高洪亮 李彬 唐曉君

【摘 ?要】軟巖巷道支護(hù)和掘進(jìn)非常復(fù)雜且困難，本文將會針對軟巖巷道施工設(shè)計實(shí)踐進(jìn)行分析，通過研究軟巖巷道失穩(wěn)特性和底層結(jié)構(gòu)情況，來直達(dá)搜實(shí)際軟巖層支護(hù)方式。在實(shí)際施工中，保證軟巖巷道地下施工環(huán)境的穩(wěn)定，才能提高實(shí)際開采效率。所以，本文將會針對軟巖巷道施工設(shè)計方法進(jìn)行分析，

【關(guān)鍵詞】軟巖;軟巖井巷變形;支護(hù)技術(shù)

一、引言

隨著礦井開采深度不斷加深，煤礦深部井巷工程需要承受的地應(yīng)力、地溫、地下涌水等地質(zhì)環(huán)境問題也將加重。破碎帶圍巖巷道、大變形松動軟圍巖巷道、三軟煤層巷道等典型的軟巖巷道數(shù)量不斷增多，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境常導(dǎo)致井巷支護(hù)困難。不恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式無法維持軟巖巷道力學(xué)平衡，頂板下沉和底板底鼓導(dǎo)致井巷必須返修重新支護(hù)，下沉量過大又可能會使井巷廢棄。

因此深部軟巖災(zāi)害控制和井巷支護(hù)技術(shù)的研究無疑成為巖石力學(xué)領(lǐng)域的一個重點(diǎn)。

二、軟巖概述

軟巖是指受力后容易發(fā)生塑性變形的巖體，可分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖。

地質(zhì)軟巖的主要特點(diǎn)為巖石強(qiáng)度低、膠結(jié)程度大、空隙度大;工程軟巖指受開采活動的影響，在工程應(yīng)力的作用下，容易產(chǎn)生塑性變形的巖體。

煤礦巷道支護(hù)所指的軟巖一般為工程軟巖。常見的工程軟巖包括砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂巖等，主要特點(diǎn)為巖石強(qiáng)度低、質(zhì)地較軟、巖石整體完整性差。根據(jù)巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及理化特性可將工程軟巖進(jìn)一步劃分為破碎型軟巖、高膨脹低強(qiáng)度型軟巖、高應(yīng)力型軟巖和復(fù)合型軟巖。

1、破碎型軟巖

破碎型軟巖的巖層內(nèi)紋理較多，且分布不均勻，節(jié)理裂隙發(fā)育程度高，巖層破碎程度大，穩(wěn)定差。

破碎型軟巖巷道內(nèi)掘進(jìn)和支護(hù)的難度較大，影響施工穩(wěn)定性因素多，且容易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)劝踩鹿省?/p>

2、高膨脹低強(qiáng)度型軟巖

高膨脹低強(qiáng)度型軟巖巖層遇水后容易發(fā)生膨脹變形，可塑性高、崩解性強(qiáng)，其巖層質(zhì)地松軟，容易破碎，抗壓強(qiáng)度低，主要為泥巖或在巖層中含有大量的膨脹性物質(zhì)，巷道支護(hù)難度大。

3、高應(yīng)力型軟巖

高應(yīng)力型軟巖是指在深部礦井回采時，在高應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致圍巖體強(qiáng)度發(fā)生變化，影響了圍巖的特性，使圍巖具備了軟巖的特征。

當(dāng)采深增加時，上覆巖層的重量也相應(yīng)增加，上覆巖層的巨大壓力導(dǎo)致應(yīng)力場發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力較高時，出現(xiàn)開采擾動，對圍巖帶來較大的影響，圍巖產(chǎn)生新裂隙、強(qiáng)度降低。

4、復(fù)合型軟巖

復(fù)合型軟巖通常指在某一種巖層中的巖體同時具備了破碎型軟、高膨脹低強(qiáng)度型軟巖和高地應(yīng)力軟巖中的任意兩種以上的性質(zhì)。

三、軟巖井巷變形特征與平衡拱機(jī)理

1、軟巖井巷變形特征

根據(jù)對高應(yīng)力軟巖圍巖穩(wěn)定性和變形機(jī)理的特征研究，其表現(xiàn)形式為 3 個方面。

圍巖變形量：受到例如全煤巷之類軟巖圍巖特性影響，井巷的破壞主要出現(xiàn)在頂?shù)装逡约皟蓭?，破壞程度都十分明顯，巷道斷面收縮率能超過 80% 以上，頂板垮落、嚴(yán)重底鼓和大面積片幫發(fā)生幾率也較高。

圍巖變形速率：均質(zhì)的煤體圍巖受到的構(gòu)造應(yīng)力，水平方向大于垂直方向，因此即使表面的井巷平衡后流變趨勢仍存在，因此該類圍巖變形速度大。

圍巖變形時效：由于軟巖的流變性，其不可能達(dá)到穩(wěn)定性狀態(tài)，圍巖各個方向上的變形隨著時間緩慢變化，明顯的變形需要當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力在時間上積累到一定的程度，所以說軟巖的變形具有時效性。

2、軟巖平衡拱機(jī)理

煤層上部頂板、偽頂多層狀強(qiáng)度較低的泥巖、頁巖、砂質(zhì)泥巖，有節(jié)理和裂隙發(fā)育。由于軟巖以泥質(zhì)礦物為主，同時由于軟巖的力學(xué)和結(jié)構(gòu)面特性存在可塑性、膨脹性、崩解性、流變性和易擾動性等特點(diǎn)。

軟巖的巖石特性在地應(yīng)力作用下呈現(xiàn)出第三階段的蠕變突然加速，該階段呈現(xiàn)均速流變，再進(jìn)行加速流變，變化趨勢呈現(xiàn)復(fù)雜高度的非線性。

傳統(tǒng)理論中認(rèn)為巖體做為一個整體，其所受到地應(yīng)力超過塑性階段就會形成失穩(wěn)巖體。但是實(shí)際井巷開鑿過程中圍巖發(fā)生塑性變形和斷裂后，承壓狀態(tài)下仍然保持承載能力，井巷圍巖變形、片幫和冒落到一定程度會與垂直應(yīng)力平衡，圍巖呈現(xiàn)自穩(wěn)狀況，形成的理論被稱為“自穩(wěn)平衡現(xiàn)象”。井巷的頂板應(yīng)力會隨井巷的開鑿而重新分布，垂直方向受地應(yīng)力會逐步減弱至零甚至出現(xiàn)相反懸拉應(yīng)力，水平方向也會隨擠壓應(yīng)力轉(zhuǎn)化為局部拉應(yīng)力。井巷頂板受到的擠壓應(yīng)力會在圍巖中形成“拱狀承載結(jié)構(gòu)”，這種平衡狀態(tài)被稱為“自穩(wěn)平衡拱”，形成的理論被稱為“自穩(wěn)平衡拱理論”。

在此理論中根據(jù)井巷的巖體受力狀態(tài)，由于在垂直方向受到拉應(yīng)力可能存在冒落危險，水平方向受到剪應(yīng)力的巖體單元體可能存在片幫等危險，并根據(jù)危害程度分為穩(wěn)定區(qū)、擠壓受壓區(qū)、易冒落區(qū)，如圖 1 所示。

巖體的破壞狀態(tài)及應(yīng)變隨應(yīng)力變化趨勢，巖體隨應(yīng)力作用達(dá)到殘余強(qiáng)度時出現(xiàn)細(xì)小裂紋，當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加到屈服強(qiáng)度時會發(fā)生不可逆的塑性變形，巖體的塑性破壞階段的承載力會隨變形而下降，但還會具有承載能力，當(dāng)?shù)竭_(dá)破碎的強(qiáng)度極限會直接發(fā)生巖體破碎。

四、結(jié)束語

軟巖巷道變形量大，巷道支護(hù)困難，在設(shè)計軟巖巷道支護(hù)參數(shù)時，一定要先弄清軟巖的類型，根據(jù)軟巖的類型選擇合適的支護(hù)方式，以保證礦井生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行。隨著煤礦掘進(jìn)深度的增加，軟巖巷道受到的原始應(yīng)力也在增加，在支護(hù)環(huán)節(jié)中加強(qiáng)對軟巖支護(hù)心理方法和技術(shù)研究非常重要。

在實(shí)施軟巖巷道設(shè)計施工過程中，要依照軟巖的物理特征和地下環(huán)境來實(shí)施設(shè)計，合理選擇軟巖巷道支護(hù)方式，根據(jù)軟巖特性以及受到的影響因素進(jìn)行分析，進(jìn)行合理的巷道支護(hù)設(shè)計，將不同的支護(hù)方式進(jìn)行融合，進(jìn)一步提升軟巖巷道的質(zhì)量，保障巷道的穩(wěn)定性，促進(jìn)地下工程施工的效率和質(zhì)量提升，為井下作業(yè)的安全性提供保障。

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（作者單位：琿春礦業(yè)（集團(tuán)）板石煤業(yè)有限公司）