深部高应力软岩巷道锚注支护技术研究.docx

深部高应力软岩巷道锚注支护技术研究【摘要】随着煤矿采深的加大高地应力使巷道支护问题日益严重稳定性也难以保证。研究高地应力软岩环境下巷道合理的支护方式显得尤为关键。本文就高应力软岩的基本概念及形成条件进行了讨论在掌握高应力软岩巷道的变形特征和支护问题的基础上提出了以内注浆锚杆为核心的锚注联合支护技术以解决深部高应力极软岩巷道支护难题。【关键词】深部高应力；软岩巷道；锚注支护随着大规模的矿山开采深度的加大深部高应力软岩巷道支护问题日益突出如淮北、淮南、龙口、徐州、铁法、肥城、枣庄等地区的矿区[1]。深部高应力极软岩巷道一般具有：（1）巷道埋深大、受采动影响或构造应力大；（2）围岩松软破碎、流变性大；（3）来压时间快、初期变形量大、持续时间长；围岩遇水易于崩解、强度急剧降低等特点。而砌碹、金属支架等均属于被动支护若仅依靠支护本身强度很难承受高地应力的作用。但因锚固的岩体为一些破碎或松散岩体围岩的可锚性较差锚杆、锚索也很难满足深部高应力极软岩巷道的支护要求。为此本文提出了以内注浆锚杆为核心的锚注支护体系以解决深部高应力极软岩巷道支护难题。早在20世纪80年代前苏联就已经开始了锚注支护技术的研究工作只是由于没有解决好注浆锚杆的密封性问题而没有得到大规模应用[1]。近几年来也对软岩巷道、不良岩层巷道、软弱围岩巷道锚注支护问题进行了研究和工程实践取得了丰硕的成果较好地解决了这类巷道的支护问题。1.高应力软岩的概念及其形成条件1.1高应力软岩的概念长期以来岩石力学与工程界仍未就软岩的概念达成共识认为在高地应力区经常遇到一类特殊岩体当其处于地表浅部或低地应力条件下岩体显示出较坚硬的特征；处于高地应力环境时当围压较低时岩体尚具有较高的强度和弹性模量当围压较高时岩体表现出“软岩”特征。显然它有别于一般意义上的软岩是一种特殊的、在高应力环境下的工程软岩体称这类软岩为高应力软岩。[2]1.2高应力软岩的形成条件通过前人的研究总结高应力软岩形成的基本条件为：（1）除少量岩石为较软弱岩石外组成高应力软岩的大多数岩石均为较坚硬的岩石单轴饱和抗压强度R≥25MPa。（2）岩体破碎强度和弹性模量相对较低流变性强。因为高地应力环境使开挖前的岩体处于高围压环境岩体结构面处于闭合状态是稳定的且有一定的强度和模量；开挖后围岩处于低围压环境结构面不闭合岩体强度和模量较低。（3）埋深大、水平应力大于自重应力。从目前全国煤矿开采深度来看由自重产生的应力不足以使岩体达到高应力状态只有在埋深很大且水平构造应力存在并大于自重应力条件下才能使岩体达到高应力状态。2.高应力软岩巷道变形破坏特征高应力软岩一旦形成在这些软岩体中掘进的巷道和硐室显示出来的变形特征与硬岩巷道的截然不同具体表现为：（1）围岩变形量大。高应力软岩自身特征决定了该区域的巷道变形量大的特点其中巷道的水平收敛量要比拱顶下沉量要大得多。一般为数厘米至数十厘米表现形式有两帮内移、尖顶和底鼓。（2）初期变形速率大。由于水平构造压应力大于垂直应力巷道在掘进时卸载迅速来压快表现为巷道的初期变形速率大。（3）巷道变形具有时效性。巷道围岩具有显著的流变性表现为明显的时效性。当岩体流变所产生的围岩变形过大使得巷道支护体无法适应而失效围岩再次恶化并剧烈变形。3.深部高应力软岩巷道支护问题进入深部开采以后许多原来认为是硬岩的矿井也都部分或全部进入软岩状态。常规的锚喷支护、U型钢支架等难以控制深部高应力围岩软化等引起的过量变形与破坏。其问题所在主要有以下几个方面：[3]（1）围岩自承载圈厚度小。常规支护多采用端锚锚杆其所形成的围岩自承载圈厚度较小一般情况锚固后围岩的自承载圈厚度约为0.16m远小于锚杆杆体长度造成锚杆的浪费同时难以抵抗较大的围岩压力。（2）初期支护刚度过大。巷道开挖后由于围岩应力重新分布和发生变形而对支护体产生较大的压力它与支护体的刚度有较大的关系支护体的刚度越大其抵抗围岩压力越大如图1所示。如果支护刚度偏大则不能适应巷道开控初期变形速度快变形量大的特点进而导致巷道围岩支护变形不协调而发生破坏。（3）围岩表面约束能力差。由于高应力或构造应力的影响使得支护体首先在较为薄弱的地方出现过量变形、岩石松动和破坏进而形成破碎区破碎区的发展导致围岩自承载圈破坏。对于深部高应力软岩巷道采用普通的锚网喷支护时由于喷层强度相对较低对围岩约束能力差不能有效地扼制围岩的局部破坏和破碎区向纵深发展进而导致围岩破坏。图1围岩与支架共同作用图（4）仅1次锚网喷作为巷道的永久支护不符合深部高