煤礦軟巖支護(hù)技術(shù)的發(fā)展探討

伴隨著煤礦企業(yè)對資源開采強(qiáng)度的不斷加大、開采深度的不斷延伸，煤礦開采區(qū)域所處的地質(zhì)條件更加復(fù)雜和多變，由此而講，地質(zhì)條件會對煤礦開采條件產(chǎn)生較大的影響，煤礦巷道掘進(jìn)是一項(xiàng)必不可缺的系統(tǒng)工程，掘進(jìn)巷道的工程質(zhì)量關(guān)系著其服務(wù)年限的長短和服務(wù)效果的好與不好，在掘進(jìn)過程中要求對整個(gè)工作面進(jìn)行良好的支護(hù)，而掘進(jìn)巷道的質(zhì)量主要體現(xiàn)在對圍巖的控制程度和支護(hù)的合理可靠性。

一、軟巖支護(hù)存在的問題

1、軟巖巷道的特點(diǎn)

軟巖巷道的巖層強(qiáng)度低且層理、節(jié)理發(fā)育。在構(gòu)造應(yīng)力條件下，巷道軟巖不但破裂范圍大，而且軟巖的碎脹性表現(xiàn)得更為顯著，造成巷道掘出后初期變形嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在頂板下沉、幫內(nèi)移、底鼓、砼開裂等，影響巷道無法正常使用。

2、錨桿預(yù)應(yīng)力不足

預(yù)應(yīng)力是利用錨桿支護(hù)的主要參數(shù)，它是判斷錨桿支護(hù)狀態(tài)的主要依據(jù)。預(yù)應(yīng)力的大小與錨桿的支護(hù)強(qiáng)度呈正比，預(yù)應(yīng)力越高，錨桿支護(hù)強(qiáng)度也就越大，巖層越穩(wěn)定。預(yù)應(yīng)力越低，錨桿支護(hù)強(qiáng)度變?nèi)酰鲃有砸簿驮讲?，此時(shí)巖層的圍巖強(qiáng)度就會降低，導(dǎo)致巷道出現(xiàn)明顯的塑性形變。因此，在錨桿的安裝設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真考慮預(yù)應(yīng)力的大小，充分發(fā)揮錨桿的作用。

3、應(yīng)力區(qū)支護(hù)強(qiáng)度不足

地應(yīng)力與圍巖的承受能力決定了軟巖巷道的變形情況。地應(yīng)力一般情況下分為水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力，如果在設(shè)計(jì)巷道支護(hù)時(shí)對于地應(yīng)力的估計(jì)不準(zhǔn)確，就容易造成應(yīng)力區(qū)的支護(hù)強(qiáng)度不夠，引起想到的大幅度變形，影響煤礦的正常開采，運(yùn)用簡單的支護(hù)形式或者聯(lián)合支護(hù)形式，還是無法解決軟巖巷道變形嚴(yán)重問題，面對強(qiáng)大的原巖應(yīng)力，支護(hù)強(qiáng)度顯得特別渺小，多數(shù)巷道還沒竣工交接就已經(jīng)開始變形甚至嚴(yán)重到影響使用。

4、施工過程中的質(zhì)量問題

在軟巖施工階段，施工人員如果沒有按照規(guī)定進(jìn)行爆破，就會造成巷道的挖掘與設(shè)計(jì)不符，使得以設(shè)計(jì)好的巷道參數(shù)出現(xiàn)一定的誤差。并且因爆破不足也容易導(dǎo)致巷道成形效果達(dá)不到預(yù)期，還易造成圍巖破碎，影響巷道結(jié)構(gòu)。在驗(yàn)收時(shí)，驗(yàn)收人員的草草收工，不按照正常的順序驗(yàn)收，也容易造成軟巖巷道安全隱患的遺留。

二、軟巖巷道支護(hù)技術(shù)解決對策

1、加固圍巖提高圍巖凝聚力和內(nèi)摩擦角值

采用錨、注支護(hù)，可以對圍巖裂隙進(jìn)行充填、加固，提高圍巖凝聚力和內(nèi)摩擦角值，增加巖石的整體穩(wěn)定性，形成較大的承載圈，充分發(fā)揮圍巖的自撐能力，阻止圍巖的塑性流動，保證巷道的穩(wěn)定，這是一種針對性很強(qiáng)的有效方法。

2、改變工作面端頭形狀，及時(shí)用水泥封閉

出。通過在巷道開挖后立即進(jìn)行三維區(qū)域的圍巖聲波數(shù)據(jù)量測，了解軟巖巷道三維區(qū)域的應(yīng)力分布及后續(xù)松動區(qū)的情況，采用掘進(jìn)機(jī)施工很容易實(shí)現(xiàn)改為拋物線形的工作面端頭。炮掘工作面在交接班前先將炮放畢，也可改變端頭效應(yīng)對工作面的影響。及時(shí)用水泥漿封閉是克服軟巖環(huán)境效應(yīng)的有效措施，對節(jié)理，層理發(fā)育的軟巖可以充填微裂隙，以改善圍巖的性質(zhì)，提高圍巖表面強(qiáng)度。

3、合理選擇斷面

由于松軟巖層地質(zhì)情況非常復(fù)雜，巷道支護(hù)不單純受巖層的重力作用，有時(shí)周圍都受到很大的膨脹壓力，甚至有的巷道的側(cè)壓比頂壓大幾倍、幾十倍，若采用常規(guī)的半圓拱或三心拱形斷面顯然難以適應(yīng)，往往造成巷道的破壞和失穩(wěn)。因此，合理選擇斷面形狀對維護(hù)松軟巖層巷道的穩(wěn)定尤為重要。巷道斷面形狀，主要應(yīng)根據(jù)地壓的大小和方向來選擇。若地壓較小，選用半圓拱形斷面是合理的；若巷道周圍均受到很大的壓力，則以選擇圓形巷道斷面為宜；若垂直方向壓力特別大而水平壓力較小時(shí)，則選用直立橢圓形斷面或近似橢圓形斷面是合理的；若水平方向壓力特別大而垂直方向壓力較小時(shí)，則應(yīng)選用曲墻或矮墻半圓拱帶底拱、高跨比小于1的斷面或平臥橢圓形斷面。確定巷道形狀后，現(xiàn)場施工時(shí)要根據(jù)預(yù)計(jì)巖石變形量，適當(dāng)加高、加寬巷道首次成型尺寸，防止因巷道圍巖變形使巷道斷面達(dá)不到使用要求。

4、提高支護(hù)強(qiáng)度

軟巖首次支護(hù)要充分考慮讓壓、卸壓的原則。就是在選擇支護(hù)形式上要選擇相對可縮性強(qiáng)，具有主動支護(hù)能力的支護(hù)形式，目的一是是為了提高巷道圍巖的主動支護(hù)能力，二是盡可能的讓壓、卸壓，讓開挖巷道后原巖應(yīng)力盡快穩(wěn)定。軟巖巷道掘進(jìn)后應(yīng)盡早噴射薄層混凝土、封閉軟巖，以防止吸水、風(fēng)化，進(jìn)一步保護(hù)軟巖。然后錨桿或+金屬網(wǎng)的形式支護(hù)，然后在復(fù)噴、架可縮金屬支架等，及時(shí)構(gòu)成有足夠支護(hù)抗力又有足夠的柔性及可縮性的一次支護(hù)。一次支護(hù)后應(yīng)加強(qiáng)對軟巖與支護(hù)變形的監(jiān)測。如果巷道形變始終較大、不足以使軟巖由急劇變形轉(zhuǎn)化為緩慢穩(wěn)定變形時(shí)，說明一次支護(hù)抗力不足，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)補(bǔ)充加強(qiáng)措施， 如加密可縮支架等。如果一次支護(hù)的噴層發(fā)生開裂，也屬正?，F(xiàn)象（噴層的有限柔性很難適應(yīng)井巷初期的急劇變形），只須采取多次復(fù)噴、薄噴即可。對于軟巖及構(gòu)造應(yīng)力巷道，單一的支護(hù)形式是不能滿足軟巖支護(hù)要求的，應(yīng)采取合理的二次支護(hù)進(jìn)行加固。二次支護(hù)加固形式及時(shí)間應(yīng)根據(jù)一次支護(hù)后礦壓觀測數(shù)據(jù)、圍巖的流變情況及巷道所處的地質(zhì)條件來確定。上述首次支護(hù)及適時(shí)補(bǔ)充加強(qiáng)一次支護(hù)，都屬一次支護(hù)的范疇。一次支護(hù)后如軟巖能趨于穩(wěn)定，這多在I類軟巖的情況下，則一次支護(hù)就成為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。對于蠕變、膨脹變形量大、持續(xù)變形時(shí)間長的軟巖，則應(yīng)待軟巖趨于穩(wěn)定時(shí)，即轉(zhuǎn)入平緩蠕變階段，位移速度減小并趨于某一穩(wěn)定的常數(shù)時(shí)，一般是在巷道開掘3～6個(gè)月以后，采取二次支護(hù)。二次支護(hù)應(yīng)采用具有緩沖、可縮、讓壓特性且有足夠支護(hù)抗力的支護(hù)結(jié)構(gòu)。它具有吸收釋放軟巖長期繼續(xù)緩慢增長的變形位移、壓力能量；又具有在軟巖位移達(dá)一定臨界值后，支護(hù)抗力足以阻止其繼續(xù)位移、防止軟巖產(chǎn)生松脫失穩(wěn)。

結(jié)語

隨著礦井開采深度的不斷增加和原巖應(yīng)力的不斷增大，軟巖巷道施工工程會越來越多，帶來的軟巖巷道的施工和支護(hù)中問題也會越來越復(fù)雜。通過對軟巖巷道失穩(wěn)機(jī)理、軟巖巷道變形、破壞的特點(diǎn)以及影響軟巖巷道穩(wěn)定性的因素等方面對軟巖巷道的穩(wěn)定性進(jìn)行了比較全面的分析，所以必須認(rèn)真學(xué)習(xí)和研究軟巖施工和支護(hù)方面的新理論、新技術(shù)和新方法，將科學(xué)理論和現(xiàn)場實(shí)踐緊密結(jié)合，確保煤礦安全生產(chǎn)。