巷道过断层破碎带主动支护关键技术研究

一、巷道过断层破碎带主动支护技术优势

1.1 提高巷道稳定性

主动支护技术依靠外部施加的约束力来阻止围岩发生变形，还最大限度地发挥了围岩自身的承载能力，有效地改善了断层破碎带等地质条件下的巷道稳定性状况。相较于传统的被动支护手段而言，主动支护可以有效削减巷道围岩的变形量，从而增强工程的安全性水平。从力学原理角度来讲，主动支护会在围岩内部营造出压应力区域并创建加固圈，改变了围岩原先的应力分布情况，促使围岩从原来的单向或者双向受力模式变成三向受力模式，明显提升了围岩整体承受压力的能力以及结构稳定程度。

1.2 保障施工安全

主动支护技术在巷道开挖之后可以立即给围岩施加支撑效果，明显缩减围岩暴露时间，有效减轻施工期间由于围岩失稳而产生的安全隐患。依靠这种技术手段，现场施工人员就能在相对安全的环境里高效率地执行掘进、支护等主要工序。动态监测系统凭借即时的数据收集、剖析处置以及警报回馈机制，能够准确察觉围岩也许要出现失稳状况并马上予以防范，从而明显优化作业人员的安全保护水准。

二、巷道过断层破碎带主动支护技术原理

2.1 锚杆支护原理

锚杆属于主动支护体系中的关键组成部分，它依靠深入稳定岩层的锚固效果，达成多种功能目的。凭借自身的悬吊性质，把巷道周围松散或者软弱的岩体牢牢连接到深处稳定的岩体上，从而有效地防止局部塌陷情况出现。在施工的时候注入的预紧力能够在围岩内部营造出压应力场，极大地加强颗粒之间的摩擦力以及粘结性，如此一来就能大幅度改善围岩的整体强度及其稳定性。

2.2 锚索支护原理

相较传统的锚杆而言，锚索由于有更长的锚固深度并且拥有更强的承受重量的能力而显得十分优越，其主要原理就是利用深入稳定的岩石来传递出拉力，巷道围岩内就会出现很广范围内的压缩拱效果，有效地压制住整个区域范围内大面积的岩层形变。特别是在像断层破坏带这样的难以预料的地方，通过有着明显悬吊性质的锚索将分散的岩石牢牢锁住在稳定状态下的石壁上，还可以和其他支撑工具（比如锚杆）一起作用来加强整个岩石系统的稳固程度。

2.3 注浆加固原理

注浆加固技术利用某种浆液向断层破碎带岩体裂隙中注入，并依靠其固化的特性促使岩体内部结构实现胶结整合，填补裂缝区域，以此来提升整体稳定性。这种方法不仅可以明显改善岩体的力学性能，而且还能极大提升岩体的抗剪强度以及内摩擦角，从而改善围岩的自承能力。在煤矿巷道断层破碎带处，用水泥 - 水玻璃双液体系开展注浆处理时，将注浆压力控制在 2～3MPa 这个范围之内，就能有效地加强围岩强度并削减巷道变形情况。

三、巷道过断层破碎带主动支护关键技术应用

3.1 超前支护技术

巷道掘进接近断层破碎带时，超前支护技术成了保障施工安全的重要手段。近些年，除了传统的超前管棚支护，超前预注浆支护由于其独有的优势而受到重视。这种技术会在巷道开挖之前，在预定位置钻孔，然后把水泥浆或者化学浆液注入断层破碎带当中，借助浆液在裂隙里扩散并固化的现象来形成加固圈，进而提升岩体的整体性和稳定性。在某地铁隧道穿越断层破碎带的工程实际操作中，研究小组用水泥 - 水玻璃双液浆当作注浆介质，把注浆压力维持在 1.5-2.5MPa 这个范围之内，孔距被设定成 1.2 米，而且是梅花形布局。实验表明，经过注浆处理之后，破碎岩体的单轴抗压强度明显上升到 3.5MPa ，减少了开挖期间围岩发生失稳的情况。

超前管棚支护技术不断优化之后，长管棚和小导管联合作业方案就在矿山巷道建造时得到大量应用。常规的工艺是首先架立起外径 159 毫米、长达 30米的长管棚作为主支柱支撑，在前后两段相邻长管棚之间再安放一根 42 毫米粗、大约 4 米长的小导管，而且要对小导管进行灌浆加固处理。长管棚给大范围的空间赋予初步稳定性，但小导管注浆能够补充并完善这种初步稳定性，它们结合在一起才能形成相对更牢靠、稳定的超前支护整体系统，如此一来就能保证隧道通过断层破碎地带。

3.2 联合支护技术

联合支护体系依靠多种主动支护技术协同作用，可以应对断层破碎带复杂的地质状况。喷射混凝土属于重要的初始支护手段，它凭借迅速固化的特性，在很短的时间内就能同围岩形成紧密的联系，有效地封堵裂缝，遏制风化侵蚀和地下水渗透，而且给结构赋予一定的承载能力。某煤矿巷道工程里，利用50 毫米厚、强度等级为 C25 的喷射混凝土做支护之后，通过监测数据表明，这一举措明显改善了围岩表面的整体稳定情况，很好地推迟了岩体继续遭到破坏的可能性。

锚杆和锚索作为联合支护体系里的主要承载元件，其布置方式以及参数选取应当依照围岩特性展开系统化的改良设计。在顶板破碎情况较为严重的地区，可采取高密度布置策略，把间排距设成 0.6m×0.6m ，执行全锚固措施来加强松散岩体的悬吊能力和压缩稳定性。锚索的设计要兼顾断层破碎带的深度以及地应力分布状况，从而合理选定锚固长度和张拉预应力数值。

金属网和注浆加固技术结合起来之后，明显改善了联合支护系统的综合性能。金属网依靠自身和喷射混凝土良好的结合性能以及与锚杆、锚索的合作，创建起既有很强的抗剪强度又具备优秀的抗冲击能力的复合支护系统。注浆加固技术通过向岩体内部注入流体介质来改良其力学特性，在巷道工程当中，注浆加固一般采取分阶段执行的办法：先用水泥基浆液填满大面积裂隙，再用化学浆液堵住小裂缝，这样就大幅度改进了岩体的弹性模量，而且极大地增强了围岩的总体承载能力。

3.3 动态支护技术

动态支护技术依靠实时监测数据做到对支护结构的精准调控。在巷道掘进时期，除了传统的全站仪、收敛计这些常规检测装置之外，光纤光栅传感器、分布式光纤监测体系渐渐被应用到断层破碎带巷道的安全监测当中。光纤光栅传感器因为其高精度应变测量能力而得到重视，分布式光纤监测体系可以针对巷道围岩展开大范围、连续性的变形监测。就隧道工程而言，所布置的分布式光纤监测体系不仅能获取隧道周围 50 米范围内的围岩变形情况，而且定位精度达到 1 米，这给动态支护方案的设计给予了可靠的量化参照。

依靠监测数据创建起来的动态支护体系已形成起多层级预警及应急反应机制。当围岩变形速率接近一级预警阈值的时候，就要加大现场巡查次数，密切关注围岩状态变动；要是达到二级预警标准，就要立刻开展应急支护举措，增添锚杆或者改善锚索设置方案；如果围岩变形速率冲破三级预警界限而且不断恶化，务必暂停掘进作业，全方位巩固支护系统稳定度，必要时还要执行二次衬砌加固，从而进一步提升防护效能。在某巷道穿行断层破碎带期间，凭借这种动态支护技术的分层控制策略，有效地应对了好几次围岩变形突增状况，有效地避免了巷道坍塌危险的发生。

结语：

地下工程中，巷道穿行断层破碎带的时候，主动支护技术有着很明显的应用价值。锚杆、锚索、注浆这些办法依靠自身独有的机理长处，切实改善了巷道围岩的稳定状况。在未来，应该进一步加强这方面理论研究和实际操作经验的积累，不断地改进完善主动支护技术体系，给地下工程安全运行和施工效率提升给予有力的技术支持。

参考文献：

[ 1 ]石智涵 , 毛文涛 . 掘进工作面过断层支护技术研究 [ J ] .煤炭技术 ,2025,44(06):51-54.

[ 2 ]张 军 . 掘 进 巷 道 安 全 高 效 过 断 层 技 术 研 究 [ J ] .西 部 探 矿 工程 ,2025,37(05):69-71.