软岩大断面巷道支护技术探究

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1、软岩大断面巷道支护技术探究【摘要】通过阐述软岩的特性和软岩巷道支护技术，结合具体实例，新河矿软岩大断面巷道采用锚网喷+绑钢筋喷射混凝土的支护方案，然后通过现场试验，该支护技术取得了良好的效益，不仅使支护强度超过了原设计强度。同时节约了施工经费、加快了支护速度、缩短了工期，赢得了宝贵的时间。【关键词】高应力；破碎带；大断面；锚喷引言20世纪60年代到现在，国内外专家、学者提出的软岩定义多达几十种，但总的可分为以下三种：(1)描述性定义：①陆家梁认为松软岩层系指松散、软弱的岩层。它是相对于坚硬岩层而言的。松软岩层由于成岩的时间短、结构疏松、胶结程度差，故自身强度很低；②郑雨天

2、、王明恕等认为软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称；③朱效嘉教授认为松软、破碎、膨胀及风化等岩层称为松软岩层，简称软岩。7(2)工程定义：①中国矿业大学董方庭教授提出，松动圈厚度大于1.5m的围岩，称为软岩；②中国矿业大学鹿守敏教授指出，围岩松动圈大于1.5m，并且用常规支护不能适应的围岩称为软岩；③松钦岩层是指“难支护的围岩”或“多次支护，需要重复翻修的围岩”。(3)指标化定义：①ISRM(国际岩石力学学会，1990～1993)定义：软岩定义为单轴抗压强度(σc)在0.5～25MPa之间的岩石；②G.Russo(1994)定义：软岩指单轴抗

3、压强度小于17MPa的岩石；③抗压强度小于20MPa的岩层称为软岩。因此可以总结出软岩具有以下的属性：岩石强度低，单向抗压强度一般都在15～30MPa以下；大多属粘聚力很弱的泥质胶结，因此，在外力作用下，岩石总是沿胶结物破坏；结构面发育；岩石的空隙率大，通常都在15％以上；含水率高，一般都在5%～10%以上；吸水膨胀性强；软化系数大等。1、软岩支护理论与技术研究1.1新奥法新奥法在国际上简称为NATM，我国在20世纪70年代引入，并且在铁路、水电、煤炭等工程领域得到推广应用。新奥法的主要思想是调动围岩自身的承载能力，尽可能地控制围岩变形，防止围岩松动，以达到施工最大安全度

4、和最好的经济效果。新奥法主要内容包括：围岩与支护共同发挥承载环的作用；初始支护应采用柔性结构；建立二次支护的概念；调整支护参数和重视涌水处理等。7在煤矿井下工程实践中，新奥法对提高软岩支护效果有以下重要意义：①实施密贴支护，使围岩与支护共同承载围岩应力；②充分调动围岩自支承能力，开挖过程最大限度的保护原岩强度；③恰当的控制围岩变形，一方面允许围岩向巷道空间位移，以便形成岩石支承环，另一方面控制其产生过大的变形造成围岩强度降低；④二次支护，一次支护使巷道基本稳定，二次支护进一步提高巷道的安全性；⑤全断面一次施工，采用光面爆破，避免出现对围岩的反复扰动和出现棱角造成应力集中；

5、⑥采用全封闭支护及时控制底板。1.2二次支护理论实践表明，在高应力、膨胀性软岩巷道用一次支护，特别是使用强刚性支护均不可行。包括双料石碹，400mm厚的钢筋混凝土支护等等，原因是它们都不适应软岩初期大变形的特点。因此一次支护主要是提高围岩自身承载能力，保证巷道在安全的条件下允许围岩在控制下释压变形，以适应软岩的变形力学机制。为了保证巷道的较长时间的稳定和服务期的安全，在围岩变形稳定后必须进行二次支护，给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。软岩巷道支护仅设计合理而施工质量不到位还是要失败的，所以对软岩巷道的施工质量保证，从掘进、支护和材质都要严格把关，确保工程质量。保证做到材料

6、合格，光面爆破，锚杆安装到位，挂网喷浆平整均匀。严格水的管理，地下工作面水要及时处理；工程用水要严格控制。1.3锚网喷支护7锚网喷支护是目前软岩巷道有效且实用的支护形式，锚网喷支护具有以下优点与作用：喷射混凝土能及时封闭围岩和隔离水、风对围岩的破坏，减少膨胀泥化剥落的条件；锚杆能实现主动支护加固围岩，提高围岩自身承载能力和围岩一起形成一个加固圈。网不仅可以支承锚杆之间的围岩，同时将单个锚杆连结成整体锚杆群，和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈，锚网喷总体和围岩共同形成一个支承圈共同支承围岩，保持巷道稳定。锚网喷支护允许围岩有一定变形，所以锚网喷支护的性能十分符合软

7、岩对支护的要求，特别是一次支护性能的要求。锚网喷支护是目前软岩巷道有效、经济、实用的支护形式。2、工程实践7新河矿井中央变电所设计断面为净宽5100mm，净高4000mm，巷道所处岩层为砂质泥岩，岩性较软，原设计为现浇混凝土支护，支护厚度400mm，根据混凝土施工工艺，施工时间较长，但这样势必会影响中央泵房和中央变电所的安装时间，造成永久排水系统形成滞后。新河矿井为高承压水矿井，且主要巷道均要穿过F216及F216-1断层，若注浆效果不好，出水的可能性很大。但中央变电所为主要供电硐室，支护强度要大，支护质量要高。鉴于该种情况，