淺談煤礦軟巖巷道支護技術

王利元

摘 要：隨著煤礦開采技術的成熟，開采深度的不斷深化、開采規(guī)模的擴大，巷道損壞程度逐漸的擴大。軟巖巷道支護一直是巷道工程的一個疑難點。軟巖巷道的支護與使用維護優(yōu)劣程度，直接影響到煤礦安全高效生產。文章通過對軟巖巷道的概念、支護原理、支護原則、支護類型、支護對策等方面進行論述。

關鍵詞：軟巖巷道；支護；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。軟巖的特點可以用軟、弱、松、散概括。在煤礦巷道支護施工中，巷道圍巖就是需要施工的巖體；工程力是指巖體上的重力、應力、水作用力、膨脹應力等。軟巖通常分：低強度高膨脹性軟巖、高應力軟巖、極破碎軟巖、復合型軟巖四類。

1.1 低強度高膨脹性軟巖，圍巖質地破碎、強度偏低、遇水變形，對施工中的震動耐受力差。巷道圍巖變形迅速，給支護帶來很大困難。由于軟巖中的泥質成分和結構面確定了軟巖的特征，導致軟巖產生塑性變形。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力驟增，構造應力場錯綜復雜；在高應力條件下，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大，擴容膨脹。

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

1.4 復合型軟巖指上述3種軟巖類型各種組合。

2 軟巖巷道支護原理與支護原則

2.1 支護原理

軟巖巷道支護的重點在于發(fā)掘自承能力。支護原理：依據巖層特性，地壓來源，運用科學設計方法，使支護體系和施工過程能夠適應圍巖變形的種種情況，從而達到控制圍巖變形、維護巷道穩(wěn)定的宗旨。

（1）改變思想，支護結構和強度和圍巖自承能力相適應，與圍巖變形及強度相結合，實踐證明，單純提高支護剛度的做法是難以達到預期效果；（2）適當卸壓、加固與支護相結合的方法相輔相成，運籌帷幄，高應力區(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)，根據測定結果予以反饋，以確定二次支護結構的相關技術參數；（4）堅持綜合治理、持續(xù)監(jiān)控的支護思想。

2.2 支護原則

（1）維護和維持圍巖的殘余強度。（2）提升圍巖殘余強度。（3）運用新技術、新工藝充分發(fā)揮圍巖的承載能力。

3 支護類型

3.1 整體剛性支護

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

3.2 剛性支護加柔體墊層支護

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，這種方式施工進度緩慢，工作人員勞動強度大。

3.3 U型鋼可縮性支架支護

此方法適用于支護膨脹性巖層、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：巷道掘進和支護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，最終導致失效。安全生產需要加大支護阻力，導致鋼支架的質量增加，鋼材消耗使用量增加，支護成本隨著升高。

3.4 錨噴支護

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

4 支護對策

4.1 合理優(yōu)化巷道方位。在設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；在地質勘探階段，把握巖石物理力學性質、化學性質等，優(yōu)化選層、選位，盡量做到繞開高應力區(qū)。

4.2 選擇適當的支護斷面。對于頂壓大、側壓小、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。并依據頂壓、側壓的大小，選用合理布置方向。

4.3 加強圍巖強度。提高圍巖強度是解決軟巖支護的根本措施。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 提升護表力，增加圍巖表面強度。圍巖表面的完好度對支護效果影響較大，完整度越高支護效果越好。采取適當措施保護和加強圍巖表面強度（如速噴水泥漿、鋪設菱形金屬網、錨桿施加預應力），改良圍巖受力狀態(tài)，提高圍巖強度，保護巷道的長久穩(wěn)定性。

4.5 運用剛柔并濟的整體支護結構。支護結構和圍巖變形相適應，可以有效提高圍巖自承能力。如果是高地應力，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 加強錨桿支護的預緊力，努力實現(xiàn)主動支護。較高的預應力要求錨桿自身具備較高的強度。由于單根錨桿預應力的作用范圍小，可通過托板、鋼帶和金屬網等構件將錨桿預應力擴散到錨桿周圍較大范圍的圍巖中，形成優(yōu)良支護結構。

5 結束語

軟巖巷道支護充分根據圍巖性質，選擇合理的支護對策，并根據巷道圍巖破壞情況，有針對性的選擇適當的支護形式。

參考文獻

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