地下矿山破碎围岩巷道支护方案优化与围岩变形控制技术研究

姓名：陈东风

身份证号：340321198306031831

摘要

地下矿山破碎围岩巷道普遍存在岩体完整性差、结构裂隙发育、整体强度低、自稳能力弱等工程特征，在原岩应力、采掘扰动与地下水耦合作用下，极易出现顶板下沉、两帮收敛、底鼓隆起、片帮冒顶等大变形失稳灾害，严重制约矿山采掘作业安全与生产效率。传统单一、刚性的巷道支护模式适配性较差，存在支护强度不足、结构协同性弱、无法适配围岩动态变形等缺陷，难以有效控制破碎围岩的持续流变与损伤演化。为解决破碎围岩巷道支护难题，本文系统分析破碎围岩巷道的变形破坏机理，总结传统支护方案的现存短板，结合围岩“先卸压、后支护、强加固、稳长期”的控制理念，优化形成深浅协同、主动被动结合、支护与改性一体的联合支护方案。同时针对性探究围岩动态变形控制核心技术，构建全过程、多层次的围岩稳定控制体系。工程实践思路表明，优化后的复合支护体系可有效抑制裂隙扩展与塑性区延伸，大幅提升巷道整体稳定性，降低巷道返修率，可为同类破碎围岩矿山巷道支护设计、施工优化与灾害防控提供理论依据与工程参考。

关键词

地下矿山；破碎围岩；巷道支护；方案优化；变形控制；围岩稳定

一、引言

随着地下矿山开采深度持续增加，高地应力、复杂构造、破碎岩体、地下水侵蚀等复杂地质工况愈发普遍，破碎围岩巷道占比不断提升。破碎围岩岩体结构松散、节理裂隙贯通性强、力学性质劣化明显，巷道开挖后原始应力场快速重构，围岩应力集中、卸压变形现象突出，变形具有持续时间长、流变特征显著、破坏突发性强的特点，是地下矿山顶板、片帮、坍塌事故的高发区域。

现阶段多数矿山破碎巷道仍沿用常规锚网喷单一支护或简单钢架支护模式，支护设计多基于均质岩体经验取值，未充分考虑破碎围岩裂隙发育、应力复杂、易流变的力学特性，存在支护参数匹配度低、浅层支护封闭不足、深部围岩锚固缺失、整体承载结构未形成等问题。传统支护多侧重刚性抵抗，无法适配破碎围岩的渐进性变形特征，易出现支护体开裂、失效、整体失稳等问题，导致巷道反复变形、频繁返修，严重影响矿山安全高效生产。因此，开展破碎围岩巷道支护方案优化与变形控制技术研究，构建适配破碎岩体的科学支护体系，对提升矿山巷道稳定性、降低安全风险、减少运维成本具有重要工程意义。

二、破碎围岩巷道变形破坏机理分析

2.1 岩体自身结构劣化机理

破碎围岩内部发育大量无序裂隙与结构弱面，岩体整体性被严重割裂，自身抗压、抗剪、抗拉强度极低，基本不具备自稳承载能力。巷道开挖扰动后，围岩表层岩体快速松散脱落，裂隙持续向深部围岩扩展延伸，形成大范围破碎松动圈。松散岩体无法有效传递围岩应力，应力持续向巷道周边集中，进一步加剧岩体破碎劣化，形成“开挖—破碎—变形—再破碎”的恶性循环。

2.2 高地应力与采掘扰动耦合作用

深部矿山巷道处于高地应力环境，开挖卸荷会引发围岩弹性应变能快速释放，造成岩体劈裂、碎裂破坏。同时矿山采掘作业持续产生动压扰动，动载应力与原岩静应力叠加，使得围岩应力状态频繁波动，加剧裂隙发育与结构滑移，导致巷道两帮挤压收敛、顶板弯曲下沉、底板鼓起变形，最终引发整体失稳破坏。

三、传统支护方案现存主要问题

3.1 支护形式单一，承载体系不完善

传统破碎巷道多采用锚网喷单一主动支护，仅能对巷道浅层围岩进行简单加固，无法作用于深部破碎松动圈，难以控制深部岩体裂隙扩展与应力释放。部分巷道增设钢架支护，但钢架与围岩贴合度差、受力不均，仅具备被动承载作用，无法调动围岩自身承载能力，深浅围岩无法形成协同承载体系，整体支护稳定性不足。

3.2 支护参数不合理，针对性不足

支护设计多采用通用化参数，未结合破碎围岩破碎程度、松动圈范围、地应力大小差异化优化，锚杆锚索布设间距、锚固深度、喷射混凝土厚度与实际工况不匹配。普遍存在浅层支护过弱、深部锚固不足、支护冗余不足等问题，无法适配破碎围岩大变形、长流变的变形特征。

四、破碎围岩巷道支护方案优化设计

结合破碎围岩变形机理与传统支护短板，遵循“浅层封闭、深部锚固、注浆改性、刚柔协同、全程控变”的设计理念，优化构建“锚网喷+锚索深层加固+注浆改性+钢架协同支护”的复合联合支护方案，实现主动支护与被动支护结合、浅层防护与深部加固一体、岩体改性与应力调控同步。

4.1 浅层锚网喷封闭支护优化

优化巷道表层防护体系，采用高强度锚杆、金属网与喷射混凝土组合支护，实现巷道表层快速封闭、及时控变。加密浅层锚杆布设，缩小支护间距，提升浅层围岩锚固密度，约束表层岩体松散脱落；铺设高强度金属网，全覆盖贴合巷道围岩，分散集中应力，防止局部片帮冒落；优化喷射混凝土配比，提升喷层密实度与抗渗性，快速封闭围岩裂隙，隔绝空气与地下水侵蚀，阻止表层岩体进一步风化破碎，为后续深部支护施工提供安全基础。

4.2 深部锚索强化支护优化

针对破碎围岩松动圈范围大、深部岩体不稳定的特点，增设超长预应力锚索深部加固，延伸支护深度，将深部稳定岩体与浅层破碎岩体锚固为整体。通过锚索预加应力，主动挤压破碎围岩，闭合内部裂隙，提升岩体整体性与承载能力，有效控制深部围岩流变变形。锚索与浅层锚杆形成深浅交错的立体锚固网络，构建多层协同承载结构，彻底解决单一浅层支护深度不足、深部变形失控的问题。

五、破碎围岩巷道变形控制关键技术

5.1 短掘快支、及时封闭控变技术

严格遵循短进尺、快开挖、快支护的施工原则，缩短巷道围岩裸露时间，最大限度减少开挖扰动引发的初始变形。巷道开挖成型后立即开展初喷封闭、锚杆挂网支护，快速锁定围岩初始状态，阻止裂隙快速发育与岩体松散脱落，有效控制围岩初期变形增量，为后续深部加固与注浆施工预留稳定条件。

5.2 应力释放与刚柔协同控制技术

针对破碎围岩高地应力、大流变特征，采用适度卸压、柔性释能与刚性支护结合的控变思路。通过合理预留变形余量、利用可缩支护结构释放部分围岩变形应力，避免支护体刚性承压破损；同时依托高强度锚注支护提升围岩整体刚度，实现先释压、后承载，平衡围岩应力分布，杜绝应力集中引发的局部失稳，实现围岩变形的平稳可控。

六、施工保障措施

6.1 规范标准化施工流程

制定破碎巷道专项施工方案，明确开挖、支护、注浆、成型各工序施工标准，严格落实技术交底与样板引路制度。规范锚杆锚索安装、喷射混凝土、注浆施工工艺，杜绝漏支、少支、注浆不密实等施工缺陷，保障复合支护体系施工质量达标。

6.2 强化现场质量管控

建立全过程质量巡检与隐蔽工程验收制度，重点核查锚固质量、喷层厚度、注浆饱满度、钢架安装精度等关键指标，及时整改施工质量缺陷，确保支护体系整体协同受力，充分发挥支护加固与变形控制作用。

七、结语

地下矿山破碎围岩巷道变形失稳是岩体结构、地应力、地下水与支护缺陷多因素耦合作用的结果，传统单一支护模式无法适配破碎围岩的复杂变形特征，难以实现长期稳定控制。本文优化构建的“锚网喷+深部锚索+注浆改性+钢架协同”复合支护方案，突破了传统支护深浅分离、刚柔失衡、岩体未改性的技术短板，通过浅层快速封闭、深部立体锚固、岩体注浆强化、整体刚性支撑的多层次防护，有效重构了围岩承载体系，从根源上抑制裂隙扩展与围岩流变变形。

结合短掘快支、应力协同调控、水环境治理、动态监测预警等变形控制技术，可实现破碎围岩巷道全流程、精细化稳定管控，大幅降低巷道变形量与返修频次，提升地下矿山巷道作业安全性与生产连续性。该套支护优化与变形控制技术体系适配性强、可靠性高，可为同类破碎围岩矿山巷道支护设计、施工优化与灾害防控提供有效的技术借鉴，对推动地下矿山安全、高效、绿色开采具有重要实践价值。

参考文献

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