深部軟巖巷道錨桿支護技術探索

　　一般來說，礦山巷道圍巖穩定性的主要影響因素是圍巖強度以及應力狀況，同時也受到支護的作用。巷道圍巖的狀態發生變化，則錨桿支護也呈現不一樣的作用機理。較為經典的有懸吊作用、加固拱作用以及組合梁作用等，依據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，這一類的傳統方法，沒有將錨桿的加固作用和圍巖的穩定性結合在一起，，所以也不能反映出錨桿支護對于改善圍巖應力狀態的作用。當前的礦山開采深度大，所以受到采動及構造應力額影響較大，具有深部地質構造復雜、巷道圍巖出現嚴重破壞、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進行研究，對于礦山安全生產有重要的現實意義。
　　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，原巖的應力平衡遭到破壞，圍巖的應力開始重新分布。而隨著時間的推移，其應力處于不斷變化的狀態下，圍巖中出現“張拉域”以及“壓縮域”兩種現象。深部巷道的主要變形特征有：圍巖面臨空面位移的情況，圍巖出現變形，于0-2.5m的范圍中產生張拉域，此時支護工作不及時會導致位移情況進一步的擴大；圍巖縱深在2.5-6.0m的范圍中出現壓縮域，其出現是圍巖自承能力發揮作用以及向穩定平衡方向轉化的標志。
　　1.2 深部軟巖巷道的支護原理
　　巷道穩定性包含圍巖的穩定性以及支護結構的穩定性兩個方面。傳統支護作用中，工作人員將巷道維護作為單純的支護結構問題進行處理，沒有與支護類型、巷道掘進方法以及工藝過程相聯系，存在明顯的問題與缺陷：圍巖自承能力沒有得到發揮和利用，忽視圍巖的變形力學特征以及在挖掘過程的發展，忽視應力根本性破壞作用。針對這樣的情況，應當將深部巷道維護的重點放在圍巖自承能力的發揮與利用上。其基本原理為：使工程中的支護體系與結構、參數、工藝過程等適應圍巖的變形，確保支護的特性與圍巖變形力學特性的適應性，最大限度地發揮出圍巖以及支護體系的性能，對圍巖的變形進行控制、維護巷道的穩定。
　　2、 錨桿加固原理與錨桿支護設計
　　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，如同在混凝土當中添加了鋼筋，形成某種由錨桿和圍巖組成而成的復合體，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部之后能夠提高圍巖強度，同時防止圍巖出現松弛，控制各種物理或者化學反應對圍巖產生的弱化作用。尤其是在超前工作面的一定距離中實施錨桿支護，能夠有效的起到預先控制的作用；最后是包體預應力作用，錨桿與巷道的圍巖先比是一宗異質包體，其變形模量要明顯高于圍巖的變形模量，這樣的差異導致錨桿對圍巖產生相應的約束力，阻止了位移的發生。
　　2.2 錨桿支護設計
　　錨桿發生作用的機制是通過產生的約束作用控制錨固體，防止其發生松散、保持整體性，從而拱內巖體的自穩性以及承載能力。圍巖穩定的基礎就在于錨固體內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構，而是應該采取復合支護技術，讓支護體與錨固范圍之中的圍巖共同形成承載體，使圍巖的穩定性以及抗應變能力得到增強。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，圍巖的性質為粉砂巖，其堅固系數f=4-7。工程原本使用的是F22mm×1800mm的錨桿全長水泥藥卷錨固，錨固之間的間距設置為0.4m，排距為0.8m。采用特種加固措施在巷道的頂部設置3根長度為6m，F14mm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，支護結果非常不理想，因此需要對其進行優化加固的處理。
　　3.2 深部軟巖巷道錨桿支護
　　根據上述的案例實際信息能夠得知，該巷道為高應力軟巖巷道，需要采取的主要手段應該是對圍巖的應力狀態進行調整改變，以適應其高應力的特點，讓支護在釋放圍巖應力的同時允許出現一定的變形，但是同時需要保證圍巖受到的破壞較小，穩定性能較好。所以其支護方式應該是主動支護和被動支護兩者結合的方式，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生的壓力較大、底臌現象非常嚴重等因素對巷道底板臥底進行施工，設定巷道的中軸線臥底深度為625mm，呈圓弧形反拱的形狀，半徑設為5.5m；
　　其次設定巷道的支護參數以及形式，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噴，金屬網的規格為500mm×920mm，噴層的厚度為150mm，在混凝土當中適當的添加有機添加劑增強其柔性。
　　結果
　　在施工之后的60天對巷道的變形情況進行監測發現，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，與使用傳統方式相比，變形量均有很大程度的下降，明顯優于之前的支護結構；在巷道投入使用之后的兩年內沒有出現非常明顯的變形與破壞，能夠有效的保證礦山的安全生產。
　　結束語
　　綜上所述，本文首先對深部軟巖巷道圍巖出現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。