深部軟巖巷道錨桿支護技術(shù)探索

　　一般來說，礦山巷道圍巖穩(wěn)定性的主要影響因素是圍巖強度以及應(yīng)力狀況，同時也受到支護的作用。巷道圍巖的狀態(tài)發(fā)生變化，則錨桿支護也呈現(xiàn)不一樣的作用機理。較為經(jīng)典的有懸吊作用、加固拱作用以及組合梁作用等，依據(jù)不同角度反映出錨桿支護和加固圍巖的作用機理。但是值得思考的是，這一類的傳統(tǒng)方法，沒有將錨桿的加固作用和圍巖的穩(wěn)定性結(jié)合在一起，，所以也不能反映出錨桿支護對于改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)的作用。當(dāng)前的礦山開采深度大，所以受到采動及構(gòu)造應(yīng)力額影響較大，具有深部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巷道圍巖出現(xiàn)嚴重破壞、深部巷道圍巖的變軟等特征。因此，對深部軟巖巷道的支護技術(shù)進行研究，對于礦山安全生產(chǎn)有重要的現(xiàn)實意義。
　　1、 深部巷道圍巖變形特征與支護原理
　　1.1 深部巷道圍巖的變形特征
　　巷道被開掘之后，原巖的應(yīng)力平衡遭到破壞，圍巖的應(yīng)力開始重新分布。而隨著時間的推移，其應(yīng)力處于不斷變化的狀態(tài)下，圍巖中出現(xiàn)“張拉域”以及“壓縮域”兩種現(xiàn)象。深部巷道的主要變形特征有：圍巖面臨空面位移的情況，圍巖出現(xiàn)變形，于0-2.5m的范圍中產(chǎn)生張拉域，此時支護工作不及時會導(dǎo)致位移情況進一步的擴大；圍巖縱深在2.5-6.0m的范圍中出現(xiàn)壓縮域，其出現(xiàn)是圍巖自承能力發(fā)揮作用以及向穩(wěn)定平衡方向轉(zhuǎn)化的標志。
　　1.2 深部軟巖巷道的支護原理
　　巷道穩(wěn)定性包含圍巖的穩(wěn)定性以及支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性兩個方面。傳統(tǒng)支護作用中，工作人員將巷道維護作為單純的支護結(jié)構(gòu)問題進行處理，沒有與支護類型、巷道掘進方法以及工藝過程相聯(lián)系，存在明顯的問題與缺陷：圍巖自承能力沒有得到發(fā)揮和利用，忽視圍巖的變形力學(xué)特征以及在挖掘過程的發(fā)展，忽視應(yīng)力根本性破壞作用。針對這樣的情況，應(yīng)當(dāng)將深部巷道維護的重點放在圍巖自承能力的發(fā)揮與利用上。其基本原理為：使工程中的支護體系與結(jié)構(gòu)、參數(shù)、工藝過程等適應(yīng)圍巖的變形，確保支護的特性與圍巖變形力學(xué)特性的適應(yīng)性，最大限度地發(fā)揮出圍巖以及支護體系的性能，對圍巖的變形進行控制、維護巷道的穩(wěn)定。
　　2、 錨桿加固原理與錨桿支護設(shè)計
　　2.1 錨桿加固的原理
　　首先是通過增強筋作用，如在混凝土中添加鋼筋，從而使混凝土的強度和性能大幅度的改善。相較于其他的支護形式，錨桿不是單純的支擋作用，而是插入到巖層里面，如同在混凝土當(dāng)中添加了鋼筋，形成某種由錨桿和圍巖組成而成的復(fù)合體，很大程度的提高了圍巖的強度和整體性；其次是主動支護的作用，錨桿插入到圍巖的內(nèi)部之后能夠提高圍巖強度，同時防止圍巖出現(xiàn)松弛，控制各種物理或者化學(xué)反應(yīng)對圍巖產(chǎn)生的弱化作用。尤其是在超前工作面的一定距離中實施錨桿支護，能夠有效的起到預(yù)先控制的作用；最后是包體預(yù)應(yīng)力作用，錨桿與巷道的圍巖先比是一宗異質(zhì)包體，其變形模量要明顯高于圍巖的變形模量，這樣的差異導(dǎo)致錨桿對圍巖產(chǎn)生相應(yīng)的約束力，阻止了位移的發(fā)生。
　　2.2 錨桿支護設(shè)計
　　錨桿發(fā)生作用的機制是通過產(chǎn)生的約束作用控制錨固體，防止其發(fā)生松散、保持整體性，從而拱內(nèi)巖體的自穩(wěn)性以及承載能力。圍巖穩(wěn)定的基礎(chǔ)就在于錨固體內(nèi)形成能夠保持自身平衡的壓力拱――錨固平衡拱。但是從根本上來說，深部軟巖巷道不能單一的采用錨桿支護結(jié)構(gòu)，而是應(yīng)該采取復(fù)合支護技術(shù)，讓支護體與錨固范圍之中的圍巖共同形成承載體，使圍巖的穩(wěn)定性以及抗應(yīng)變能力得到增強。此外，錨桿桿體的選擇必須為高強度，施工方式與工藝也要有助于提高錨桿初錨力。
　　3、 工程實例
　　3.1 工程概況
　　現(xiàn)對某礦山-920m水平巖的集中巷埋深度為1080m，巷道的寬度為4.3m、高度為3.6m，巷道的斷面為直墻半圓的拱形。沿著層面法線的方向向上約25-30m處為礦山的第六層礦，圍巖的性質(zhì)為粉砂巖，其堅固系數(shù)f=4-7。工程原本使用的是F22mm×1800mm的錨桿全長水泥藥卷錨固，錨固之間的間距設(shè)置為0.4m，排距為0.8m。采用特種加固措施在巷道的頂部設(shè)置3根長度為6m，F(xiàn)14mm的鋼絞線錨索，其排距為2.5m。使用這樣的方式，開掘后約60天就出現(xiàn)了較大的變形情況，變形先從頂部開始，逐漸延伸到后底部以及兩幫，其變形量為200mm、300-500mm以及100-200mm，支護結(jié)果非常不理想，因此需要對其進行優(yōu)化加固的處理。
　　3.2 深部軟巖巷道錨桿支護
　　根據(jù)上述的案例實際信息能夠得知，該巷道為高應(yīng)力軟巖巷道，需要采取的主要手段應(yīng)該是對圍巖的應(yīng)力狀態(tài)進行調(diào)整改變，以適應(yīng)其高應(yīng)力的特點，讓支護在釋放圍巖應(yīng)力的同時允許出現(xiàn)一定的變形，但是同時需要保證圍巖受到的破壞較小，穩(wěn)定性能較好。所以其支護方式應(yīng)該是主動支護和被動支護兩者結(jié)合的方式，也就是：鋼絞繩錨索+錨桿+工字鋼反拱底梁+柔性噴層的整體方案。具體情況為：
　　考慮到巷道的斷面形狀以及深部巷道產(chǎn)生的壓力較大、底臌現(xiàn)象非常嚴重等因素對巷道底板臥底進行施工，設(shè)定巷道的中軸線臥底深度為625mm，呈圓弧形反拱的形狀，半徑設(shè)為5.5m；
　　其次設(shè)定巷道的支護參數(shù)以及形式，首先沿著頂板和兩幫以不同的形式進行支護，分別為普通錨固斷面形式以及錨索錨固斷面形式。普通錨固斷面形式：頂板和巷道兩幫的錨桿桿體選擇使用F22mm、長2.5m的螺紋鋼，每一根錨桿都需要使用樹脂藥卷全長錨固，數(shù)量為3卷。錨桿之間的間距0.7m。使用錨索對斷面進行錨固，巷道頂板設(shè)置長度為5m的錨索3根，之間的間距為2.1m；此外兩幫也要各打一根長度為4m的錨索。其具體施工方式為：使用樹脂藥卷對端部進行錨固，然后使用水泥砂漿灌注。掌握好錨桿和錨索之間的間距，每間隔兩排普通錨桿打錨索1排。巷道底板采用12#的工字鋼或者是舊鋼軌制成的反拱底梁，與底板錨桿支護配合使用，底板錨桿之間的間距為0.9m。為封閉圍巖，在巷道兩幫及頂部進行網(wǎng)噴，金屬網(wǎng)的規(guī)格為500mm×920mm，噴層的厚度為150mm，在混凝土當(dāng)中適當(dāng)?shù)奶砑佑袡C添加劑增強其柔性。
　　結(jié)果
　　在施工之后的60天對巷道的變形情況進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道頂板的平均位移量為58.4mm，臌量為30.6mm，兩幫的位移量約為78.3mm，與使用傳統(tǒng)方式相比，變形量均有很大程度的下降，明顯優(yōu)于之前的支護結(jié)構(gòu)；在巷道投入使用之后的兩年內(nèi)沒有出現(xiàn)非常明顯的變形與破壞，能夠有效的保證礦山的安全生產(chǎn)。
　　結(jié)束語
　　綜上所述，本文首先對深部軟巖巷道圍巖出現(xiàn)變形與破壞的特征以及使用錨桿支護的作用原理進行分析探討，結(jié)合實際的工程案例，使用鋼絞線錨索、錨桿以及工字鋼反拱地梁等對深部軟巖巷道的變形進行控制，取得了較好的效果，巷道的變形和破壞情況得到有效的抑制，值得在工程中推廣。