浅析软岩巷道地压控制技术

摘　要：目前，对于软岩地层深部金属矿体开采的地压控制技术是本领域内的技术难题。尤其是矿石价值较低的铁矿床，由于围岩破坏地压大的缘故，所掘出的每米巷道都需要进行支护。然而，采用较低强度的支护往往还不能满足开采的安全需要，大量巷道还需返修，甚至垮冒报废。但采用较高强度支护又受采矿成本的制约，如何使这类工程环境复杂多变、采动影响剧烈、数量大且服务周期短的巷道所采用的支护即可靠又合理，是目前本领域的采矿技术难题之一。

关键词：软岩巷道；地压；控制

一、地下巷道工程特点
    提出承压区软破岩地下巷道支护理论和技术，必须考虑地下巷道工程的特点。
    （1）巷道使用寿命短。地下巷道是服务于采矿要求，因此，巷道的存在时间随着回采过程而消失，使用时间多则2年，少则4- 5月。所以，地下巷道属于临时性工程。
    （2）产出投入比低；支护成本不能高；占用作业时间不能长。
    （3）多功能（通行、采矿、卸压），后两者要求炮孔完整率尽可能的高。
    由此可见，只有明确复杂多变的承压区软破岩地下巷道支护指导思想，才能提出合理的优化支护参数、降低开采成本、提高采矿经济效益的支护方案。
二、巷道支护技术研究的主要理论
　　巷道围岩变形机理研究目的在于指导巷道支护设计，因此，人们经过长期工程实践与研究，认识到锚杆支护的作用原理。最早提出的，也是锚杆支护手册推荐的锚杆支护原理是：悬吊理论、组合梁理论、锚杆紧固理论和均匀压缩拱理论。
     1、悬吊理论
     锚杆支护在矿山大量使用后（1947^-1951年左右），认为锚杆支护的作用机理主要是把比较平而薄的直板用锚杆栓定在上边比较厚的硬岩层上，起到悬吊作用。但是，该理论存在如下明显的缺陷：
     （1）锚杆受力只有当松散岩层或不稳定岩块完全与岩层脱离的情况下才一等于软破岩层
的重量，而这种情况在井下巷道中并不多见。
     （2）没有考虑锚杆安设后软破岩层变形和离层的控制作用，特别是当水平应力比较大
时，顶板离层很大。为了减小软破岩层的离层，保持顶板的稳定性，锚杆工作阻力必须增
大。
      （3）当锚杆穿过软破岩层时，锚杆提供的径向和切向约束会不同程度地提高软破岩层
的整体强度（即提高软破岩层的抗剪强度参数），使其具有一定的承载能力，从而减小锚
杆受力。
      （4）顶板松散岩层的厚度目前很难准确确定，因此，这也给基于该理论的锚杆设计带来
一定随机性。
      2、组合梁理论
      组合梁理论是比较早就提出来了，是一般公认的支护作用原理之一。这种原理是把层状顶板看作由巷道两侧壁作为支点的一种梁，从而支持巷道上部的岩石压力。用锚杆使各岩层“缝合“形成一个合成梁，这比单纯的叠合梁强度大是显然的。由此可知，各岩层之间的摩擦阻力越大，整体化的程度越大，补强的效果也就越显著。但是，组合梁理论也存在以下明显缺陷：
      （1）组合梁有效组合厚度很难确定，它涉及到影响锚杆支护的众多因素，目前还没有一
种方法可比较可靠地估计有效组合梁的厚度。
     （2）没有考虑水平应力对组合梁强度、稳定性及锚杆载荷的作用。其实，在水平应力较
大的巷道中，水平应力是顶板破坏、失稳的主要原因。
      3、锚杆紧固理论
     在块状结构围岩中，锚杆可将巷道周围的危石彼此挤紧。紧固作用主要决定于锚杆的预拉应力。因此，该支护理论主要适用于块状结构岩体。
      4、均匀压缩拱理论
      大量的工程实践表明，即使在软弱、松散和破碎的岩层中安装锚杆，也可以加固围岩使之稳定。基于此，锚杆的作用在于：只要锚杆间距足够的小，位于软破岩层中的锚杆能够在岩体中产生一个均匀压缩带，形成一个承载结构，承受破坏区岩层的自重荷载。均匀压缩拱理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应用。但是，这种理论同样也存在一些明显的缺陷：
     （1）加固拱的形成与发展涉及很多影响因素，同时随着采矿活动而发生改变，因此很难较准确的估计。
     （2）当加固拱厚度远小于巷道跨度时，加固拱是否发生破坏，不仅取决于其强度，更主要依赖于加固拱的稳定性，而在该理论中没有考虑。
三、软岩巷道地压控制应注意的问题
      1、喷层厚度问题
　　在软岩地下巷道支护中，至今仍有人用传统的硬岩支护，认为围岩越软，压力越大； 混凝土厚度越大，抵抗巷道压力、阻止围岩变形的能力就越大。事实上，由于软岩巷道地压属变形地压，支护体上所受的压力主要来自围岩变形、移动和膨胀所产生的压力，其数值大小和速度快慢不仅取决于围岩的性质和地应力，而且与支护形式、结构及支护参数有关。喷射混凝土在巷道支护中起着3个主要作用。一是封闭作用。防止进一步风化、膨胀和变形。二是柔性支护作用。在厚度不大时，与围岩紧密地粘结在一起，随围岩一起位移，并在位移过程中对围岩变形产生支护反力。三是组合拱作用。混凝土以较高速射入围岩张开的节理、裂隙，起到将破碎的岩块联成整体、固结围岩的作用。同时巷道周边围岩在锚杆和混凝土喷层作用下，形成一个拱形承载结构—组合拱，该拱起着加固周边和阻止深部岩层变形的作用。当然，混凝土喷层也有缺点：一是抗剪能力差，二是增加时，强度增加缓慢，刚度却迅速增加，容易与围岩离层且破坏组合拱形成。三是厚度越大，越不易和围岩连结在一起。
      综上分析，在软岩支护中喷射混凝土层时，我们要注意混凝土的厚度，保证混凝土层与围岩紧密粘结，并随着围岩的变形而移动不离层，这样就能参与形成承载的组合拱结构，有利于加固软岩的支护。
      2、让压与支护问题
     支护的让压是一种应力释放和重新分布的过程。当支护体刚度很大时，围岩的变形挤压应力全部作用在支护体上，很容易造成支护体的破坏。所以支护体要具有一定的收缩性，允许围岩产生的一定的变形，这样就会导致围岩应力的释放和重新分布，形成一个塑性变形区，集中地弹性应力转移到围岩深处，从而作用在支护体上的压力就会减少，保证了支护体发挥其有效的支护作用。在支护过程中，让压尽量先柔后刚，初撑力尽量增大，使让压在强大的约束限制下进行，盲目的让压，会导致支护体破坏，增加材料的消耗，减小支护效果。
     3、锚杆的选择和施加预应力
     根据软岩的特性，要科学地选择能主动支护的锚杆。如果不论锚杆的锚固方式、施工方法，以及是否施加了足够的支护预应力，认为都可以用来加固围岩，那则是片面的。在软岩支护过程中安装锚杆时，必须 立即施加足够的预应力，其作用：一是消除锚杆构件的初始滑移量；二是给围岩一定的预应力，使围岩受拉截面的拉应力降低，围岩的受剪截面因预应力产生的摩擦力而大大提高抗剪强度，同时避免过早地出现裂缝，可减缓围岩的弱化过程。
     4、支护结构形式问题
　　在破碎松软的围岩中，单一的锚杆是不能满足支护要求的，故在实际工程中常采用加挂金属网的办法加以辅助。金属网的作用在于兜住围岩，使局部被压坏的喷层或者围岩不致脱落。但需要注意的是在用金属网辅助锚杆支护时，通常把所有锚杆联系起来，成为相互作用的整体，由单锚变成群锚，这样不致于由于某一锚杆的支护作用失效而导致整体的支护破坏，这样整个支护系统仍然有效。

参考文献：
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