深部破碎岩体巷道围岩控制技术研究

某金矿进入深部开采后，由于围岩破碎，巷道开挖后出现了明显的变形和破坏现象，难以满足其服务期间的稳定性要求。针对这一问题，采用现场调查、数值模拟和现场试验等手段开展了研究。首先，分析了巷道变形和破坏特征，认为该矿巷道破坏表现为两帮破坏，然后发展至顶板。其次，从充分利用深部破碎岩体自承能力的角度出发，提出了马蹄形巷道设计方案，并采用数值模拟的方法分别模拟了矩形巷道，直墙半圆拱巷道，直墙三心拱巷道和马蹄形巷道的开挖过程，结果显示当采用马蹄形巷道时，能够减小围岩应力松弛区的范围，改善围岩的受力条件，极大限度地抑制了围岩的变形和破坏。再次，给出了优化的马蹄形巷道支护方案，在传统只采用顶板锚杆的基础上增加两帮锚杆和穿带，其中，顶板锚杆间距 1.5 m，两帮锚杆间距 1.0 m，排距均为 1.0 m。最后，将得到的马蹄形巷道方案应用到该矿-900 m 分段联巷的工程实践当中，结果表明马蹄形巷道施工后围岩没有发生明显的变形和破坏，取得了较好的施工效果，保证了巷道的稳定性。通过本研究可以为该种类型的深部破碎岩体巷道的围岩控制技术提供参考和借鉴。

近年来，随着浅部资源的日渐枯竭，许多矿山已经进入或即将进入深部开采，伴随着“三高一扰动”的影响，深部巷道的维护难度越来越大，尤其当围岩破碎时，巷道频繁出现片帮和冒顶的现象，使得巷道难以保证其服务期间的稳定性，严重影响且制约了矿山的深部开采。当前，围绕深部破碎岩体巷道围岩稳定性控制难题，国内外学者展开了大量的研究。

赵明等采用正交试验的方法，优化了锚杆—锚索的支护参数，确定了巷道支护的较优方案；

孟庆彬等针对大断面软弱破碎围岩煤巷的支护难题，提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的“三锚”联合支护技术方案；

陈晓祥等基于围岩变形力学机制，提出了“超前预注浆+锚网索”的联合支护方式以解决深部破碎区域巷道围岩的变形破坏；

卢兴利等针对松软破碎巷道大变形失稳的问题提出了预应力组合锚杆（索）—U 型钢支架—分步注浆的联合支护技术；

育喜等针对深井断层破碎带穿层软岩巷道的稳定性问题，基于耦合支护理论，提出了注浆+非对称锚网索+底角锚杆耦合支护方案。

但是，当前的研究成果主要集中在支护方案的研究，被动地通过优化锚杆（索）的支护参数或者采取 U 型钢支架等刚性支护手段抵抗围岩的变形和破坏，恰恰忽略了围岩自身的承载能力。因此，本项目从利用深部破碎岩体自身承载能力的角度出发，以某金矿为工程背景，分析该矿深部破碎岩体巷道变形和破坏的原因，通过优化巷道断面形态与锚杆支护相结合的手段，主动地改善围岩应力分布状态，在减少支护费用的基础上，较大限度保证深部破碎岩体巷道的围岩稳定性。通过本次研究，以期为深部破碎岩体巷道围岩控制提供理论支撑和经验参考。

从拱形结构具有较好的受力特征的角度出发，综合考虑巷道空间的利用率，提出马蹄形巷道断面形状。采用数值模拟的方法，分析了不同断面形态巷道围岩的地压演化规律，对比矩形、直墙半圆拱形、直墙三心拱形和马蹄形 4种断面形态巷道围岩的应力场、位移场和塑性区特征可知，马蹄形断面形态有效减小了围岩应力松弛区的深度，降低了周边围岩的拉应力值，极大程度地抑制了围岩的变形和破坏。在采用马蹄形巷道断面的基础上，采用全断面支护时，能有效减小应力松弛区的范围，降低周边围岩变形量，抑制了围岩破坏的发展。将马蹄形巷道和优化后的支护方案进行现场工业试验，从试验结果可以看出，马蹄形巷道围岩没有发生明显的变形和破坏，能够保持巷道的稳定性。

来源：金属矿山 作者：吴大伟

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