围岩松动圈理论及其在巷道支护中的应用

发表时间：2010-05-26T15:03:00.607Z 来源：《赤子》2010年第2期供稿 作者： 于金泉

[导读] 巷道围岩是一种天然的复杂地质体，表现出弹性、弹塑性、粘弹性、粘塑性等多种力学特征于金泉（扎赉诺尔煤业公司铁北矿，内蒙古 满洲里 021410）

摘 要：介绍了围岩松动圈支护理论，并结合具体的工程实例验证了该理论作为确定巷道支护形式依据是合理的、可靠的。 关键词：巷道；围岩松动圈；支护形式 引言

巷道围岩是一种天然的复杂地质体，表现出弹性、弹塑性、粘弹性、粘塑性等多种力学特征。试图用一种理论来解决现场遇到的不同岩性条件和工程环境下的巷道支护问题是十分困难的。因此，多年来在巷道支护理论研究方面出现了多种：多样的理论学派和计算方法。从研究开挖后巷道围岩的客观物理状态出发的围岩松动圈理论，作为巷道支护设计的方法以其实用、准确、可操作性强等优点，先后在我国十几个矿区的各类围岩巷道中进行了推广应用，实践证明，以该理论为基础的围岩支护方法，以及其确定的支护形式、支护参数是符合现场实际的。

1 围岩松动圈的巷道支护理论 1.1围岩松动圈的定义

巷道开挖后，围岩受力状态由三向变成了近似两向，造成岩石强度较大幅度地下降，如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度，围岩处于弹塑性状态，围岩自行稳定，不存在支护问题，如果相反，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的三向应力平衡状态为止，此时围岩出现了一个破裂带，把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈 1．2围岩松动圈的巷道支护理论

巷道支护施工过程中既不可能及时又不能保证支护体一开始就与围岩密贴，只有待围岩产生足够变形之后才能提供支护阻力，并且围岩在低围压条件通常表现为脆性，弹塑性区的变形引起巷道收敛变形量较小，一般约占5％~25％，从岩石的应力一应变曲线可以看出，岩石在峰值前变形量很小，而峰后岩石体积变形要比峰值前大得多，一般达到8~10倍，峰后破裂围岩体积膨胀变形才是巷道收敛变形的主要原因。因此，仅靠弹塑性等理论进行巷道支护研究是不准确的、不客观的。而松动圈支护理论是基于围岩中存在松动破碎带的客观情况提出的，是符合地下工程客观实际的。该理论指出，巷道支护对象除松动圈围岩自重和巷道深部围岩的部分弹塑性变形外，还有松动圈岩的碎胀变形。

1．3围岩松动圈的巷道支护理论的特点

（1）绕过了地应力、围岩强度、结构面性质测定等困难问题，但又抓住了它们的影响结果，即松动圈是一个综合指标。 （2）实测所得，未在重要方向作任何假设。

（3）大小很容易用声测法及其它物探方法获得，现场应用十分方便。 2 围岩松动圈的分类及其相应的支护方案

根据围岩松动圈厚度大小不同，围岩碎胀变形量不同，可把开挖后的围岩分为小松动圈围岩，中松动圈围岩和大松动圈围岩三类，由围岩松动圈大小情况便可确定相应的支护方案。 2．1小松动圈围岩

依据围岩松动圈分类方法，当围岩松动圈厚度值Lp=0~40cm时，为小松动圈稳定围岩，在这类围岩中，松动圈厚度值小，围岩稳定性好，由此而产生的碎胀变形量较小，一般只有几个毫米，此时变形量数值一般小于低应力下锚杆弹塑性变形，故不需考虑碎胀变形压力因素，而且松动圈内围岩的自重也很小，只用喷射混凝土支护亦能保证工程的安全，所以不必采用锚杆支护或其它普通支护形式。 2．2中松动圈围岩

依据围岩松动圈分类方法，当Lp＝40~150cm时，称为中松动圈围岩，中松动圈围岩碎胀变形比较明显，变形量较大，围岩松动圈的碎胀变形将使刚性的喷射混凝土支护产生裂缝或破坏，因此，必须采用以锚杆为主体构件的锚喷支护方式，以锚杆为主体支护结构控制其碎胀变形，喷层将只作为锚杆间活石的支护和防止围岩风化，由于围岩松动圈厚度小于常用锚杆长度，因此可采用锚杆悬吊作用机理来设计支护参数，锚杆支护的最大荷载是围岩松动圈形成中的碎胀变形力及已形成松动圈内破裂岩石的自重。 2．3大松动圈围岩

依据围岩松动圈分类方法，当Lp＞150cm，为大松动圈围岩状态，在大松动圈围岩巷道中，围岩表现出软岩的工程特征，围岩松动圈碎胀变形量大，初期围岩收敛变形速度快，变形持续时间长，矿压显现较大，支护难度大，在这种围岩情况下，通常采用联合支护形式，如“锚喷网架碹”等。 3 工程应用

某煤矿用探地雷达对该矿101材料道围岩松动圈的范围进行探测，并按围岩松动圈支护理论对该巷道进行设计施工。对巷道在掘进期间和回采期间进行了表面位移进行了连续观测。观测结果表明，采用松动圈理论确定巷道支护形式是合理的，巷道围岩稳定性得到较大提高。并且在回采过程中巷道变形量很小，巷道囤岩保持了较强的稳定性，经受住了回采动压的影响。 4 结论

围岩松动圈理论的出现使人们看到了弹塑性支护理论观点的局限性，丰富了巷道支护的理论。工程实例表明，以该理论确定的围岩支护形式、支护参数是合理的、可靠的，并且在回采过程中巷道变形量很小，巷道围岩保持了较强的稳定性。