高应力软岩

（1）除少量岩石为软弱岩石外，组成高应力软岩的大多数岩石均属较坚硬岩，不含或含少量粘土矿物，单轴饱和抗压强度R＞30MPa^[2]。

（2）若岩石强度过低，虽为软岩，但并不表现出高应力软岩的特征；若岩石强度太高，则在高地应力环境下开挖后会产生岩爆而不表现为软岩特征。岩体破碎、强度和模量相对较低、流变性较强。

高地应力是形成高应力软岩的环境条件，高地应力环境使开挖前的岩体处于高围压环境，虽然岩体结构面较发育，但处于闭合状态，故岩体开挖前是稳定的且具有一定的强度和模量，同时决定了开挖后工程岩体的力学特征和赋存状态^[2]。

高应力软岩巷道围岩的变形破坏机制是与其原岩的高地应力状态（原岩应力）以及工程岩体的低围压状态（围岩应力）和高应力差相联系的。原岩应力较高，故一旦开挖，随即发生内应力释放和回弹，并引起相应的应力调整和变形。巷道开挖卸荷相当于在原岩应力状态上叠加相应反向拉应力，于是工程岩体（尤其是层状和似层状岩体）在类似横弯或纵弯作用下发生挠曲，或者沿结构面发生剪胀滑移变形，岩体强度降低，围岩发生体积膨胀变形（扩容）。应力释放引起的回弹和应力调整引起的扩容使岩体中原本闭合的结构面张开滑移，在改变岩体应力状态和强度的同时，也改变了围岩水文地质条件，工程用水沿张开裂隙渗流，进一步降低了岩体强度，或者加剧了具有膨胀性岩石的物理化学膨胀和力学膨胀，从而使围岩产生较大的收敛位移，表现为侧墙鼓出、底鼓和顶压等。变形的进一步发展导致巷道破坏失稳，如侧墙内移（侧向张裂、片帮）、尖顶（拱顶剪裂）底鼓和冒顶等。破坏最严重的部位多在拱顶和拱墙交界处，在这些部位常见巷道衬砌剪裂或张裂，钢筋因过大位移而扭弯屈曲甚至钢拱架也被扭弯或剪断的现象^[1]。

高应力软岩巷道的变形破坏特征主要表现在^[2]：

（1）围岩的自稳时间短、来压快

软岩巷道围岩在没有支护的情况下，从暴露到开始失稳的仅为几十分钟到几个小时，巷道来压快，要立即支护或超前支护，方能保证围岩不致冒落。

（2）围岩变形量大、速度快、持续时间长

软岩巷道的特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。一般来说，巷道掘进的第1～2天，变形速度少的至5～10mm/d，多的达到50～100mm/d；变形持续时间一般为25～60天，有的长达半年以上仍不稳定。巷道围岩的变形量在支护良好的情况下，其均匀变形量一般达到60～100mm以上，大的甚至达到300～500mm；如果支护不当，围岩变形量很大，300～1000mm以上的变形量是常见的。

（3）围岩四周来压、底鼓明显

在较硬岩层中，围岩对支护的压力主要来自顶板，中硬岩层围岩对支护的压力主要来自顶板和两帮，但在高应力软岩巷道中，则是四周来压、底鼓明显。巷道开挖后不仅顶板和两帮变形较大，底板也将产生强烈底鼓，如巷道支护对底板不加控制，往往出现强烈底鼓并引发两帮移近、失脚和破坏、顶板冒落，巷道全部破坏。

（4）普通的刚性支护普遍破坏

软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护所承受变形压力很大，施工后很快就发生破坏，必须再次或多次翻修后才能使用。这是刚性支护不适应软岩巷道变形破坏规律的必然结果。

高应力软岩巷道破坏影响因素如下所示^[2]：

（1）岩性的影响

由于矿物组成、岩石结构构造的不同，不同的物理力学性质差别很大。因此，根据岩石特性的不同可将围岩分为塑性围岩和脆性围岩两大类。塑性围岩，主要包括各类粘土质岩石、破碎松散岩石以及某些易于吸水膨胀岩石，通常具有风化速度快、力学强度低以及遇水易于软化、崩解等不良性质，因此对巷道围岩稳定性最为不利。脆性围岩主要包括各类坚硬岩体；由于岩石本身的强度远高于结构面的强度，故这类围岩的强度主要取决于岩体结构，岩性本身的影响不十分显著。而我国矿区主要分布于开采新生界第三纪褐煤和开采中生界上侏罗纪的褐煤矿区，煤层顶底板岩石都非常松软破碎，易风化，多属于塑性围岩，因此怕风、怕水、怕震。故岩性是影响围岩稳定性的最基本因素，是物质基础。

（2）埋藏深度

任何地下工程将受到上覆岩层压力的影响，随着开采深度的增加，上覆岩层压力有增大的趋势。巷道所处地层越深，巷道所受围岩静压就越大。在巷道不受其它因素的影响及其四周围岩静压力是均匀的情况下，巷道支护的破坏总会在强度最薄弱的地方开始。且由于软岩本身的承载能力差，一旦巷道支护体破坏失效，巷道变形则会急剧加速，严重失修。因此及时修复巷道支护体是降低上覆岩层压力对巷道支护体破坏的比较有效的途径。

（3）地质构造

不同的地质构造产生的构造应力场不同。松散破碎岩石在原有的应力场中可以保持稳定，但是巷道的开挖使得应力重新分布。在应力重新分布过程中，巷道支护将会产生严重的变形破坏。

（4）地下水的影响

地下水的活动情况既影响围岩的应力状态，又影响围岩的强度。结构面中的空隙水压力的增大能减小结构面上的有效正应力，因而降低了岩体沿结构面的抗滑强度；地下围岩中有含高岭石、伊利石、蒙脱石等粘土矿物成分的岩体，遇水会急剧膨胀，从而产生很大膨胀应力。而且这些岩石遇水很快泥化、变软，在上覆岩层压力作用下出现流变。最终会造成巷道变形过大，给支护带来困难。

（5）冲击地压

由于地震、地层活动、岩爆、煤爆等均可能形成冲击地压，受冲击地压影响的巷道将会出现严重的变形或破坏。另外，施工质量、支护设计等人为因素也可造成巷道围岩的变形或破坏。

（1）优化巷道设计。

根据工程地质条件和生产需要,统筹考虑巷道布局。巷道位置最好选在工程地质条件好、围岩比较完整、破碎不严重、强度较高的煤岩层中；在构造应力场明显的矿井，尽量避免将巷道垂直于较大应力方向；巷道断面形状要适应地应力分布特点,应以扁椭圆形、带反拱马蹄形、带反拱矮墙半圆拱形或圆形为主。

（2）优化施工方法。

主要采用机械掘进。在条件不允许的情况下尽量采用光面爆破,减少围岩震动，控制围岩环向裂隙，保持围岩的整体强度，尽量保持巷道周边的光滑平整，避免出现较大的凹凸不平现象，以减少应力分布不均和局部应力集中。

（3）优化支护形式和施工顺序。

一般软岩中布置的巷道围岩变形持续时间较长，因此支护不能太早，应允许有适量的变形，以减少支架上的压力。但从围岩应力特性考虑，支护又是越早越及时越好，解决这一矛盾的唯一办法是分次支护。巷道掘出后及时构成有足够支护抗力又有足够柔性及可缩性的一次支护，适时进行二次支护且二次支护适当地增加锚网的强度，适当加长锚杆和锚索，增加钢带等，必要时及时封底，以形成封闭的整体承载环结构。

（4）增加围岩自承圈厚度。

一是采用全长或加长锚固螺纹钢等强锚杆；二是进行锚索加固,由于锚索长度较大，能够深入到深部较稳定的岩层中，限制围岩有害变形的发展,改善围岩的受力状态，增加围岩自承圈厚度；三是改变支护结构，在巷道的两底脚和两顶角增加斜拉锚杆或巷道底板开挖成反底拱形并锚喷(梁)支护，从而形成完整的、封闭的支护整体。
（5）实施动态设计和动态施工

遵循设计→实施→监测→反馈→改进→总结完善的程序，合理调整设计参数并指导施工^[3]。