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[摘 要]相关开发人员提出分区耦合支护稳固原理，使得其能够逐渐缓冲破坏危机，实际所需支护强度也同步减小。此时运用高预紧力锚索以及分区注浆加固手段，就可达成对塑性区、弹性区的联系功效，迎合不同分区支护稳定指标，令围岩共同承载潜质发挥到最高极限。因此本文具体针对软岩矿井大断面硐室支护原理进行客观解析，尤其在现场观测、模拟数值完全情况下，清晰探测内部变化机理。
[关键词]超大断面；软弱围岩；变形机理；分区支护；耦合流程
中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0148-01
前言：随着中西部煤炭资源项目的开发建设，软岩矿井建设所占的比例越来越大。该类矿井主要巷道及硐室大都采用锚网索+反底拱+钢筋混凝土砌筑，配合注浆加固等手段，能够有效地控制围岩变形，但对于大断面硐室，由于掘进面积大，围岩破坏范围广，往往支护效果不理想。因此加强研究超大断面硐室围岩的破坏机理，对于进一步优化大断面硐室的支护手段很有必要。
一、 工程概况
内蒙古榆树煤矿一采区轨道下山绞车房位于五煤底板中，巷道围岩主要为粉质泥岩，属松软～中硬岩石，遇水易膨胀。巷道设计为直墙半圆拱形断面，加反底拱，净宽10.0m，净高6.0m。需要注意的是，硐室断面扩张会令周围破碎区、塑性区增大，严重时塑性区域半径超过普通硐室的两倍以上，并且引起掘进扰动应力的增加反应，而锚杆加固厚度不大，初期支护阻力小会令软弱围岩结构瞬间变形。技术人员便决定采用锚网梯+锚索+初喷进行一次支护，而后进行钢筋混凝土砌碹二次支护。在前期施工过程中，硐室顶板、两侧位置已经产生严重变形，围岩控制难题一时之间难以扼制。
二、 硐室围岩变形破坏机理研究
（一） 变形破坏特征陈列
该硐室在掘进前期，具体应用原支护技巧布置超过2个月，特别是在喷层大面积开裂细节上，两侧移近量达到1000mm以上，至于顶板最大下沉量也稳定在300mm左右，实施扩帮挑顶方案是必要选择。
1.围岩破坏形态探究
依照现场围岩钻孔窥探结果论述，在围岩破坏形态以及成因解析环节中，其破坏类型包括松动、剪切破坏问题。在现场爆破压力影响范围内，围岩顺着层理等软弱界面下滑，喷层张拉破坏现象十分显著，在拱顶以及肩部位置集中分布；围岩内部会向周围应力传送剪切破坏力，在实际开挖集中应力作用下，顶板脆性岩石随时会产生岩爆反应，淋水现象广布，架构膨胀变形隐患十分突出。
2.围岩破坏深度补充
塑性区是支护设计的重要验证依据，在钻孔窥视与数值计算前提下，塑性区大小已经得到精准确认。透过钻孔窥视，异质化围岩裂隙众多，发育状况数值模拟结果完整呈现，由此推断巷道支护参数。
（二）变形破坏机理
首先，结构断面较大，由于硐室稳定性对于这部分元素存在敏感反应，并且在尺寸不断变化基础上，围岩稳定性能呈现特殊变化规律。技术人员应用数值模拟软件建立5个异质化拱形断面模型，高度分别为2、3、4、5、6m以上。在这种数值模拟分析环境中，断面尺寸对于围岩应力场分布影响规律十分清晰。在断面扩张前提下，顶板下沉、两侧移近数量也都迅速增长，但在底臌面积低于60m2状况之下，断面逐渐增大，可当硐室宽度高于5m之后，增长趋势也就缓慢起来。另外，两侧塑性区半径会随着断面同步增大，一旦说结构面积超过60m2，塑性区实际半径也就缓慢递增，与经验公式计算结果吻合。在塑性破坏形态层面上，硐室表面产生拉破坏危机，而围岩内部就呈现剪切性破坏结果。
其次，围岩强度、应力严重影响硐室稳定性能，硐室埋深为440m，地应力实际测验结果证明，当地岩层垂直应力上升至9MPa，应力集中系数十分大，最大主应力达到25MPa。围岩内部软弱层众多，加上裂隙制约，强度还是不足。在超大断面开挖引起的二次扰动作用下，强度不足的话，一定会使围岩衍生变形危机。
三、 软岩硐室围岩稳定控制措施以及后期效果分析
在超大断面围岩稳定状态之下，进行分区耦合稳定控制，同时采取锚网索喷作为主体支护工具，掘巷稳定后期便进行钢筋混凝土砌筑，最后才进行分区注浆改造，保证换装工作能够顺利进行。锚杆之间利用钢筋梯衔接，预紧扭矩相应提升至450N*m，初始张拉力为200kN，确保高预紧力支护作用发挥到最佳状态。待上述部件安装完毕之后，技术人员就应该在第一时间喷射厚度为50mm混凝土材质，目的是将围岩封闭，杜绝任何应力集中现象。掘巷工作完成三个月后，等到硐室变形迹象稳定，就立即浇筑钢筋混凝土，实际厚度为500mm。疏导过程中特殊浅孔注浆固结体就会达到所需强度。
首先，锚杆支护不但能及时支护围岩，防止松动圈的扩大，而且一定程度的提高锚固区岩体的强度、弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数，并给围岩施加一定的压力，改善围岩应力状态，提高围岩自身承载能力，很好的适应围岩压力大、来压快的特点。
其次，扩大断面二次支护其机理在于当初始压力大、变形量大时硬抗是困难的，第一次支护变形将卸掉部分应力，膨胀量将大幅减少。及时喷射混凝土层能有效地防止围岩的风化，有利于巷道的稳定。
最后，采用锚注支护技术能有效地固化围岩，使巷道松散岩体形成一个再生自然拱，提高围岩的整体性和稳定的结构性，封堵裂隙，阻止水的渗透，有效地防止软岩遇水膨胀及软化，使围岩位移量减小，巷道变形得到了明显控制。
断面硐室掘出工作完毕后，围岩周边产生2.4m破碎空间，8m深的弹性领域。围岩随着深度加大所需支护能力会缓慢下降，应该利用单位分区围岩破坏特征予以认证，形成异质化元素整编的承载圈，分区支护、围岩结构充分耦合，进而保证围岩的长期稳定功效。在此区域内部开展耦合稳步调试技术项目，喷层基本没有出现开裂问题，并且支护结构撕裂隐患已经得到扼制，架构稳定性能显著提升。掘巷两个月之后，围岩变形增长还是比较快速的，后期会相对稳定一些，两侧位置移近量为120mm，顶板下沉量为80mm。上述探究结果证明，硐室变形量得到有效控制，围岩完整状态就此展现。
结语：综上所述，透过对硐室的塑性、破碎区域进行分区耦合支护改造，利用锚杆、低压注浆加固层等承载圈，迎合各类分区支护强度标准，为支护结构、围岩统一承载奠定深刻适应基础，确保超大断面硐室围岩稳定特征。这是整个研究工作中的核心任务，相信经过后期技术的不断更新，有关开发前景势必更加广阔，为煤矿事业长期可持续发展提供更多疏导线索。
参考文献
[1] 仲淑.我国厚煤层开采技术现状及需要解决的关键问题[J].中国科技论文在线，2008，13（11）：88-91.
[2] 张涛.锚网喷注主动支护在软岩及采动影响下的应用[J].现代矿业，2010，12（04）：103-105.
[3] 于洋.深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制[J].岩土力学，2011，20（06）：88-94.
[4] 石永奎.深部构造复杂区大断面硐室群围岩稳定性模拟分析[J].煤炭学报，2011，13（10）：98-105.
[5] 王琳琳.李村煤矿软岩硐室通道的支护加固技术研究[J].能源技术与管理，2013，28（05）：44-46.
[关键词]超大断面；软弱围岩；变形机理；分区支护；耦合流程
中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0148-01
前言：随着中西部煤炭资源项目的开发建设，软岩矿井建设所占的比例越来越大。该类矿井主要巷道及硐室大都采用锚网索+反底拱+钢筋混凝土砌筑，配合注浆加固等手段，能够有效地控制围岩变形，但对于大断面硐室，由于掘进面积大，围岩破坏范围广，往往支护效果不理想。因此加强研究超大断面硐室围岩的破坏机理，对于进一步优化大断面硐室的支护手段很有必要。
一、 工程概况
内蒙古榆树煤矿一采区轨道下山绞车房位于五煤底板中，巷道围岩主要为粉质泥岩，属松软～中硬岩石，遇水易膨胀。巷道设计为直墙半圆拱形断面，加反底拱，净宽10.0m，净高6.0m。需要注意的是，硐室断面扩张会令周围破碎区、塑性区增大，严重时塑性区域半径超过普通硐室的两倍以上，并且引起掘进扰动应力的增加反应，而锚杆加固厚度不大，初期支护阻力小会令软弱围岩结构瞬间变形。技术人员便决定采用锚网梯+锚索+初喷进行一次支护，而后进行钢筋混凝土砌碹二次支护。在前期施工过程中，硐室顶板、两侧位置已经产生严重变形，围岩控制难题一时之间难以扼制。
二、 硐室围岩变形破坏机理研究
（一） 变形破坏特征陈列
该硐室在掘进前期，具体应用原支护技巧布置超过2个月，特别是在喷层大面积开裂细节上，两侧移近量达到1000mm以上，至于顶板最大下沉量也稳定在300mm左右，实施扩帮挑顶方案是必要选择。
1.围岩破坏形态探究
依照现场围岩钻孔窥探结果论述，在围岩破坏形态以及成因解析环节中，其破坏类型包括松动、剪切破坏问题。在现场爆破压力影响范围内，围岩顺着层理等软弱界面下滑，喷层张拉破坏现象十分显著，在拱顶以及肩部位置集中分布；围岩内部会向周围应力传送剪切破坏力，在实际开挖集中应力作用下，顶板脆性岩石随时会产生岩爆反应，淋水现象广布，架构膨胀变形隐患十分突出。
2.围岩破坏深度补充
塑性区是支护设计的重要验证依据，在钻孔窥视与数值计算前提下，塑性区大小已经得到精准确认。透过钻孔窥视，异质化围岩裂隙众多，发育状况数值模拟结果完整呈现，由此推断巷道支护参数。
（二）变形破坏机理
首先，结构断面较大，由于硐室稳定性对于这部分元素存在敏感反应，并且在尺寸不断变化基础上，围岩稳定性能呈现特殊变化规律。技术人员应用数值模拟软件建立5个异质化拱形断面模型，高度分别为2、3、4、5、6m以上。在这种数值模拟分析环境中，断面尺寸对于围岩应力场分布影响规律十分清晰。在断面扩张前提下，顶板下沉、两侧移近数量也都迅速增长，但在底臌面积低于60m2状况之下，断面逐渐增大，可当硐室宽度高于5m之后，增长趋势也就缓慢起来。另外，两侧塑性区半径会随着断面同步增大，一旦说结构面积超过60m2，塑性区实际半径也就缓慢递增，与经验公式计算结果吻合。在塑性破坏形态层面上，硐室表面产生拉破坏危机，而围岩内部就呈现剪切性破坏结果。
其次，围岩强度、应力严重影响硐室稳定性能，硐室埋深为440m，地应力实际测验结果证明，当地岩层垂直应力上升至9MPa，应力集中系数十分大，最大主应力达到25MPa。围岩内部软弱层众多，加上裂隙制约，强度还是不足。在超大断面开挖引起的二次扰动作用下，强度不足的话，一定会使围岩衍生变形危机。
三、 软岩硐室围岩稳定控制措施以及后期效果分析
在超大断面围岩稳定状态之下，进行分区耦合稳定控制，同时采取锚网索喷作为主体支护工具，掘巷稳定后期便进行钢筋混凝土砌筑，最后才进行分区注浆改造，保证换装工作能够顺利进行。锚杆之间利用钢筋梯衔接，预紧扭矩相应提升至450N*m，初始张拉力为200kN，确保高预紧力支护作用发挥到最佳状态。待上述部件安装完毕之后，技术人员就应该在第一时间喷射厚度为50mm混凝土材质，目的是将围岩封闭，杜绝任何应力集中现象。掘巷工作完成三个月后，等到硐室变形迹象稳定，就立即浇筑钢筋混凝土，实际厚度为500mm。疏导过程中特殊浅孔注浆固结体就会达到所需强度。
首先，锚杆支护不但能及时支护围岩，防止松动圈的扩大，而且一定程度的提高锚固区岩体的强度、弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数，并给围岩施加一定的压力，改善围岩应力状态，提高围岩自身承载能力，很好的适应围岩压力大、来压快的特点。
其次，扩大断面二次支护其机理在于当初始压力大、变形量大时硬抗是困难的，第一次支护变形将卸掉部分应力，膨胀量将大幅减少。及时喷射混凝土层能有效地防止围岩的风化，有利于巷道的稳定。
最后，采用锚注支护技术能有效地固化围岩，使巷道松散岩体形成一个再生自然拱，提高围岩的整体性和稳定的结构性，封堵裂隙，阻止水的渗透，有效地防止软岩遇水膨胀及软化，使围岩位移量减小，巷道变形得到了明显控制。
断面硐室掘出工作完毕后，围岩周边产生2.4m破碎空间，8m深的弹性领域。围岩随着深度加大所需支护能力会缓慢下降，应该利用单位分区围岩破坏特征予以认证，形成异质化元素整编的承载圈，分区支护、围岩结构充分耦合，进而保证围岩的长期稳定功效。在此区域内部开展耦合稳步调试技术项目，喷层基本没有出现开裂问题，并且支护结构撕裂隐患已经得到扼制，架构稳定性能显著提升。掘巷两个月之后，围岩变形增长还是比较快速的，后期会相对稳定一些，两侧位置移近量为120mm，顶板下沉量为80mm。上述探究结果证明，硐室变形量得到有效控制，围岩完整状态就此展现。
结语：综上所述，透过对硐室的塑性、破碎区域进行分区耦合支护改造，利用锚杆、低压注浆加固层等承载圈，迎合各类分区支护强度标准，为支护结构、围岩统一承载奠定深刻适应基础，确保超大断面硐室围岩稳定特征。这是整个研究工作中的核心任务，相信经过后期技术的不断更新，有关开发前景势必更加广阔，为煤矿事业长期可持续发展提供更多疏导线索。
参考文献
[1] 仲淑.我国厚煤层开采技术现状及需要解决的关键问题[J].中国科技论文在线，2008，13（11）：88-91.
[2] 张涛.锚网喷注主动支护在软岩及采动影响下的应用[J].现代矿业，2010，12（04）：103-105.
[3] 于洋.深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制[J].岩土力学，2011，20（06）：88-94.
[4] 石永奎.深部构造复杂区大断面硐室群围岩稳定性模拟分析[J].煤炭学报，2011，13（10）：98-105.
[5] 王琳琳.李村煤矿软岩硐室通道的支护加固技术研究[J].能源技术与管理，2013，28（05）：44-46.