專題-煤礦巖石巷道支護形式綜述

煤礦巖石巷道支護形式綜述摘要煤礦巖巷支護問題尤其是軟巖巷道支護問題一直是困擾煤礦生產和建設的難題之一，由于巷道分類和變形破壞原因的復雜性和多樣性，導致巖巷的支護問題很難解決。目前，我國大多數礦井已進入深井開采，所以巖巷支護日趨重要。近年來，隨著科技的迅速發(fā)展和煤礦科研人員的不斷努力,煤礦巖巷支護的技術與手段已趨于成熟。本設計主要從圍巖破碎帶范圍和破碎范圍等情況來論述巖巷支護形式。關鍵詞：巖巷；支護形式；巷道變形原理；錨噴支護；錨注支護1問題的提出巖石巷道支護等理論，國內外尚無定論，給工程應用帶來了諸多不便。大多數生產單位處理巖巷支護問題時，仍處在經驗支護狀態(tài)，這樣導致盲目性大、成功率低，很多巷道出現了“前掘后修，前修后壞”的局面，每年的修復費用巨大，這樣不僅造成巨大的經濟浪費，使整個礦井生產陷于困境，甚至導致礦井關閉，并給煤礦安全生產帶來極大的危害。巷道變形破壞、片幫冒頂等事故在地下工程中是最常見的。據不完全統(tǒng)計，煤礦事故中59%以上是巷道事故。究其原因，還是對巷道變形破壞規(guī)律認識不清、支護理論不完善，從而造成支護設計工程類比居多，缺乏科學的指導，巷道支護方式選擇不合理，因而也就無法保證巷道在不同地質條件下穩(wěn)定和安全使用。在軟弱巖層中施工巷道,掘進較容易,維護卻極其困難,采用常規(guī)的施工方法和支護形式、支護結構往往不能奏效。因此，軟巖支護問題是井巷施工的關鍵問題。目前我國軟巖礦井多是既軟弱又有膨脹性，相當部分礦井為高應力狀態(tài)復合型軟巖礦井。在這種條件下，基建礦井每米巷道的掘進工程費已高達12萬元以上；一個120萬噸的生產礦井軟巖巷道年維修費用高達1億元以上，在目前市場經濟條件下已經到了煤礦無法承受的地步。另一方面，隨著我國新生代煤層的大力開發(fā)，軟巖礦井數量與日俱增。此外，統(tǒng)計表明：我國立井的深度在20世紀50年代平均不到200m，而90年代平均已達600m。相當于平均每年以10m的速度向深部發(fā)展；生產礦井1980年平均開采深度為288m，而1995年平均深度為428m，平均年降深9.39m。事實上，大部分軟巖生產礦均在向深部轉移，一部分老礦區(qū)開采深度多為500700m。新建礦井深度多為600900m，在高應力作用下這些軟巖礦井的巷道開掘和維護都將十分困難。所以，隨著我國煤炭生產建設發(fā)展，軟巖支護問題必將日益嚴重。2支護形式選擇巖石支護是用來提高井下巷道圍巖穩(wěn)定性和維護圍巖自撐能力，它分為巖石加固的主動支護和巖石支撐的被動支護。非預應力灌注式樹脂錨桿是一中主動支護，它隨圍巖變形就張緊。型鋼支架是一種被動支護，它只有當圍巖失穩(wěn)逐漸向巷道內移動時才起作用。井下巷道支護形式的選擇，取決于圍巖破碎帶范圍和破碎程度。I圍巖屬硬巖、低應力區(qū)，可采用光面爆破，不支護或樹脂錨桿（圖1a、b)或機械錨固式錨桿（圖2a），掛金屬網，防止小巖塊冒落。 樹脂錨桿多為端頭錨固型，即用樹脂為粘結劑，在固化劑和加速劑作用下將錨桿的頭部粘結在錨桿孔內。它具有凝結硬化快、粘結強度高、安全可靠、施工操作簡便、適用范圍廣等優(yōu)點，且控制圍巖位移和抗震性能好，可以對圍巖施加預壓應力，在很短時間內便能達到很大的錨固力。樹脂錨桿由樹脂藥包和桿體組成。樹脂藥包的外袋用雙層玻璃紙或聚酯薄膜做成，內裝樹脂、加速劑和填料；內管為玻璃小管，玻璃小管內裝有固化劑和填料。普通樹脂錨桿我國使用的樹脂錨桿以金屬桿體為主。早期的錨桿桿體為圓鋼，直徑1418mm，其頭部加工成反麻花形，以利增加粘結和攪破藥包；為防止安裝攪拌時樹脂外流和保證錨桿固長度，在麻花結構尾部焊有擋圈。目前，錨桿桿體主要以螺紋鋼為主，頭部削成斜坡狀以利攪破藥包。鉆孔直徑為2842mm，桿體直徑為1622mm，長度從1800mm到2400mm不等。樹脂錨固劑為高分子化學材料，其粘結能力強、固化速度快、耐久性好、抵御環(huán)境和人為影響因素能力強。錨固劑是由兩種不同組分的數值膠泥和過氧化物固化劑嚴格按科學配方分別包裝而成，凝結時間可按設計要求在十幾秒到幾小時內準確調控，其結構見圖2。樹脂錨固劑的型號、規(guī)格見表1和表2。圖2樹脂藥包示意圖表1 樹脂錨固劑規(guī)格型號規(guī)格/mm質量/g適用鉆孔/mm使用范圍35373537070010422井筒裝備安裝35303530055010422巷道錨噴支護端錨28352835040010322巷道錨噴支護及其它28502850064010322巷道支護和全長錨固23352335030010282巷道小直徑支護和全長錨固23502350043010282巷道小直徑支護和全長錨固表2 樹脂錨固劑主要型號和特征型號特性凝膠時間/min固化時間/min備注CK超快0.515在2010C環(huán)境溫度下測定K快速1.527Z中速3412M慢速152040CM超慢120240等強度螺紋鋼錨桿由于目前常用的錨桿桿體直徑均大于錨桿桿尾螺紋部分直徑，這就造成桿尾部分與桿體部分強度產生較大差異，因此在現場使用中，經常在未達到錨桿規(guī)定的極限強度前就在桿體與桿尾螺紋交界處產生拉斷破壞。因此，要提高同等規(guī)格錨桿極限破斷強度，就必須改變錨桿桿尾螺紋的加工工藝。為使錨桿整體強度真正達到等強?？刹捎脻L壓無熱處理技術新工藝。該工藝簡單易行，采用特殊機械滾壓加工技術，使絲扣段螺紋配合較大型號螺母，如18mm、20mm的錨桿桿體配合M22、M24的螺母，從而使絲扣段強度與桿體強度保持一致（表3）。因此，等強度螺紋鋼錨桿具有較好的支護性能。表2 普通錨桿與等強錨桿破壞強度對比表桿體直徑/mm錨桿類型絲扣段直徑/mm配合螺母/mm破壞部位破壞強度/kN加工工藝18普通錨桿16.2M18絲扣段117車削、損失加工等強錨桿18.2M20桿體段145車削、無損失加工20普通錨桿18.2M20絲扣段145車削、損失加工等強錨桿20.2M22桿體段178車削、無損失加工22普通錨桿20.2M22絲扣段178車削、損失加工等強錨桿20.2M24桿體段221車削、無損失加工單向左旋無縱筋螺紋鋼錨桿目前所使用的螺紋鋼大部分分為雙向紋兩筋螺紋鋼，雖然螺紋鋼能與錨固劑有較好的結合，但在注入錨桿時，桿體縱筋螺旋轉半徑大于桿體螺紋鋼旋轉半徑，從而造成桿體螺紋鋼不能與樹脂膠體緊密結合而產生較強的握裹力；同時，雙向螺紋不利于錨固劑充填密實，因此可降低錨固強度。針對雙螺紋鋼存在的缺陷，可對錨桿桿體表面結構進行優(yōu)化。將錨桿桿體專門軋制成單向無縱筋螺紋鋼，取消縱筋，螺紋為單向左旋，與錨桿注入時旋轉方向一致。在旋轉注入錨桿時，在單向左旋螺紋旋轉作用下產生強有力的壓力向深部推進，在此壓力作用下呈液體狀態(tài)的樹脂錨固劑可以充填孔中裂隙和排出孔中污水，增加錨固劑和錨桿桿體之間的握裹力以及錨固劑與巖體之間的粘結力，可以有效地提高錨桿的錨固力。單向左旋無縱筋螺紋鋼可用于各類礦山和地下工程，特別是在不穩(wěn)定地層巷道支護中取得較好的技術經濟效果。玻璃鋼錨桿玻璃鋼錨桿是采用玻璃纖維作為增加材料、以聚酯樹脂為基材，經專用拉擠機牽引，通過預成型模在高溫高壓下固化為全螺紋玻璃纖維增強塑料桿體，加上樹脂錨固劑、托盤和螺母組成玻璃鋼錨桿。玻璃鋼桿體具有可割性，很適合于綜采工作面臨時支護使用，而且具有良好的防腐性能，可以部分取代鋼錨桿以節(jié)約鋼材。這種玻璃鋼錨桿桿體可切割、輕質高強、便于安裝；成本低，與金屬錨桿相比成本可降低40%左右，可替代現有煤幫金屬錨桿、木錨桿、竹錨桿等進行煤幫支護。II硬巖、低應力區(qū)、節(jié)理、層里面局部破碎，可采用機械錨固式錨桿加拉條鋼帶，對硐室和破碎機房，可用注漿錨桿支護。機械錨固式錨桿是井下最早的巖石加固方式，加拿大仍然常用它。若巖石對錨桿有足夠的握裹力，安裝良好的張殼式錨桿（圖3a），可達到允許載荷力。若錨桿超載，托盤處螺紋或錨桿錨固端螺紋損壞，也不會由于錨桿滑動造成錨固失效。預應力錨桿對維護開挖巷道圍巖松動巖塊的穩(wěn)定最有效。巖塊松動可能是巖石節(jié)理、層理發(fā)育造成的，也可能爆破震壞導致的。松動巖塊冒落都會危機工作環(huán)境安全，因此需進行某種形式支護的。圖3機械錨固式和機械摩擦錨桿由于圍巖的松動波及不深，支護只需要承受松動巖石的自重。用機械式錨固和掛金屬網可有效的支護。錨桿預應力要求極限斷裂載荷的70%左右。機械錨固式錨桿存在的問題，一是錨固端隨時間推移就滑移，可能是由于爆破震動引起的；二是錨體受含硫化物地下水的腐蝕，有時不到一年就失效，這時應采用全長注漿錨桿。由于爆破和防腐技術的改進，減少了圍巖松動的范圍，機械錨固式錨桿和金屬網用量降低。注漿式或摩擦式錨桿能克服機械錨固式錨桿的缺點，采用全長注漿和全長摩擦錨桿，如樹脂錨桿（圖1）和管逢式錨桿（圖3b）和脹管式錨桿（圖3c）。即使錨桿發(fā)生滑移或托盤破裂，留在巖層中那段錨桿仍然錨固著，繼續(xù)提供支護抗力。注漿式和摩擦式錨桿的缺點是不能張緊，所以必須在巖石有明顯移動之前安裝。爆破的精心操作，錨桿盡可能靠近掘進工作面安裝，可為不同條件的圍巖提供非常有效的支護。比機械錨固式錨桿應用范圍大得多，安裝錨桿緊跟工作面，相應減少圍巖變形量，加強巖塊間的結合。隨著注漿式或摩擦錨桿的發(fā)展，非預應力錨桿的廣泛應用于采礦業(yè)，并將成為巖石加固主要手段。井下用的大部分巖石錨桿和樹脂錨桿都可以用鋼絲繩砂漿錨桿代替，它不論是否張緊，都可以安裝和注漿。近年來研究的鋼絲繩簡單的張緊技術，以取代以前復雜的張緊方法。用鋼絲繩砂漿錨桿加固放礦溜道、研石溜道很有效。露出圍巖的鋼絲繩逐漸破損也不會減少留在巖層中那段注漿鋼絲繩的錨固力。鋼絲繩的柔性允許巖層在其強度沒有明顯削弱時的自撐。采場在開采和回填時，長鋼絲繩砂漿錨桿可埋在要回采的礦物體內，以便支護回采工作面的上璧。隨著鋼絲繩的逐漸截短，鋼絲繩剩余段由于工作面上部巖層下移而張緊，從而產生錨固力。當鋼絲繩減少至2m時，新鋼絲繩在第一批鋼絲繩處搭接安裝，用于承擔第一批鋼絲繩被截后的支護。當支護大范圍潛在的失穩(wěn)巖層時，若鄰近的是斷層帶，張緊鋼絲繩砂漿錨桿可在工作面回采前從準備巷道內安裝。鋼絲繩砂漿錨桿也成功地用土木工程，如地下大動力室吊車起重梁的錨固和大跨度隧道的支護。拉條帶鋼。當巷道圍巖為層狀結構時，即大部弱面為沿一個方向移動，巖石沿弱面方向的強度高于其垂直方向。采用拉條鋼帶比金屬網更有效。拉條安裝在錨桿之間，且垂直于弱面走向(圖4)。平行于弱面走向安裝拉條通常效果差些。圖4拉條III低應力區(qū)、爆破造成弱面和少量圍巖破壞，采用預應力錨桿掛金屬網支護。在使用的金屬網中，選定錨桿間距為巖層弱面平均層間距的3倍。假設節(jié)理和弱面產生的巖塊平均邊長約0.5m，則理想錨桿間距應1.5m，錨桿長度為間距的2倍，則為3m。但如果節(jié)理平均間距為0.1m，錨桿安裝中心距0.3m是不可能的，這時用金屬網支護托盤間的小塊巖石。金屬網可以是鏈接，也可以是焊接，鏈接金屬網(圖5)易彎曲，有很高的承載能力，但安裝困難，且不適宜噴射混凝土，這是噴射后，鏈接后面的混凝土空穴難以消除。焊接金屬網在金屬絲方格交叉點上施焊，它有很好的剛性比鏈節(jié)金屬網好安裝。網節(jié)小，不妨礙混凝土噴進它的后面，所以焊接金屬網適宜于噴射混凝土。圖5鏈接金屬網IV低應力區(qū)、節(jié)理發(fā)育，采用噴射混凝土支護，噴層厚度50mm，加硅粉和鋼纖維。若噴層失效，打管縫式(圖3b)或脹管式錨桿(圖3c)，掛金屬網。噴射混凝土支護，是以壓縮空氣為動力、用噴射機將細骨料混凝土以噴射方法覆蓋到需要維護的巖面上從而凝結硬化后形成混凝土結構的支護方式。噴射混凝土可以單獨使用，在巖石、土層面或結構面上形成護壁結構，成為噴射混凝土。 噴射混凝土也可以和錨桿、預應力錨桿（錨索）聯合使用，形成以錨桿等為主的支護結構，簡稱錨噴支護。聯合作用時，主要是用于避免錨頭部位錨桿間巖土體的松脫和風化，可以起到加強錨桿等錨固構件的作用。由于噴射混凝土的施工工藝和普通混凝土有很大差別，因而其物理力學性能和對圍巖的支護特性有以下特點：混凝土在高速噴射過程中,水泥顆粒受碰撞沖擊,混凝土噴層受到連續(xù)沖實壓密,而且噴射工藝又允許采用較小的水灰比,因此噴射混凝土層具有致密的組織結構和良好的物理力學性能。特別是其粘結力大，能同巖石緊密粘結，是形成噴射混凝土獨特支護作用的重要因素。噴射混凝土能隨巷道掘進及時施工，由于加入速凝劑后其早期強度成倍增長，因而能夠控制圍巖的過度變形和松弛。噴射較薄具有一定柔性，可以和圍巖共同變形產生一定量徑向位移。噴射混凝土支護的作用原理加固和防止風化噴射混凝土以較高速度射入張開的節(jié)理裂隙，產生如同石墻灰縫一樣的粘結作用，從而提高巖體的粘結力和內摩擦角，即提高圍巖強度。同時，噴射混凝土層封閉了圍巖，能夠防止因水和風化作用造成圍巖的破壞和剝落。改善圍巖應力狀態(tài)巷道掘進以后即使噴射一層具有早期強度的混凝土，一方面可將圍巖表面的凸凹不平處填平，消除因巖面不平而引起的應力集中現象，避免過大的集中應力造成圍巖破壞；另一方面，可使巷道周邊圍巖由單向或雙向受力狀態(tài)轉化為三向受力狀態(tài)，可提高圍巖強度。與圍巖共同作用開巷后如能及時對暴露圍巖噴射一層混凝土，使噴層與巖石的粘結力和抗剪強度足以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別圍巖活石的滑移或墜落，那么巖塊間的連鎖咬合作用就能得以保持，這樣不僅能保持圍巖自身穩(wěn)定，而且還可以與噴層構成共同承載的整體結構。噴射混凝土材料噴射混凝土要求凝結硬化快、早期強度高，故應優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水泥的強度等級不得低于32.5。為了保證混凝土強度和凝結速度，笨得使用受潮或過期結塊的水泥。為了保證混凝土強度，防止混凝土硬化后的收縮和減少粉塵，噴射混凝土中的細骨料應采用堅硬干凈的中砂或粗砂，細度模數宜大于2.5。為了減少回彈和防止管路堵塞，噴射混凝土的粗骨料粒徑一般不大于15mm。噴射混凝土的強度一般要求不得低于15MPa；水灰比以0.40.5最佳。水灰比在此范圍內噴射的混凝土強度高而回彈少。通過在普通噴射混凝土加入鋼纖維的方法可有效的改善混凝土的整體力學性能和物理性質，特別是提高混凝土噴層的抗拉強度和變形能力、變脆性材料為塑性材料。國內外已經在隧道和地下工程中使用鋼纖維混凝土，取代傳統(tǒng)的普通混凝土加設鋼筋網作為永久支護，這樣可部分省掉鋼筋網、節(jié)省大量的人力物力財力。噴射混凝土主要性能指標噴射混凝土抗壓強度一般設計噴射混凝土強度要求達到1520MPa。噴射混凝土也和一般混凝土一樣，強度隨時間增長而增加，最終強度可以達到120%130%。粘結強度噴射混凝土的拌和料以高速沖擊面層，不僅可以提高漿料密實度，而且還可以形成510mm的漿液層充滿面層而接受后續(xù)的骨料。因此，無論噴層面是磚、混凝土或石料，均有較高的粘結強度。噴射混凝土厚度單獨使用時，噴射混凝土厚度一般為50150mm；多次噴射時，噴層厚度也可以到250mm；與錨桿聯合使用時，根據工程性質不同可以采用50120mm。一般考慮到防止圍巖風化和工程特點，要求噴層厚度不小于80100mm。當巖體變形較大時，混凝土噴層將不能有效地進行支護。試驗證明，當噴層厚度超過150mm時，不但支護能力不能提高，而且支護成本明顯提高，因此應選用錨噴聯合支護。這時支護以錨桿為主，噴混凝土只對錨桿間表面巖石進行局部支護和防止圍巖風化。噴射混凝土施工工藝流程從混合料和施工工藝上可將噴射工藝分為干式噴射法和濕式噴射法兩種。知道現在，干噴法在我國和其他國家仍是噴射混凝土的一種主要方法。用干式噴射工藝時，先將砂、石過篩，按配合比和水泥一同送入攪拌機，然后用礦車將拌合料運送到工作面，經上料機裝入以壓縮空氣為動力的噴射機，同時加入規(guī)定量的速凝劑，再經輸料管吹送至噴頭處于水混合后噴敷到巖面上。用干式噴射機噴射混凝土時，裝入噴射機的是干混合料，在噴頭處加水后噴向巖石。噴射作業(yè)時粉塵大，水灰比不易控制，混合料與水的拌合時間短，因而混凝土的均質性和強度受到影響且回彈量大、噴層質量低。噴射混凝土質量檢測主要檢測內容包括噴射混凝土的強度和噴層厚度。噴射混凝土的強度檢測采用點荷載試驗法，也可采用噴大板切割法或鑿方切割法，不得采用試塊法。點荷載試驗法是用混凝土鉆取機從噴層中鉆取圓柱體心樣，然后用點載荷儀測試其點載荷強度，再根據點載荷強度確定噴層強度。拔出試驗法是指在混凝土噴層中鉆孔、切槽并安裝擴拔器進行試驗，根據極限拔出力確定噴射混凝土的抗壓強度。最后用統(tǒng)計法或非統(tǒng)計法進行數據處理，以確定噴層中的抗壓強度是否滿足要求。噴層厚度，可在噴射混凝土凝固前采用偵探法檢測，也可用打孔尺量法或取心法檢測。圖6噴射混凝土V高應力區(qū)、節(jié)理圍巖，采用樹脂錨桿和脹管式錨桿支護，還可用鋼絲繩砂漿錨桿(圖1c)，不宜用機械錨固式錨桿。噴射混凝土用于永久性巷道支護，短期性巷道要掛金屬網和鋼帶拉條。VI巷道處于高應力區(qū)，受采動影響.采用加密注漿鋼筋錨桿。VII巷道處于承壓區(qū)、圍巖破碎、隨時有冒頂的可能，采用管縫式錨桿，錨桿端間設拉條鋼帶。VIII斷層破碎帶的巷道，無法采用錨桿錨固，采用鋼纖維噴射混凝土，在噴層中鉆排泄孔，防止噴層內形成壓力。在明顯的高應力區(qū)和圍巖持續(xù)移動區(qū)，則要求采用鋼支架。在硬巖開挖中,鋼支架使用有限,大部分支護可以使用機械錨固式錨桿和灌注式樹脂錨桿、噴射混凝土和它們組合。掘進斷層帶、嚴重破碎巖帶與斷層結合帶時，不能用機械錨固式錨桿和灌注式錨桿，需用型鋼支架（圖7），支撐巷道圍巖冒落巖石的自重。圖7型鋼支架此外，礦山地層條件的變化，使得單存錨桿支護或噴射混凝土支護技術不能滿足巷道穩(wěn)定和安全需要，從而在錨桿支護和噴射混凝土支護的基礎上形成了一系列新的支護形式，如巖石支護中以錨桿、金屬網、噴射混凝土、鋼帶等組成的聯合支護形式，可簡稱為錨噴支護。隨著技術發(fā)展，還逐步形成了預應力錨索支護技術和錨桿桁架支護技術等。目前這些技術已經在不同巷道中的支護取得了較好的技術經濟效果。錨桿和噴射混凝土雖各有優(yōu)點，但也都有不足之處。錨噴聯合支護，恰能做到使二者相互取長補短、互為補充，是一種性能更好的支護形式。錨桿與其穿過的巖體形成承載加固拱，噴射混凝土層的作用則是在于封閉圍巖、防止風化剝落，和圍巖結合在一起能對錨桿間的表面巖石起支護作用。試驗表明，用錨桿進行支護時，在兩錨桿間的圍巖表面附近會產生拉應力。如果巖石松軟，在拉應力的作用下可能產生局部破壞和掉塊，而局部小巖塊的墜落又可能導致深部巖石的松動和破壞，這樣將削弱巖石加固拱的穩(wěn)定性和承載能力。因此，錨桿與噴射混凝土聯合使用，就可以防止局部巖塊松動和墜落，從而加固和提高巖石拱的承載能力。雖然噴射混凝土能有效控制錨桿間的石塊掉落，但其本身是脆弱的，當巖石變形較大時易出現開裂剝落。解決方法之一就是在噴射混凝土之前敷設金屬網，噴后形成鋼筋混凝土層，提高了噴層的整體性，改善了噴層的抗拉性能，這就形成了錨噴網聯合支護，能有效的支護松散破碎的軟弱巖層。另外，為了克服噴網層的整體性差和剛度低的缺陷，可采用鋼帶或鋼筋梯將全斷面內的錨桿連接起來后在噴漿封閉，形成符合結構。為擴大錨桿支護使用范圍，充分發(fā)揮錨桿支護的經濟、快速、安全可靠等優(yōu)點，在大斷面、地質構造破壞段、頂板軟弱且較厚、高地應力、綜放巷道等困難、復雜的巷道中，為增加錨桿支護的安全可靠性，可使用小孔徑預應力錨索進行加強支護。預應力錨索加強支護在巖巷支護中占有重要地位。由于它的錨固深度大，可將下部不穩(wěn)定巖層錨固在上部穩(wěn)定巖層中，可靠性較好且可施加預應力而實現主動支護，因而是支護技術中一種可靠有效的手段。對于節(jié)理和裂隙發(fā)育、斷層破碎帶等圍巖松散、破碎的情況，近年來又開發(fā)了注漿錨桿技術，即利用錨桿注漿技術改變圍巖松散破碎結構，提高其粘結力、內摩擦角和圍巖的整體性，使圍巖為錨桿提高可靠的著力基礎，充分發(fā)揮錨桿對松散破碎 巖層的錨固作用。注漿錨桿既是錨桿又能用其進行注漿。圍巖注漿后，一方面將松散破碎巖塊膠結成整體，從而提高巖體的內聚力和內摩擦角，使巖體本事成為支護結構；另一方面，使普通端錨式錨桿變成全長錨固錨桿，使錨桿與圍巖形成整體，充分發(fā)揮錨桿錨固作用，組成可靠的組合拱。利用漿液充填圍巖裂縫，與錨噴網支護相結合，形成多層組合拱，可擴大支護結構的有效承載范圍，提高支護結構的整體性和承載能力。另外，錨噴或錨噴支護加鋼拱架或砌碹支護結構主要使用于破碎圍巖松動壓力和變形位移的情況以及其他復雜條件下。在這些條件下，錨噴或錨噴網支護作為一次支護，二次支護采用鋼拱架或砌碹支護。3軟巖巷道問題分析軟巖巷道的礦壓控制與巷道支護一直是長期困擾著地下采礦工業(yè)發(fā)展的難題之一。地壓大、難支護的巷道已被列入軟巖巷道研究之列,軟巖已成為軟弱、破碎、松散、膨脹、流變、強風化蝕變及高應力巖體的總稱。我國許多礦區(qū),目前都存在軟巖巷道支護困難的問題,并成為影響礦區(qū)發(fā)展和礦井經濟效益的主要因素。對軟巖巷道的變形機理及支護技術進行深入研究有助于軟巖支護理論的發(fā)展,改善主要憑經驗支護的現狀，使軟巖支護技術更加科學。I軟巖巷道變形機理及支護原則根據主要影響因素及工程巖體分級國家標準所依據的巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個巖體穩(wěn)定性的基本共性因素，將軟巖劃分為5類,即軟弱型軟巖、破碎型軟巖、高應力型軟巖、軟弱破碎型軟巖、膨脹性軟巖。由于組成巖體的巖塊強度和結構面特性不同，不同類型軟巖巷道圍巖變形規(guī)律各不相同，實踐中應根據不同類型的軟巖確定巷道變形、失穩(wěn)機理及其支護原則和方案。a.軟弱型軟巖巷道軟弱型軟巖的巖塊強度低,巖石完整性較好，故變形以巖塊變形為主,結構面的影響較小。這類軟巖巷道破壞機理以塑性變形和流變變形為主，巷道變形的特點是變形持續(xù)時間長、變形速度快、變形量大,表現為明顯的流變變形特征，破壞型式主要有持續(xù)性的擠壓流動性底鼓、大變形量的頂板及兩幫收斂變形。支護時，應采用高強度的全封閉高阻支護結構，并適當讓壓。常用方法有錨噴網加可縮性金屬支架,錨注支護加噴砼和金屬網法等。b.破碎型軟巖巷道破碎型軟巖的巖體完整性差,巖塊強度較高，變形是由于巖塊沿結構面滑移破壞。這類巷道變形以松動塌落變形和流變變形為主，破壞型式主要有頂板冒落、兩幫片落鼓折、大變形量的頂板及兩幫收斂變形。支護應能夠加固巖體結構面，提高巖體整體強度,宜采用高強支護，并適當讓壓方式，如錨注支護加噴砼和金屬網法等。c.高應力型軟巖巷道高應力型軟巖指巖體完整性差，處于高地應力和采動應力環(huán)境中的巖石。這類軟巖巷道在巖塊強度較高時，變形破壞以松動塌落為主，具體形式有冒頂、片幫；在巖塊強度較低時，變形破壞以流變變形為主。高地應力地區(qū)軟巖巷道的主要破壞形式有大變形和巖爆兩種。當變形量很大且延續(xù)時間很長時，就產生了持續(xù)不斷的破壞以致深入到圍巖內部，使圍巖塑性區(qū)逐漸增大造成硐室大規(guī)模坍塌,巷道圍巖破壞具有明顯的時效性。為了防止巖體破壞，必須適當卸壓，且支護作用必須控制持續(xù)不斷的變形和破壞，并維持巷道的穩(wěn)定，可采用組合錨桿，金屬網加噴砼方法等。d.軟弱破碎型軟巖巷道軟弱破碎型軟巖兼有軟弱型與破碎型軟巖變形的特點，巖塊強度低，巖體完整性差。該類巷道變形機理十分復雜，表現為強烈的流變變形特性，且來壓迅猛。巷道支護須采用高強度的全封閉支護結構來加固巖體，如錨注支護加噴砼和金屬網，高強度噴網加高強度可縮性金屬支架方法等。e.膨脹性軟巖巷道膨脹性軟巖多含有膨脹性顆粒和介質，如蒙脫石、伊利石等。膨脹性粘土礦物成分吸水后體積膨脹，產生很大的膨脹力或遇水發(fā)生物理化學反應，使圍巖強度降低或喪失，從而致使巷道變形破壞。巷道變形以膨脹和流變變形為主，圍巖變形量大，持續(xù)時間長，極易坍塌。巷道支護應封閉圍巖表面，采用全封閉的高阻讓壓結構，如錨注支護加噴砼和金屬網及高強錨噴網加高強可縮性金屬支架法等。II軟巖巷道支護技術a.錨桿支護技術錨桿支護把圍巖視為主動支護體，在軟巖巷道圍巖發(fā)生較大位移變形前施行錨固，使圍巖形成具有較大剛度的整體，充分利用圍巖本身的強度和自承能力，變荷載為承載體，阻止和減少離層進一步發(fā)展。在巷道圍巖上按一定網度布設錨桿形成錨桿群，其作用原理可分為以下三點：懸吊作用(如圖8a)：在塊裂結構巖體中,圍巖往往會出現危險關鍵塊體，可用錨桿群將其“懸吊”在穩(wěn)固巖層上；組合作用(如圖8b)：在層狀巖體中，錨桿及連接螺栓，將薄巖層組成厚梁，增大其抗彎剛度和承壓能力；擠壓加固作用(如圖8c)：在碎裂結構巖體中，以一定方式布置預應力錨桿群，各錨桿的預應力在錨桿兩端產生一個錐形壓縮區(qū)，并互相連接起來，兩端錐形壓縮區(qū)之間巖體受到擠壓，形成一個擠壓加固帶，這個帶內的巖體強度得以提高，整體性加強，好似一個承壓拱，充分發(fā)揮圍巖的自承載作用。圖8錨桿群的作用原理錨桿使用過程中，必須選擇合理的錨桿長度，使錨固端錨固在圍巖松動圈外的穩(wěn)固圍巖上；確定合理的錨桿網度,達到最佳錨固效果；測定設計錨桿的錨固力，確保錨桿能夠達到要求強度。同時，錨桿眼鉆鑿與錨桿安裝也至關重要，直接影響到錨固質量。對于角礫狀破碎不穩(wěn)固的礦體，錨桿支護可以通過合理的網度或與金屬網聯合作用達到提高軟巖巷道整體穩(wěn)定性的目的。對于圍巖松動圈半徑不大的采場巷道，錨桿支護是一項整體效果良好的控頂措施；但如果圍巖松動圈半徑超過錨桿有效支護深度，錨桿支護也不能保證圍巖的穩(wěn)定性。b.錨桿的聯合支護技術為了進一步提高軟巖巷道穩(wěn)定性，錨桿被廣泛應用于錨網噴技術及錨注技術等。錨網噴技術中，錨桿錨固在未破壞的巖體上，阻止圍巖松動變形和破壞；噴射混凝土噴層封閉圍巖表面,支護錨桿間圍巖，防止表面巖層冒落；噴層中鋪設鋼筋網，可增加噴層的強度和柔性,提高支護的整體性。錨桿、混凝土噴層和鋼筋網三者組成的支護體與圍巖緊密結合，共同承載，既充分利用和發(fā)揮了圍巖的自承能力，又在與圍巖共同變形過程中及時提供支護抗力，限制圍巖產生有害變形，從而保持巷道穩(wěn)定。鶴壁十礦南翼大巷埋深大、地質條件復雜、服務年限長，對其應用此項技術，有效地控制了圍巖變形，保證了巷道穩(wěn)定，取得了明顯的技術經濟效益。錨注支護是兼有錨桿支護與注漿加固共同優(yōu)點的一種支護方式。在巷道開挖以后，對巷道圍巖進行噴漿封閉，防止圍巖進一步風化；然后在圍巖中打入注漿錨桿進行注漿加固。注漿錨桿既有錨桿支護的特點，又能通過此錨桿對圍巖進行注漿。通過注漿、漿液充填、壓密裂隙空間,使圍巖由注漿前的無約束松散狀態(tài)變?yōu)橛慑^桿、漿體和圍巖共同作用的具有承受抗壓、抗剪切、抗拉等適應復雜應力、應變狀態(tài)的支護體。焦作礦區(qū)古漢山礦主要運輸大巷布置在軟巖層位上，巷道變形破壞十分嚴重。應用錨注支護技術提高了圍巖本身的承載能力，達到治理圍巖的目的。c.砌碹支護及噴砼技術砌碹支護是軟巖支護的傳統(tǒng)方法，利用支護體自身的支護強度來支撐來自圍巖的初期礦山壓力，待平衡后，支護體和圍巖一起抵抗來自圍巖層的壓力。這種支護方法適合于巷道圍巖非常破碎，礦壓較大，采用錨噴支護優(yōu)越性不顯著；巷道圍巖很不穩(wěn)定，頂幫巖石極塌落，砼噴不上、粘不牢，錨桿的錨固力明顯下降的含油泥巖、粘土巖及斷層破碎帶。砌碹支護屬剛性支護，由于巷道本身成形不規(guī)則，當應力重新分布時，支護體是局部而不是全部接觸巖層。先接觸巖層的支護體必將先產生形變，在地壓過大時從某一支護薄弱點開始遭受損壞，碹體很容易被壓碎，崩落。因此，探索用“剛柔結合，先柔后剛”的方式克服各種壓力的不良影響，在碹體與圍巖間預留掘進斷面一般取1.02.2 m2，兩幫預留間隙30100 mm，拱頂預留間隙120300 mm，并用砼、砂或碎矸石等填實(圖9)，形成碹體均勻受壓的緩沖層，在保證巷道有一定的可縮性情況下，盡量提高巷道整體承載能力。圖9壁后噴砼的砌碹支護技術d.U型鋼可縮性支架壁后充填層技術U型鋼可縮性支架是廣泛應用于煤礦巖巷的一種被動支護，其最大優(yōu)點是當圍巖作用于支架上的壓力達到一定值時，支架便產生屈服縮動,縮動的結果使圍巖作用于支架上的壓力下降，從而避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導致支架的破壞，保證了巷道的正常使用。但是由于施工技術、巖性條件等的限制，任何剛開挖出來的巷道周邊都是凹凸不平的，與光滑的U型鋼支架出現點接觸現象，引起支架的受力不均勻，造成支架在復雜力系作用下工作，出現應力集中導致支架局部屈服從而影響整個支架的性能。根據國內外的試驗結果和使用經驗表明：U型鋼可縮性支架壁后充填技術可以使支架均勻受力，有效地發(fā)揮支架的性能;在壁后密實充填的情況下，U型鋼支架的承載能力可比不進行壁后充填時提高2.53倍。因為，將一定厚度的膠結硬化材料進行壁后充填，可使支架與圍巖緊密接觸，保證支架能及時承載和均勻承載。當圍巖來壓后通過充填層的壓縮變形產生讓壓作用，提高圍巖的自承載能力，控制圍巖的變形。實施壁后充填后，巷道圍巖與支架相互作用體系從無壁后充填情況下的“支架圍巖”作用體系變成了“支架充填層圍巖”三位一體的作用體系(見圖10)。支架與充填層組成了復合支護結構，將無壁后充填情況下支架單獨對圍巖作用變成了支架與充填層共同對圍巖的作用。通過壁后充填層將支架與圍巖聯成一體，形成共同承載體，對于發(fā)揮圍巖的自承載能力更為有利。U型鋼支架壁后充填采用砼噴射機直接噴射充填，不但充填密實、效果好，而且施工工藝簡單、技術要領容易掌握，大大降低了工人的勞動強度，加快掘進速度。該支護方法主要適用于強膨脹巖層及斷層破碎帶，淮南礦業(yè)集團望峰崗煤礦-817 m副井車場北繞道，圍巖主要以泥巖和粉砂質泥巖為主，巖石破碎松散，推廣以水泥、石膏和粉煤灰為原料的充填材料進行工業(yè)試驗，效果良好。圖10“支架充填層圍巖”三位一體作用體系e.離壁支護技術所謂的離壁支護是指在料石碹或U型支架與巷道毛斷面之間留有一定的間隙，且不進行壁后充填的一種打破常規(guī)的特殊支護形