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摘要：本文主要对深井软岩巷道支护特征、施工影响的因素及对策进行了探讨。
关键词：深井；软岩；巷道支护
中图分类号： TE245 文献标识码： A
引言
随着工业生产对能源需求的不断增加，煤炭采掘作业已由地表浅部向深部转移。煤矿开采深度的不断增加，井下巷道将处于更高的地应力环境中。尤其在地质构造复杂的地区，残余构造应力比较大，岩石的力学性质也发生了变化，给煤矿巷道支护及稳定性带来了很大的难度，从而成为制约煤矿企业向深部开采的瓶颈。
一、深井软岩巷道支护特征
1、围岩的自稳时间短、来压快
所谓的自稳时间，就是在没有支护的情况下，围岩从暴露起到开始失稳而冒落的时间。软岩巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时，巷道来压快，要立即支护或超前支护，方能保证巷道围岩不致冒落。巷道围岩的自稳时间长短主要取决于围岩强度和地压大小，同时也和巷道的断面形状、掘进方法、巷道所处的位置等有关。
2、围岩变形量大、速度快、持续时间长
软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。一般软岩巷道掘进后的第1～2d，变形速度小的为5～10mm/d，大的达50～100mm/d；变形持续时间一般为25～60d，有的长达半年以上仍不能确定。
软岩巷道的围岩变形量，在支护良好的状态下，其均匀变形量一般达到60～100mm以上，大的甚至达300～500mm；如果支护不当，围岩变形量很大，300～1000mm以上的变形量是司空见惯的。阜矿集团兴阜煤矿-400m水平运输大巷位于泥岩内的运输大巷，在开巷后的100天内，顶底及两帮的移近量分别达到680mm和427mm，一年后达到1200mm和800mm，支护翻修后所产生的附加变形量仍达到300～400mm。上述特点是软岩巷道最突出的特征。
3、围岩的四周来压、底臌明显
在较坚硬的岩层中，围岩对支架的压力主要来自顶板，中硬岩层对支架的压力来自顶板和两帮，但在松软岩层巷道中则四周来压、底臌明显。松软岩层，由于结构疏松、强度低，很难支撑上覆岩层的重量，围岩在自重地压（γH）的作用下，以垂直变形为主，垂直变形中又以底臌为主。软岩巷道四周来压，如果底板不支护，支护结构将出现一个薄弱带，巷道破坏首先就是从不设防的底板开始，又因底臌导致两帮移近和底脚失稳，直到片帮冒顶，巷道全部破坏。
4、围岩遇水膨胀、变形加剧
软岩一般都含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石，这些岩石遇水后软化，体积急剧膨胀，因而变形也更剧烈，产生很大的膨胀压力。
5、普通的刚性支护普遍破坏
软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护所承受的变形压力很大，施工后很快就发生破坏，必须再次或多次翻修后巷道才能使用。這是刚性支护不适应软岩巷道变形规律的必然结果。
二、软岩巷道施工影响因素
软岩强度低且层理、节理发育。在构造应力条件下，巷道软岩不但破裂范围大，而且软岩的碎胀性表现得更为显著，造成巷道掘出后初期变形严重，主要表现在顶板下沉、帮内移、底鼓、砼开裂等，影响巷道无法正常使用。
软岩的长期流变性。原支护形式不合理，采用传统的浅部线性设计理论，支护强度弱，巷道在软岩自身的流变性能下，支护形式若采用单一的锚喷支护，上部覆深部岩层破裂大，造成大面积顶板离层，下沉量偏大，导致巷道持续变形不能稳定，诱发巷道垮冒失稳现象的发生。
水理作用。由于巷道软岩属强膨胀性软岩，遇水膨胀，导致巷道转岩膨胀严重，使巷道顶板围岩条件进一步恶化。
软岩赋存深度大，巷道软岩处于长期蠕变状态。由于巷道地应力大，集中程度高，容易造成整个顶板破碎带垮落，形成高冒顶现象。
为使巷道正常使用，必须采取有效的措施，控制底板变形，保证巷道稳定。应对软岩及时采用砼封闭，防止风化和被水侵使强度降低，有效地抑制深部岩层的高应力、低强度、强流变性的这一特点，使巷道长期处于稳定状态，减小返修的次数，保持巷道长期稳定。
三、深井巷道支护
根据上述支护原则对深井软岩巷道支护主要采用以下方式：
1、锚喷网支护
锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、实用的支护形式。锚喷混凝土能及时封闭围岩和隔离水。网不仅可以支撑锚杆之间围岩，并将单个锚杆连接成锚杆群和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。而且锚网支护允许围岩有一定的变形，支护性能符合对软岩一次支护的要求。根据围岩条件也可不喷射混凝土，仅选用锚网、桁架锚网、钢带锚网支护，也可二次喷射混凝土支护。
2、可缩性金属支架
在深部巷道中由于顶板压力过大要求支架具有一定的伸缩性能，Ｕ型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调节性，通过构件间可缩和弹性变形调节围岩应力。在支架变形和收缩过程中，保持对围岩的支护阻力，促进围岩应力趋于平衡状态。孤板支护在深井软岩巷道中可使用断面为圆形且可伸缩的碹体支护，能防止水的侵蚀和风化，可有效的控制低谷。孤板支架利用高强度混凝土施工技术组成全断面密封，密集连续式的高强度钢筋混凝土板块结构巷道支架。
3、锚注支护
利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是深井软岩支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。采用锚杆与注浆相结合的方法，使锚杆和注浆的作用在各自使用的范围内得到充分发挥，可提高对深井软岩的支护效果。
四、深井软岩支护的措施
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。因此，必须针对这些特点采取正确的支护原则和措施。
松软岩层存在着三种不同的围岩压力类型，即松动压力、变形压力和膨胀压力。对松动压力可以采用刚性支护来支撑围岩，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。对于变形压力必须根据流变特征合理地设计支护钢度、控制支护时间和支护施工的顺序，即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，还要特别注意预防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，会出现更严重的膨胀和崩解。
巷道上覆岩体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、向岩体内注浆以及支架壁后充填等方法。锚杆对提高岩体强度，特别是提高岩体屈服后的抗剪强度（残余强度）有明显的作用。它能把各种断裂面所切割的岩块联结成整体，锚杆又可给围岩表面施加正应力和围岩内部形成“预应力承载层”，这是与其它支护形式的本质区别。
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架设永久支架，应采用先“柔”后“刚”的二次支护。所谓合适的支护时间，主要是对永久支护或二次支护而言的。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，一般约在掘后50d左右，具体可根据围岩变形观测确定，并应在巷道断面设计时预留足够的变形量。
结束语
综上所述，对于深井软岩巷道，简单的或单一的支护形式不能有效地控制巷道围岩的稳定，必须采用多种支护形式相结合，并在恰当时间进行二次补强支护才能确保巷道在服务期内保持稳定。底角注浆对控制底鼓有明显作用，其机理为阻止两帮下部的岩体在高应力状态下，向底板的中部流动，减少对底板的挤压，从而减少底鼓量。尽可能提高锚杆、锚索的预紧力，使围岩的受力状态由二向受力向三向受力状态转化，这是解决巷道围岩约束能力差的有效手段，在深井高应力巷道围岩支护中应积极应用。
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，2012，25(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，2012，25(1)：41-45.
[4]姜岳刚,郭庆良,钱喜财.深部煤矿开采沿空留巷应用高预应力锚索支护技术可行性分析[J].黑龙江科技信息.2011(15)．
[5]张凯江.锚杆锚索联合支护在回采巷道中的应用及前景[J].黑龙江科技信息.2011(05)．
[6] Brown E T，Bray J W ，Ladanyi B，et al. Ground response cruves of rock tunnels. J of Geote Eng，1983（1）：15～39
[7]BraceWF,PauldingBW,ScholzC.Dilatancyinthefractureofcrystallinerocks.J.Geophys.Res.1966,71:3939～39522
关键词：深井；软岩；巷道支护
中图分类号： TE245 文献标识码： A
引言
随着工业生产对能源需求的不断增加，煤炭采掘作业已由地表浅部向深部转移。煤矿开采深度的不断增加，井下巷道将处于更高的地应力环境中。尤其在地质构造复杂的地区，残余构造应力比较大，岩石的力学性质也发生了变化，给煤矿巷道支护及稳定性带来了很大的难度，从而成为制约煤矿企业向深部开采的瓶颈。
一、深井软岩巷道支护特征
1、围岩的自稳时间短、来压快
所谓的自稳时间，就是在没有支护的情况下，围岩从暴露起到开始失稳而冒落的时间。软岩巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时，巷道来压快，要立即支护或超前支护，方能保证巷道围岩不致冒落。巷道围岩的自稳时间长短主要取决于围岩强度和地压大小，同时也和巷道的断面形状、掘进方法、巷道所处的位置等有关。
2、围岩变形量大、速度快、持续时间长
软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。一般软岩巷道掘进后的第1～2d，变形速度小的为5～10mm/d，大的达50～100mm/d；变形持续时间一般为25～60d，有的长达半年以上仍不能确定。
软岩巷道的围岩变形量，在支护良好的状态下，其均匀变形量一般达到60～100mm以上，大的甚至达300～500mm；如果支护不当，围岩变形量很大，300～1000mm以上的变形量是司空见惯的。阜矿集团兴阜煤矿-400m水平运输大巷位于泥岩内的运输大巷，在开巷后的100天内，顶底及两帮的移近量分别达到680mm和427mm，一年后达到1200mm和800mm，支护翻修后所产生的附加变形量仍达到300～400mm。上述特点是软岩巷道最突出的特征。
3、围岩的四周来压、底臌明显
在较坚硬的岩层中，围岩对支架的压力主要来自顶板，中硬岩层对支架的压力来自顶板和两帮，但在松软岩层巷道中则四周来压、底臌明显。松软岩层，由于结构疏松、强度低，很难支撑上覆岩层的重量，围岩在自重地压（γH）的作用下，以垂直变形为主，垂直变形中又以底臌为主。软岩巷道四周来压，如果底板不支护，支护结构将出现一个薄弱带，巷道破坏首先就是从不设防的底板开始，又因底臌导致两帮移近和底脚失稳，直到片帮冒顶，巷道全部破坏。
4、围岩遇水膨胀、变形加剧
软岩一般都含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石，这些岩石遇水后软化，体积急剧膨胀，因而变形也更剧烈，产生很大的膨胀压力。
5、普通的刚性支护普遍破坏
软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护所承受的变形压力很大，施工后很快就发生破坏，必须再次或多次翻修后巷道才能使用。這是刚性支护不适应软岩巷道变形规律的必然结果。
二、软岩巷道施工影响因素
软岩强度低且层理、节理发育。在构造应力条件下，巷道软岩不但破裂范围大，而且软岩的碎胀性表现得更为显著，造成巷道掘出后初期变形严重，主要表现在顶板下沉、帮内移、底鼓、砼开裂等，影响巷道无法正常使用。
软岩的长期流变性。原支护形式不合理，采用传统的浅部线性设计理论，支护强度弱，巷道在软岩自身的流变性能下，支护形式若采用单一的锚喷支护，上部覆深部岩层破裂大，造成大面积顶板离层，下沉量偏大，导致巷道持续变形不能稳定，诱发巷道垮冒失稳现象的发生。
水理作用。由于巷道软岩属强膨胀性软岩，遇水膨胀，导致巷道转岩膨胀严重，使巷道顶板围岩条件进一步恶化。
软岩赋存深度大，巷道软岩处于长期蠕变状态。由于巷道地应力大，集中程度高，容易造成整个顶板破碎带垮落，形成高冒顶现象。
为使巷道正常使用，必须采取有效的措施，控制底板变形，保证巷道稳定。应对软岩及时采用砼封闭，防止风化和被水侵使强度降低，有效地抑制深部岩层的高应力、低强度、强流变性的这一特点，使巷道长期处于稳定状态，减小返修的次数，保持巷道长期稳定。
三、深井巷道支护
根据上述支护原则对深井软岩巷道支护主要采用以下方式：
1、锚喷网支护
锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、实用的支护形式。锚喷混凝土能及时封闭围岩和隔离水。网不仅可以支撑锚杆之间围岩，并将单个锚杆连接成锚杆群和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。而且锚网支护允许围岩有一定的变形，支护性能符合对软岩一次支护的要求。根据围岩条件也可不喷射混凝土，仅选用锚网、桁架锚网、钢带锚网支护，也可二次喷射混凝土支护。
2、可缩性金属支架
在深部巷道中由于顶板压力过大要求支架具有一定的伸缩性能，Ｕ型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调节性，通过构件间可缩和弹性变形调节围岩应力。在支架变形和收缩过程中，保持对围岩的支护阻力，促进围岩应力趋于平衡状态。孤板支护在深井软岩巷道中可使用断面为圆形且可伸缩的碹体支护，能防止水的侵蚀和风化，可有效的控制低谷。孤板支架利用高强度混凝土施工技术组成全断面密封，密集连续式的高强度钢筋混凝土板块结构巷道支架。
3、锚注支护
利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是深井软岩支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。采用锚杆与注浆相结合的方法，使锚杆和注浆的作用在各自使用的范围内得到充分发挥，可提高对深井软岩的支护效果。
四、深井软岩支护的措施
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。因此，必须针对这些特点采取正确的支护原则和措施。
松软岩层存在着三种不同的围岩压力类型，即松动压力、变形压力和膨胀压力。对松动压力可以采用刚性支护来支撑围岩，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。对于变形压力必须根据流变特征合理地设计支护钢度、控制支护时间和支护施工的顺序，即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，还要特别注意预防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，会出现更严重的膨胀和崩解。
巷道上覆岩体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、向岩体内注浆以及支架壁后充填等方法。锚杆对提高岩体强度，特别是提高岩体屈服后的抗剪强度（残余强度）有明显的作用。它能把各种断裂面所切割的岩块联结成整体，锚杆又可给围岩表面施加正应力和围岩内部形成“预应力承载层”，这是与其它支护形式的本质区别。
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架设永久支架，应采用先“柔”后“刚”的二次支护。所谓合适的支护时间，主要是对永久支护或二次支护而言的。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，一般约在掘后50d左右，具体可根据围岩变形观测确定，并应在巷道断面设计时预留足够的变形量。
结束语
综上所述，对于深井软岩巷道，简单的或单一的支护形式不能有效地控制巷道围岩的稳定，必须采用多种支护形式相结合，并在恰当时间进行二次补强支护才能确保巷道在服务期内保持稳定。底角注浆对控制底鼓有明显作用，其机理为阻止两帮下部的岩体在高应力状态下，向底板的中部流动，减少对底板的挤压，从而减少底鼓量。尽可能提高锚杆、锚索的预紧力，使围岩的受力状态由二向受力向三向受力状态转化，这是解决巷道围岩约束能力差的有效手段，在深井高应力巷道围岩支护中应积极应用。
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，2012，25(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，2012，25(1)：41-45.
[4]姜岳刚,郭庆良,钱喜财.深部煤矿开采沿空留巷应用高预应力锚索支护技术可行性分析[J].黑龙江科技信息.2011(15)．
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[7]BraceWF,PauldingBW,ScholzC.Dilatancyinthefractureofcrystallinerocks.J.Geophys.Res.1966,71:3939～39522