C20的混凝土浇灌而成，支架厚度可根据巷道净尺寸及实际围岩压力值计算确定。钢材与混凝土不同，它的抗拉强度很高。如果把混凝土与钢材结合在一起，使混凝土主要承受构件的压应力，而构件中的拉应力则由设置在混凝土中的钢材来承担，这样两者结合各用其长，就可大大提高构件的承载能力。通过与矿方沟通并结合生产实际，在不额外增加作业工种及工序上，采用新型材料的砌喧支护，通过材料配比试验，确定防腐蚀的混凝土材料。

因此通过三种支护方式的对比，由于钢筋混凝土支架属连续整体性结构，具有隔水性好、强度和耐久性高的特点，同时通过改性的混凝土成分的新型支护结构能够耐酸腐蚀，保护了支护结构的坚固性和长久性，为此，将砌喧支护方式（新型材料）进行推荐使用。

4 本章小结

①矿山原有支护方式在破碎带区域巷道变形得到一定的遏制，在砌碹支护1年后的巷道依然保持稳定，证明这种方式对围岩变形起到了良好的控制作用。②由于井下属于酸性水环境，原有支护方式在长期酸性水浸泡下，钢筋混凝土衬砌发生不同程度的腐蚀，造成支护结构强度降低；同时矿山原有支护方式初期支护材料参数存在优化空间。③查阅国内外矿山工程和隧道工程，结合矿山实际情况，推荐了3种支护方式，分别为砌喧支护（新型材料），混凝土钢管支护，以及注浆+预应力锚索全断面支护等几种方式。④混凝土以及钢管在矿井深部，会由于其所处的酸性环境出现腐蚀情况。前两种方式需要对支护构件进行防腐处理，工序较多，成本较高；但砌喧支护（新型材料），不仅强度高，而且具有很好的耐久性，同时隔水性能非常强大，通过改性的混凝土成分的新型支护结构能够耐酸腐蚀，保护了支护结构的坚固性和长久性，所以将砌喧支护方式（新型材料）进行推荐应用。