注浆加固软岩巷道策略及稳定性

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1、注浆加固软岩巷道策略及稳定性1引言地下巷道开掘诱发应力重新分布而导致的巷道变形趋于稳定后，围岩的流变速率及流变引起的围岩变形量，不仅和围岩的应力水平有关，而且和围岩本身的物理力学性质以及巷道所受到的人为扰动因素也密切相关。当巷道围岩为软岩时，由于围岩变形具有明显的流变特征,巷道变形长期难以趋于稳定，导致巷道由于变形量过大而不得不一次次地重复翻修。实践证明，注浆加固是改变软岩性质、特别是软岩流变性质的最有效手段之一。特别是近40年来，随着新奥法隧洞施工理念、锚喷加固技术、注浆加固技术的广泛推广和应用，人们对软岩的水理性质、软岩巷道的围岩变形特征以及软岩巷

2、道支护的基本原则等都有了一定程度的认识与了解。然而，由于软岩巷道的用岩变形具有明显的随时间增长而增加的时间效应，而且围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感等特点，使得一些传统的巷道支护方式（包括按目前较为流行的新奥法原理设计的锚喷支护）无法满足巷道围岩的变形要求，从而造成巷道顶板塌落、侧帮大面积开裂、底板膨起和支架折损等一系列问题。2软岩巷道普通锚喷支护形式存在的问题相对于传统的框架式结构支架而言，锚喷支护仍然是软岩条件下的最佳巷道支护形式，也是软岩巷道首选的支护形式之一。但限于目前人们对软岩巷道及其支护性质认识上的不足，加Z普通的锚喷支护（包扌舌普通锚

3、喷加各种形式的框架形式支架的联合支护）形式无法满足软岩巷道大变形量的要求，采用普通锚喷（联合）支护的软岩巷道往往也由于收敛变形过大而失稳破坏。通过人量的现场实际观测与实验室测试，软弱围岩条件下普通锚喷支护形式主要存在以下三方面的问题：(1)无法完全阻隔围岩与水的接触，围岩遇水软化、强度显著降低。当巷道围岩为软弱围岩时，许多情况下喷层所允许的变形量及变形特征都无法和软弱围岩所要求的变形量与变形特征相适应，常常造成喷层开裂、破坏、甚至剥落，导致巷道围岩无法完全隔绝与水及潮湿空气的接触，致使围岩遇水软化、强度降低。(2)普通锚杆的加固作用无法充分发挥。全长粘

4、结金属树脂锚杆锚固情况的现场调查结果表明：当喷层破坏，岩层塌落时，锚杆实际上有很长一段处于悬空无黏结状态。即便在有树脂同锚杆杆体黏结的地方也不是连续和完全充满的，其结果是导致锚杆总的有效黏结长度的降低，降低了锚杆的黏结阻力；不但锚杆的承载作用无法充分发挥，同时也难以充分调动I韦I岩自身的承载能力。(3)未加处理的巷道底板成为巷道支护体系的最薄弱环节之一。软弱围岩条件下，巷道底板加固处理的重要意义是十分显见的。但山于目前国内受钻孔机具等问题的影响，底板孔眼的钻凿工作比较困难，现场大多数地下巷道的底板都未进行支护或加固处理。在巷道周边集中应力及底板水的浸蚀

5、作用下，底板往往成为整个巷道支护系统的薄弱环节，成为围岩变形破坏的突破点，继而引发巷帮、顶板的变形破坏，最终导致整个支护系统的破坏失稳。以上三方面问题的存在，充分暴露了使用普通锚喷支护技术维护软岩巷道的缺点。这就促使人们必须在全面分析软岩巷道变形特点的基础上，寻找一些以提高I韦I岩自身承载能力为技术途径、以支护与围岩联合共同发挥作用为日的、更适合软弱围岩变形特点的支护或加固方式来解决软岩巷道的维护问题。3锚喷支护软岩巷道围岩变形实测分析软弱围岩条件普通锚喷支护形式存在的各种问题，最终都将直接反映到巷道围岩的长期变形上,以巷道围岩变形量大，变形速率长期不

6、能趋于稳定等方式表现出來。根据采用普通锚喷支护形式维护的某煤矿冋风大巷和运输大巷软岩地段，用岩变形的现场实际测量结果，新掘出的巷道初始变形速度高达每天几十毫米，围岩变形趋于稳定的时间较长，并且变形速度趋于稳定后，I韦I岩仍以较高的速率持续流变，巷道的累计变形量短期内即可高达几百毫米。经过翻修的巷道，虽然变形与破坏比新掘巷道轻微一些，但巷道的变形量仍然很大，且巷道的收敛变形仍不能迅速地稳定下來。为进一步分析普通锚喷支护软岩巷道須岩的变形破坏规律，紧跟巷道掘进工作面设置测点，测量巷道的水平移近和垂直变形情况。连续半年多观测所得到的巷道水平和垂直变形结果如表

7、1所示。根据函数逼近和回归分析理论，以及实测的巷道水平位移及水平变形速度的变化曲线(图1中的1线和3线)，以巷道的水平位移总量为例分析巷道变形随时间的变化规律。设u=At(l)y=lgu,C二IgA,x=lgt(2)则式(1)可化为式(3)所示的直线型式:Y=C+Bx(3)式屮，u为水平位移总量，mni；t为时间，d；A、B为待定常数。根据表1中的数据，通过回归计算，得到待定回归系数A、B,以及相关系数R分别为：A=128・&B=0.21；R=0.997。将回归所得的系数A、B代人式(1)中，可以得到普通锚喷支护巷道围岩水平位移量随时间变化的函数关系为

8、:u=AtB=128.8t(R=0.997)(4)根据极值分析原理,分析式(4)可以看出：由于