矿山开采论文矿山工程论文深井软岩巷道支护方案设计原则及分析摘要：随着矿山开采及其他岩土工程领域的迅速发展，软岩支护与矿压控制问题就变得愈加突出。
本文分析了深部地质条件下的现有支护方式属锚网喷支护与U型钢拱形支架联合支护方式的特点，提出了深井巷道矿压的相应控制原则，设计了深井软岩巷道的让压与锚注支护方案。
实践验证了理论分析的正确性及有效性。
此方案具有较为理想的支护效果，可以实现较好的经济利益。
关键词：深井软岩巷道支护围岩压力让压锚注0 引言深部软岩巷道围岩压力具有来压迅猛，围岩变形量大，巷道四周同时来压和持续流变，以及对各类扰动极为敏感等特点。
软岩巷道的支护一直被视为困扰煤矿生产的一大难题，因而对深部软岩巷道的支护技术研究具有重要的理论及实际意义。
深部高应力软岩巷道支护，常采用锚网喷支护与U型钢拱形支架联合支护方式。
实际施工中，锚喷支护与U型钢支架同时施工，没有考虑两种支护之间合理间隔时间，没有有效地使用U型钢支架避开初期围岩的剧烈变形。
在锚喷支护未有效发挥作用之前，U型钢支架已经产生了严重变形或破坏，影响了支架的承载能力和可缩性能。
本文针对深井软岩巷道的地质条件，分析了现有支护方式属锚网喷支护与U型钢拱形支架联合支护方式的特点，提出了深井巷道矿压的相应设计原则，采用让压与锚注支护方案，保证了软岩巷道的快速施工及长期稳定，为解决深井软岩巷道的支护问题提供了合理的解决方案，取得了显著的经济与安全效益。
1 新支护方案设计原则软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免，应以达到其最大塑性承载能力为最佳；同时其巨大的塑性能（如膨胀变形能）必须以某种形式释放出来。
1.1 选择最佳支护时间是软岩巷道支护的关键因素之一。
深井软岩巷道支护允许出现稳定塑性区，最佳支护时间是严格限制非稳定塑性区的扩展的宏观判别标志。
选择合适的二次支护时间。
在松软岩层中采用一次成巷，立即封闭围岩和构筑永久支护的施工工艺，往往收不到应有的效果。
除非采用可缩量足够大的支护，否则，不宜巷道掘出后就立即架设永久支架，应采用先“柔”后“刚”的二次支护。
支护滞后的时间必须在岩体能保持自稳的条件下选择。
一次支护应紧跟掘进头，尽早安设，若对围岩不采取及时封闭补强和加固措施，任其松动变形，则可能导致围岩破坏和冒落。
二次支护支架通常应在掘巷引起的围岩变形基本上趋于稳定时安设，一般约掘后50d左右，并在设计巷道断面时考虑足够的变形余量。
1.2 根据不同的压力类型选用不同的巷道维护方法。
对松动压力可以采用刚件支护来支撑围岩，防止破碎岩块的垮落。
同时必须采取各种措施加固围岩，提高岩体的自身强度。
变形压力是软岩巷道的主要压力显现形式。
对了变形压力必须根据流变特征合理地设计支护刚度、控制支护时间和支护施工顺序，既允许围岩有适当的变形，以利于能量释放，又能将变形控制在一定的范围之内，使之不发展为松动压力。
膨胀压力也可以看作是变形压力的一种。
除采用与控制变形压力相同的措施外，还要特别注意围岩的物理化学效应，防止围岩脱水风干。
因为某些软岩经脱水风干后再遇水，会出现严重的膨胀和崩解。
1.3 改善围岩力学性质，充分发挥围岩的自稳能力。
巷道上覆岩层重量引起的自重应力主要是由巷道围岩承受的，支架只承受很小的一部分。
因此，应重视改善围岩的力学性质，提高围岩的自稳能力。
改善围岩的力学性质的主要措施是提高岩体的力学指标，包括提高岩体的抗拉、抗压强度和弹性模量，提高岩体的粘结力和内摩擦角等。
为了达到这些目的，可采用封闭围岩暴露面、安装锚杆、向岩体注浆以及支架壁后充填等方法。
1.4 对软岩“怕水、怕风、怕震”的特点，实行及时喷浆封闭、控制水源与封底、控制放炮装药量和预留防震层、减少翻修扰动等综合措施保护围岩，防止围岩强度的降低。
1.5 软岩巷道围岩变形速度快、变形量大，岩移压力大，自稳时间长。
如果在围岩塑变急剧发展阶段架设刚性较强的永久支护，会使支护体在强大的围岩变形力的作用下遭到破坏，因此，应采用作预留变形空间、巷道掘后以柔性较好的支护结构作为第一次支护，以适应巷道初期急剧变形，待围岩变形缓和时再进行二次支护。
除上述的一些基本原则外，软岩支护还应考虑选择合适的支护特征曲线；较高的初撑力、较高的初期增阻速度和工作阻力，减少对围岩的震动和超挖等其他一些原则。
2 新型支护方案设计根据深井巷道矿压的相应控制原则，提出以下两个方案。
2.1 让压与锚注支护方案让压与锚注支护方案利用软岩巷道围岩变形大的特点，预留变形空间，采用锚网喷主动支护技术。
在确保安全的前提下，充分利用锚（索）网喷支护及时支护且初撑力较大，适应大变形，特别是非对称、非均匀变形能力强的特点。
充分让压后，在围岩趋于稳定的最佳时机，利用特种中空锚杆兼作注浆管，融锚固、封孔、注浆工艺为一体，对岩体实施外锚内注加固处理，利用锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护、锚索预应力支护，形成组合形加固圈，提高巷道围岩自身的承载能力，达到支护系统的长期稳定。
锚注加固技术是岩体注浆加固技术同岩体锚杆加固技术的有机结合，充分利用注浆加固与锚杆加固的各自优点，全力调动整个巷道围岩自身的承载能力。
具体支护方案为：2.1.1 巷道断面尺寸优化设计：软岩巷道断面尺寸设计十分重要。
从巷道变形来说，应尽量采用小断面和封闭的圆形断面。
但从预留空间和易于施工角度，应采用较大断面和非封闭的圆形断面。
在采用架棚支护时，棚式支架的允许变形较小，特别是对非对称和非均匀的变形的适应性较差。
底臌和起底对支架的影响较大，因而应采用小断面和封闭的圆形断面。
在采用让压与锚注支护中，与棚式支护不同。
针对软岩巷道初期变形速快，自稳时间长、变形较大的特点，应采用大断面和非封闭的拱形断面，既有利于施工又为巷道变形留有较大空间，使围岩在锚喷支护控制下能量充分释放，以利于二次支护。
2.1.2 一次支护：采用锚网喷及锚索支护。
具体参数根据所在巷道围岩具体性质确定。
2.1.3 二次支护：滞后掘进工作面一定距离进行二次支护，二次支护采用锚注支护，二次支护时间通过对巷道一次支护后巷道位移观测后确定，在巷道围岩由急剧变形转化为缓慢稳定变形时，及时对围岩松动圈进行测定，按照围岩松动圈深度进行锚注加固，进行二次支护。
2.1.4 注浆支护参数的确定：①注浆孔深度确定：根据围岩松动范围，注浆孔要比围岩松动范围深300~400mm。
②注浆管：选用合适直径钢管加工，确保埋入后稳固、不漏浆液，埋设后外露长度不大于200mm。
③注浆锚杆间排距根据围岩裂隙及其发育程度进行设计。
④注浆液：选用单液水泥浆，材料：425#普硅水泥和清水；水灰比0.8：1~0.6：1。
局部采用CS浆液（C-代表水泥，S-代表水玻璃）。
2.2以U型钢支架壁后充填支护为核心的锚架联合支护该方案为主动支护与被动支护相结合的技术手段。
一次支护采用锚网喷支护，二次支护采用全封闭U型钢支架壁后充填支护。
由于U 型钢架支护支架支护阻力及可缩性能均与支架受力状态关系极大，对非对称非均匀变形适应能力较差，支架局部变形与破坏对整个支架的承载能力、可缩性和支架的稳定性产生严重影响，不易于实现多次支护和局部强化支护，受底臌影响严重。
因而必须采取架后密实充填、全断面封闭措施，并滞后一次支护合理距离，以避开巷道开掘初期的剧烈变形。
具体支护方案为：2.2.1 巷道断面尺寸优化设计：如上所述，在采用架棚支护时，棚式支架的允许变形量较小，特别是对非对称和非均匀变形的适应性较差，底臌和起底对支架的影响较大，因而应采用小断面和封闭的圆形断面；预留断面主要考虑一次支护的变形量。
2.2.2 支护设计：一次支护采用锚网喷，一次支护锚杆间排距0.8m×0.8m，铺菱形金属网，一次喷层厚度为70~100mm。
2.2.3 二次支护：滞后掘进工作面一定距离进行二次支护，二次支护采用全封闭U型钢支架壁后充填，支架排距0.6m。
2.2.4 局部补强加固：在二次支护后，对局部变形较大的部位进行补强加固，补强和局部修复仍采用锚杆。
2.2.5 施工工艺：施工工艺实行边掘边喷，三班都进行掘进与喷浆，二次支护与一次支护平行作业。
①放炮清渣后，按一次支护要求，喷浆、打眼、铺网、安装锚杆；②滞后一定距离（根据观测结果确定）进行二次支护，并清底与封底；③二次支护以及二次支护后，对局部变形严重的部位进行修复和加强，修复与加仍采用锚喷支护。
3方案比较、分析让压与锚注支护方案具有施工时二次支护在时间及位置滞后于迎头一次支护一定的时间和距离，可以和实现一次支护和二次支护的平行作业，二次支护占用巷道空间小，施工方面，工人劳动强度低等一系列优点。
不足之处在软岩条件下如何掌握二次支护最佳时间，让压与锚注支护，能否在该地质条件下形成有效组合拱，提高围岩支护结构的整体性和承载能力需要积累施工经验。
U型钢支架后充填支护方案在软岩支护方面有许多成熟的经验，但存在施工工艺较为复杂，施工速度较慢，难以适应快速施工的要求。
在支护费用方面，其也大于让压与锚注支护方案。
4 结论综上所述，深井软岩让压与锚注支护实施效果比较理想，实现了有效控制围岩变形的目的。
参考文献：[1]张小康，王连国，吴宇，董旭.高强让压锚杆支护效果数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2008，25(1):46-49.[2]董涛，谢友友，祝华林，崔道品.让压与锚注法在软岩巷道中的研究与应用[J].采矿与安全工程学报，2008，25(1)：41-45.[3]张凤旺，崔道品，杨晓东.锚注法在软岩大巷施工中应用[J].矿山压力与顶板管理，2005，22(2)；76-78．[4]张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004：45-48．[5]李明远，王连国，易恭猷，等.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，2001．[6]张农，侯朝炯，陈庆敏.巷道围岩注浆加固体性能实验[J].辽宁工程技术大学学报，1998，17(1)：15-18.。