软岩巷道支护的探讨
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摘要：本文通过对某金属矿山软岩巷道变形的分析，采用联合支护的方式，对控制软岩巷道的变形、底臌取得了较好的效果，确保了井下采矿的正常生产和人员的安全。
关键词：软岩 联合支护 应用
某地下开采的金属矿山，地质条件复杂，矿体上下盘均为凝灰岩、凝灰角砾熔岩，凝灰质含量高，矿岩松软破碎，整体性差，强度低，内聚力、内摩擦角小，顶底板岩石均不稳固。在开采深度500米的主运输巷道内有近50米巷道布置在凝灰岩里。由于凝灰岩遇水泥化膨胀，地压大，巷道变形严重、维修频繁，给矿山的生产带来了严重的影响。通过对巷道变形的原因和原支护型式的分析，采用联合支护的方式，有效的解决了50米巷道变形和频繁维修的问题，保障了井下正常生产和人员行走的安全。
1 软岩巷道变形分析
造成巷道变形的原因很多，不单有岩石本身的物理力学性质成份带来的问题，支护施工是否有效也是关键。主要原因有：
1.1围岩应力状态改变。由于围岩受开挖影响，围岩受到扰动，引起应力重新分布和变形，导致围岩弹性体积应变的变化和围岩的蠕变。同时，凝灰岩遇水膨胀，内部结构面扩展和张开，改变了围岩中的水文地质条件，水沿张开裂隙渗流，进一步又降低了岩体强度，加剧了软岩的扩容和应变软化，从而使围岩产生较大的收敛位移，顶板下沉、底臌、拱顶起尖和两帮臌出，以及顶底板移近臌出。变形的进一步发展导致巷道失稳破坏，巷帮张裂和片帮、拱顶剪裂、底臌和冒顶等，破坏最严重的部位多在拱顶和拱墙交界处。
1.2、埋深大、重力场应力特别大。运输道在埋深500米位置，属深部开采，巷道顶板岩层不仅受到自重的作用，还受到水平应力的作用，部分巷道呈尖顶状挤压破坏说明巷道受水平应力大。
1.3、围岩岩性影响。50米巷道布置在凝灰岩中，围岩的力学性质、工程特性较差，凝灰岩遇水膨胀，岩体强度低。
1.4、多次返修。多次返修常使巷道愈修愈坏。一般巷道经一次返修后压力得以释放，因而修复后的巷道一般较易维护。而软岩或极软岩巷道治理中，常出现每次修复后支护受力与变形有所减小，但随着时间推移变形压力又迅速增大。主要是由于软岩或极软岩巷道，一般都处于厚层甚至巨厚软弱岩体内，在很大范围内不存在稳定结构来承担外层压力，因而即使多次返修也难以使围岩结构达到稳定状态，经过较短时间后，巨大地应力就又会通过软弱的外层集中作用在支护结构上，使支护再次遭到破坏。
1.5、原有支护体系施工质量差，围岩支护体系不耦合。原巷道采用喷锚网支护，锚杆长度不够，喷砼强度和厚度不足，锚杆松脱，预紧力弱，施工质量不合格。巷道变形破坏的主要原因是由于支护体力学特性与围岩力学特性的不耦合造成的。只有当锚杆变形与围岩变形相协调时，才能有效地控制围岩的变形。
1.6、关键部位缺乏加强支护。巷道两帮为应力集中部位，提高两帮支护强度，可控制两帮
破坏区、塑性区进一步发展。加固帮、角，减少由于两帮破裂围岩压缩下沉所造成的底臌、体积膨胀量、顶板的破裂和离层，从而减少巷道底臌和顶板下沉量。
1.7、底板缺乏有效约束。从现场来看，底臌是巷道大变形的特征之一，巷道底板成为围岩变形破坏的薄弱环节，随着底板的破坏，底臌量不断增加，底板围岩的承载能力降低，在水平应力的作用下，巷道两帮，尤其是两帮下部围岩容易出现失稳和严重变形。
2 多重联合支护的应用
根据巷道变形情况和原支护型式的分析，对此段变形严重的巷道采用架棚、网喷和壁后锚注的联合支护型式。首先用挂网喷砼支护后进行壁后锚注，最后用可缩性金属拱型支架架棚支护。
2.1网、喷支护
金属网使用2.0m长×1.8m宽的矿用金属网，网孔为100×100mm，网与网搭接50-100mm，每隔200mm采用14#铁丝相互纽结牢靠。混凝土配比为32.5#普通硅酸盐水泥：石子：沙子=1：2：2（体积比），其强度不低于C20，采用PZ-5B矿用防爆喷浆机，初喷层厚度50mm，复喷厚度为50mm。
2.2 壁后锚注
2.2.1 锚杆参数
根据现场实验，此段浆液的扩散半径为1.0-1.2m左右，围岩松动圈在1.6m左右，围岩由外向里呈破碎区、破裂区、裂隙发育区和完整区分布，锚注锚杆采用Φ22无缝钢管制作，锚杆长度为2m，前端间隔150mm均匀布设孔径为8mm的注浆孔，尾部有100mm长螺纹与注浆泵出浆高压快速接头连接，打设角度不低于75°，间排距为1.6m×1.6m。
2.2.2 注浆材料与设备
采用ZBQS-12/10金属用矿用气动双液注浆泵，浆材为水泥和水玻璃双液浆，水泥使用42.5#普通硅酸盐水泥，水灰比为1：0.7（质量比），水玻璃浓度为25-30Be，量需视围岩裂隙、涌水大小适当调节比例（2%-5%）。注浆压力直接影响注浆加固质量和效果，经过现场实验总结，适合我矿巷道的注浆压力为2.5Mpa。为防止浆液外跑，采用中空快硬水泥药卷进行封孔。浆时采用间隙注浆法，即当注浆压力达到2.5Mpa时，停止注浆，30分钟后恢复注浆，直至压力稳定在2.5Mpa，持续10-15min后结束注浆。
2.2.3 锚注的合理时间
壁后锚注时机主要考虑围岩发育情况，即围岩最大限度地发挥塑性区承载能力而又不会出现破坏的时刻，为此我们采用双十字布点法，用JSS30/10伸缩式数显收敛仪对巷道围岩收敛进行观察，根据记录结果，绘制出巷道收敛速度和收敛量曲线，分析围岩的变形规律，下山延伸巷道表面位移从变化强烈趋于稳定状态时，是掘进后20天，所以此时是壁后锚注的最佳时机。
2.3架棚支护
采用29U可缩性金属拱型支架，棚距500mm，下宽4.8米，净高3.6m，净断面14.5㎡，棚与棚之间用3根金属拉杆拉紧，节与节之间用金属卡揽、螺栓联接，梁腿搭接450mm，卡揽螺母的预紧力矩为200N·m。
3 支护效果分析
为了深入掌握多重联合支护后巷道围岩变形规律，同时为优化支护设计参数提供依据，我们在巷道两帮与顶底板设立了对应的深孔位移监测点，每隔3天进行一次位移监测，经统计，顶底、巷帮变形量前后对比情况得知，在观测的40天内，采用联合强力支护后，巷道变形基本上得到了有效控制，两帮移近量和顶板下沉量大大降低，底鼓量也大幅减少，支护效果十分明显。
4 结语
软岩是能够发生显著塑性的岩体，针对软岩巷道的支护方式必须满足：能从外部提供支护抗力以改善围岩的受力状态，从而控制围岩变形，迫使围岩趋于稳定；要从内部增强岩体强度，提高围岩承载能力；因此单一的支护不能满足软岩巷道支护需求。经过理论和实践证明，软岩巷道支护采用多重联合支护，可以取得良好的安全技术和经济效果，但应根据巷道软岩特性进行综合评测，特别是合理选择注浆材料配比、锚固参数、滞后时间，并严格按照制定工艺流程施工，确保工程质量。壁后锚注配合喷浆、金属网、29U型可缩性金属拱形支架，形成多层有效的支护体系，提高了支护结构的整体性和承载范围，消除了安全隐患，在同类巷道中，具有极大推广应用价值。
参考文献：
[1] 陈炎光，陆士良，侯朝炯等 中国金属巷道围岩控制[M ] 徐州：中国矿业大学出版社，2004.
[2] 王卫军，侯朝炯 软岩巷道支护参数优化与工程实践[J] 岩石力学与工程学报，2010.
[3] 杨新安，陆士良 软岩巷道锚注支护理论与技术的研究[J] 煤炭学报， 2007.
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