淺談煤礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

王利元

摘 要：隨著煤礦開采技術(shù)的成熟，開采深度的不斷深化、開采規(guī)模的擴(kuò)大，巷道損壞程度逐漸的擴(kuò)大。軟巖巷道支護(hù)一直是巷道工程的一個疑難點(diǎn)。軟巖巷道的支護(hù)與使用維護(hù)優(yōu)劣程度，直接影響到煤礦安全高效生產(chǎn)。文章通過對軟巖巷道的概念、支護(hù)原理、支護(hù)原則、支護(hù)類型、支護(hù)對策等方面進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道；支護(hù)；原理；原則

1 軟巖的基本概念

軟巖是在特定的環(huán)境下，塑性變形明顯的巖體。這種巖體多是泥巖、粉巖等。軟巖的特點(diǎn)可以用軟、弱、松、散概括。在煤礦巷道支護(hù)施工中，巷道圍巖就是需要施工的巖體；工程力是指巖體上的重力、應(yīng)力、水作用力、膨脹應(yīng)力等。軟巖通常分：低強(qiáng)度高膨脹性軟巖、高應(yīng)力軟巖、極破碎軟巖、復(fù)合型軟巖四類。

1.1 低強(qiáng)度高膨脹性軟巖，圍巖質(zhì)地破碎、強(qiáng)度偏低、遇水變形，對施工中的震動耐受力差。巷道圍巖變形迅速，給支護(hù)帶來很大困難。由于軟巖中的泥質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)面確定了軟巖的特征，導(dǎo)致軟巖產(chǎn)生塑性變形。軟巖通常具有可塑性、膨脹性、崩解性、流變性、擾動性等特性。

1.2 我國煤礦開采深度逐年增加，使得一些礦井重力引起的垂直應(yīng)力驟增，構(gòu)造應(yīng)力場錯綜復(fù)雜；在高應(yīng)力條件下，擾動影響劇烈，圍巖破壞程度加劇，涌現(xiàn)新裂紋致使煤巖體積擴(kuò)大，擴(kuò)容膨脹。

1.3 極破碎軟巖巷道圍巖內(nèi)節(jié)理不同、裂隙等結(jié)構(gòu)面，圍巖支體破碎、穩(wěn)定性差。巷道掘進(jìn)工作中可能發(fā)生冒頂和片幫，給支護(hù)作業(yè)帶來諸多不便。

1.4 復(fù)合型軟巖指上述3種軟巖類型各種組合。

2 軟巖巷道支護(hù)原理與支護(hù)原則

2.1 支護(hù)原理

軟巖巷道支護(hù)的重點(diǎn)在于發(fā)掘自承能力。支護(hù)原理：依據(jù)巖層特性，地壓來源，運(yùn)用科學(xué)設(shè)計方法，使支護(hù)體系和施工過程能夠適應(yīng)圍巖變形的種種情況，從而達(dá)到控制圍巖變形、維護(hù)巷道穩(wěn)定的宗旨。

（1）改變思想，支護(hù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度和圍巖自承能力相適應(yīng)，與圍巖變形及強(qiáng)度相結(jié)合，實(shí)踐證明，單純提高支護(hù)剛度的做法是難以達(dá)到預(yù)期效果；（2）適當(dāng)卸壓、加固與支護(hù)相結(jié)合的方法相輔相成，運(yùn)籌帷幄，高應(yīng)力區(qū)，需要卸力合理，對變形大的區(qū)域，要讓度適量，支離破碎區(qū)域，進(jìn)行整體加固；（3）對于圍巖變形量測定，及時掌握圍巖變形的活動狀態(tài)，根據(jù)測定結(jié)果予以反饋，以確定二次支護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)；（4）堅持綜合治理、持續(xù)監(jiān)控的支護(hù)思想。

2.2 支護(hù)原則

（1）維護(hù)和維持圍巖的殘余強(qiáng)度。（2）提升圍巖殘余強(qiáng)度。（3）運(yùn)用新技術(shù)、新工藝充分發(fā)揮圍巖的承載能力。

3 支護(hù)類型

3.1 整體剛性支護(hù)

通常分為：全封閉鋼支架支護(hù)、整體預(yù)制模板支護(hù)、現(xiàn)澆封閉鋼筋混凝土支護(hù)等。實(shí)際上，支護(hù)剛度的增加，圍巖壓力相應(yīng)增大。支護(hù)承載力加大，但是支護(hù)載荷卻沒有下降，支護(hù)的變形和破壞狀況沒有得到改變。因此，整體剛性支護(hù)無法很好解決巷道圍巖和支護(hù)間的沖突，在剛度和強(qiáng)度上無法與變形量大、地壓偏大的軟巖巷道圍巖相對應(yīng)。

3.2 剛性支護(hù)加柔體墊層支護(hù)

通常分為：圓料砌破加可縮層、條帶破等形式。此方式可以為井巷圍巖增加強(qiáng)度，具有一定伸縮性。但是砌體本身剛度大，允許變形量微弱，對變形較大的軟巖巷道圍巖不適用。同時，這種方式施工進(jìn)度緩慢，工作人員勞動強(qiáng)度大。

3.3 U型鋼可縮性支架支護(hù)

此方法適用于支護(hù)膨脹性巖層、斷層破碎帶。U型鋼可縮性支架有一定的伸縮性，支撐能力較好。一定條件下支架壓縮后，支架上的荷載降低。但是，實(shí)際使用過程中，U型鋼可縮性支架的支撐能力往往得不到全部發(fā)揮。主要因素：巷道掘進(jìn)和支護(hù)工藝都無法避免地在支架背后形成不同尺度的空穴，使得圍巖與支架周圍不能完全貼合接觸。圍巖發(fā)生變形時，支架不均勻載荷而產(chǎn)生失穩(wěn)變形，支架受力情況惡變，支架出現(xiàn)彎曲、扭曲等不良變形，最終導(dǎo)致失效。安全生產(chǎn)需要加大支護(hù)阻力，導(dǎo)致鋼支架的質(zhì)量增加，鋼材消耗使用量增加，支護(hù)成本隨著升高。

3.4 錨噴支護(hù)

當(dāng)前公認(rèn)的最有效的支護(hù)方式是錨桿及其聯(lián)合支護(hù)。通常將錨桿支護(hù)稱為主動支護(hù)，實(shí)際并不是所有的錨桿支護(hù)都起到主動支護(hù)。主動支護(hù)與被動支護(hù)的區(qū)別與支護(hù)類型關(guān)系甚微，主要在于支護(hù)體是否能夠主動對圍巖施加預(yù)緊力。錨桿安裝時，需要對錨桿施充分的預(yù)緊力，這樣有利于消除錨桿構(gòu)件的原始滑移量，同時可為圍巖提供一定預(yù)緊力，以緩解圍巖受拉截面的拉應(yīng)力。

4 支護(hù)對策

4.1 合理優(yōu)化巷道方位。在設(shè)計階段充分掌握煤系地層的巖石性能，合理選擇巷道方位，盡量避開軟弱巖層；在地質(zhì)勘探階段，把握巖石物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等，優(yōu)化選層、選位，盡量做到繞開高應(yīng)力區(qū)。

4.2 選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)斷面。對于頂壓大、側(cè)壓小、無底鼓的巷道，優(yōu)先采用直墻半圓拱斷面；對于圍巖松軟、有膨脹性、頂壓側(cè)壓很大，有一定底壓的巷道，采用馬蹄形斷面；對于膨脹性軟巖，四周壓力均很大，采用圓形斷面；四周壓力很大且分布不均時，采用橢圓形斷面。并依據(jù)頂壓、側(cè)壓的大小，選用合理布置方向。

4.3 加強(qiáng)圍巖強(qiáng)度。提高圍巖強(qiáng)度是解決軟巖支護(hù)的根本措施。錨桿和注漿是兩種有效的方式方法，均能促使形成圍巖加固的承載圈，發(fā)揮圍巖的自承能力，有效防止圍巖的塑性流動。

4.4 提升護(hù)表力，增加圍巖表面強(qiáng)度。圍巖表面的完好度對支護(hù)效果影響較大，完整度越高支護(hù)效果越好。采取適當(dāng)措施保護(hù)和加強(qiáng)圍巖表面強(qiáng)度（如速噴水泥漿、鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)、錨桿施加預(yù)應(yīng)力），改良圍巖受力狀態(tài)，提高圍巖強(qiáng)度，保護(hù)巷道的長久穩(wěn)定性。

4.5 運(yùn)用剛?cè)岵?jì)的整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖變形相適應(yīng)，可以有效提高圍巖自承能力。如果是高地應(yīng)力，要卸壓充分。針對大變形，需適度讓壓。對于軟弱區(qū)域，需采取圍巖加固措施。

4.6 加強(qiáng)錨桿支護(hù)的預(yù)緊力，努力實(shí)現(xiàn)主動支護(hù)。較高的預(yù)應(yīng)力要求錨桿自身具備較高的強(qiáng)度。由于單根錨桿預(yù)應(yīng)力的作用范圍小，可通過托板、鋼帶和金屬網(wǎng)等構(gòu)件將錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散到錨桿周圍較大范圍的圍巖中，形成優(yōu)良支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語

軟巖巷道支護(hù)充分根據(jù)圍巖性質(zhì)，選擇合理的支護(hù)對策，并根據(jù)巷道圍巖破壞情況，有針對性的選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)形式。

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