软岩巷道围岩变形破坏特征与施工体探讨

软岩巷道围岩变形破坏特征与施工体探讨

【摘 要】目前我国对锚网索喷支护技术在软岩支护中的应用尚需深入研究，笔者结合自身工作经验对3类软岩工程中观察到的大量破坏现象分析后认为，多数都是可以避免和克服的。本文针对施工实际，讨论如何有效控制变形，分析评定软岩稳定性及软岩巷道施工技术问题，以供同行探讨。

【关键词】软岩巷道；控制变形；锚网喷；支护

1 西翼回风大巷围岩变形破坏特征

矿建公司施工的某矿西翼回风大巷，围岩为粉砂岩，属于软弱岩层，风化严重，围岩承载能力较差。本文将从围岩变形特性和破坏形式两方面来作分析。

关于围岩变形特性，通常用围岩位移量、位移速率与位移时间的函数关系和周边位移分布来表征变形特征。围岩变形一般可分为3个阶段：岩体应力调整阶段，相对稳定阶段与破坏阶段。由于地质、矿物和工程等因素作用，即使在相对稳定阶段，岩体仍不停发生微量变形，经过长期积累，总位移量达到并超过临界值，围岩就会逐渐破坏。

软岩同样具有这一基本特性，但同时又表现出初期变形速度快、变形量大、长期蠕变明显的特点。不同类型的软岩变形特点各不相同。

西翼大巷围岩整体挤压剪切破坏状况：软岩因强度低，变形大，围岩整体向内移动，强烈挤压，在应力高度集中部位造成剪切破坏。这种破坏，最先是在喷层上出现裂缝，破裂面与壁面斜交，受影响的喷层渐与岩面分离，最后折断脱落，断裂面与壁面直交，同时或稍后发生片邦或局部冒落。这种破坏形式常受以下部位影响。

（1）壁面突出部位：以突出部的峰点为中心向四周放射状破裂，甚至“鼓包”片落，直至壁面平整为止。

（2）巷道交岔处：在拱顶和侧帮衔接处，沿突出部位发生纵向破裂，并逐渐扩大延深。

（3）支护薄弱部位：如两侧帮底部的加固常被忽视。侧帮下部围岩变形得不到有效控制而挤出，在其上部出现沿巷道轴向的近水平裂缝，逐渐导致喷层折断，大块片落。

（4）岩体膨胀：水的作用是膨胀性矿物发生膨胀的必要条件，巷道下半部易发生破坏。

2 软岩工程锚网索喷支护要领

软岩工程中锚网索喷支护要获得成功，必须控制住围岩的第1阶段变形，并实现第2阶段的长期相对稳定，推迟或防止第3阶段在工程服务年限内或大修周期之前发生破坏，控制住各种局部和隐蔽影响因素。

2.1 实行全面支护，同时增强局部支护

软岩巷道侧帮或顶部出现剪切破裂，虽然为局部破坏，但实质是由于围岩整体移动（但不均匀）造成。因此，不仅易破裂的部位需要加固，导致发生破裂的大变形部位更需加固，必要时还应增设底拱封底，形成闭合结构。实际工程中往往只注意加固易破坏部位而不认真全面支护。

2.2 软弱围岩应分次支护，破碎围岩应一次支护

软岩工程锚网索喷支护技术十分注重支护施工时间，已成为锚喷支护（除形式和参数外）的第3要素。对于各类软岩工程，初次锚网喷支护一般都应紧跟开挖面，及时控制住围岩变形。对于软弱岩体，由于具有明显的长期蠕变性，后期稳定问题十分关键。因此，在围岩开始趋于稳定（开挖后10天或几十天，由实测得出）时再喷射一层砼支护，以控制后期蠕变和压力，增加总的支护安全度。而对于破碎岩体，由于开挖后极易坍塌冒落，松散压力增长很快，且后期蠕变不明显，围岩稳定的关键时期在应力调整阶段。因此，所有的支护和加固措施，应跟随初次支护之后立即按顺序进行，以提供足够强的支护能力。对于既软弱又破碎的复合型软岩，则需综合采用针对不良岩体的支护措施。

2.3 一般采用锚网索喷联合支护，必要时采用复合支护

软岩工程中，一般不宜采用单一的喷射混凝土支护。对于钢筋砂浆锚杆丧失支护作用的原因，经实地调查，几乎全是锚杆间的岩石逐渐冒落，锚杆裸露、脱落所致。因此，在软岩中锚杆支护要有喷层保护，而不宜单独使用。

在围岩极不稳定或服务年限长的重要工程中，应考虑采用复合支护，以锚网喷+U型钢支架、锚网喷+工字钢支架、锚网喷+双工字钢支架、U型钢切护式支架、双层工字钢浇筑砼等多种联合支护形式。

3 回风大巷软层中掘进及支护施工

3.1 掘进

在松软岩层中采用锚喷，巷道掘进可按下列3种方式进行：

（1）放炮掘出：采用光面爆破掘进。这类岩层的炮眼布置及爆破参数与中等硬度的岩石类似，但也有区别。

（2）掏槽放炮、风镐掘出：对放炮后会片帮冒顶的泥岩、粘土岩等岩层中

施工，一般巷道仅放底炮及“开心炮”，其余按设计轮廓线用风镐、手镐放顶、刷帮。对于在砂质泥岩、粗砂岩等岩层中掘进，在布置周边眼时可以从设计轮廓线向里缩小250～400mm，其它与放炮掘进炮眼布置基本相同。

（3）风镐、手镐掘进：在含泥岩、炭质岩及有淋水的断层破碎带中施工时，一般要用锚杆挂金属网或钢筋网，条件较差时要架设金属支架。为防止片帮冒顶，严禁放炮。采用锚喷网时先掘拱顶部，再打锚杆挂网，必要时挂上网后立即喷射一层混凝土，然后再掘拱基线以下部分。如采用锚网架时，可先掘两侧，安上U型钢棚腿并用锚杆暂时固定，然后掘进拱顶，边掘进边打锚杆，再挂网，安装上棚梁并用锚杆固定，最后清除岩柱，喷射混凝土。

3.2 打锚杆

（1）巷道拱顶掘出后，应立即蹬矸打锚杆。围岩破碎时，打锚杆的同时应挂上金属网或钢筋网，出矸后再打两帮及墙脚锚杆。

（2）结合围岩具体情况，局部可适当增补必要的锚杆。

（3）安设倒楔式金属锚杆时，必须当班安装、当班注浆。锚杆托盘必须与岩石紧密接触。如挂金属网，须用托盘将其压紧，托盘如有间隙一定要用砂浆充填结实，不能垫碎矸。

（4）施工时如发现顶板破碎严重，可在安上拱顶锚杆后立即喷一层30-50 mm厚的混凝土，必要时，为了安全，也可以先喷一薄层，然后再打锚杆。

3.3 施工

除顶板比较破碎的巷道要当班掘进、当喷射外，一般情况下采用每圆班进行一次初喷。喷射先从顶部开始，然后向两帮扩展。喷顶部的回弹料可在现场人工回收搅拌后用来喷射两帮及墙脚。喷射时不宜一次喷全厚，一般一次喷厚30～50 mm，当班分次喷到设计厚度的60～70%，月底复喷成巷。

4 软岩施工中喷射混凝土需注意以下几点

（1）软岩易风化片落，应在开巷后24h进行初喷，围岩破碎时，最好是当班掘进，当班喷射。

（2）喷射混凝土与围岩紧密配合。喷射前，须做好岩面清扫工作。喷射几天后可采用“敲帮问顶”的方法检查喷层与岩石是否紧密结合，如发现离层应清除重喷。

（3）墙脚施工质量不合格或漏喷，则巷道的喷层破坏脱落往往由此开始。对底鼓较严重的巷道铺底拱为佳。一般，底拱最好是到月末结合清底一次铺设。对于需要2次支护的巷道应与2次支护一并考虑。

（4）速凝剂一定要按量均匀投放，不能过量，否则巷道一有压力显现则将引起局部喷层提前剥离片落。

5 结语

通过本人的多年矿山井巷现场施工经验，认识到锚网索喷及其它结构的联合支护，除本身对松软膨胀地层有良好的维护性能外，更便于维修和进行2次支护，并取得了良好的支护效果。