對目前煤礦開采軟巖巷道支護(hù)技術(shù)問題研究

徐昊子

[摘要]隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對煤炭的需求也在日益的增大，我們煤炭在國內(nèi)化石能源的占比依舊很大。針對這種情況，加大對煤炭開采技術(shù)的研究迫在眉睫。煤礦軟巖巷道的支護(hù)工程，一直是困擾煤炭生產(chǎn)的一個難題，特別是隨著礦井開采范圍的增大和開采深度的加深，軟巖巷道的支護(hù)問題愈加突出，如果對軟巖巷道支護(hù)不合理，有時會直接影響到煤礦的安全生產(chǎn)。本文主要根據(jù)軟巖的基本特性，分析和總結(jié)煤礦在軟巖巷道的支護(hù)問題，并以高強(qiáng)度錨桿、錨注技術(shù)以及聯(lián)合支護(hù)形式作為例子為大家推廣。為大家在以后的遇到類似的問題時做參考或者借鑒。

[關(guān)鍵詞]煤礦軟巖 巷道支護(hù) 技術(shù)問題 分析研究

[中圖分類號] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-374-2

0引言

軟巖巷道是指與塑性大變形工程巖體有關(guān)的巖體工程，煤礦軟巖巷道也就屬于其中的一種形式。煤礦軟巖巷道的支護(hù)一直是困擾煤炭發(fā)展的一個大問題，亟待解決。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)外專家學(xué)者通過現(xiàn)場實踐、實驗室模擬等手段在軟巖巷道支護(hù)方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。在新形勢下，特別是隨著煤炭價格的下滑和煤礦企業(yè)效益的腰斬，如何合理的選擇軟巖巷道的支護(hù)形式至關(guān)重要。如果選擇不恰當(dāng)有可能會出現(xiàn)資金浪費(fèi)等現(xiàn)象，更有甚者，甚至?xí)斐上锏乐ёo(hù)強(qiáng)度不夠，影響安全生產(chǎn)等事故。所以作為煤炭生產(chǎn)者，更應(yīng)根據(jù)整個礦井實際，合理的選擇支護(hù)形式。本文主要依據(jù)軟巖的基本特性和近期科學(xué)研究成果，以高強(qiáng)度錨桿、錨注技術(shù)及聯(lián)合支護(hù)形式作為實例，向大家介紹在軟巖巷道支護(hù)方面的內(nèi)容。

1軟巖工程簡介

工程軟巖是指在工程力學(xué)的作用下產(chǎn)生顯著的塑性變形的工程巖體，目前比較流行的軟巖定義是按照軟巖的軟、弱、松、散等的特征進(jìn)行定義，但是在工程上對軟巖不僅強(qiáng)調(diào)軟巖的強(qiáng)度特征還強(qiáng)調(diào)軟巖的工程載荷情況。對在這種巖石基礎(chǔ)上進(jìn)行的施工稱之為軟巖工程。進(jìn)入煤礦礦井，礦井軟巖種類的不同，直接影響到巖石的強(qiáng)度特征、泥質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)面特點以及塑性變形力學(xué)特點。我們可以根據(jù)性狀將軟巖分為四大類，如下表：

在工程施工過程中，必須根據(jù)施工現(xiàn)場的軟巖形式選擇合理的支護(hù)手段。不能盲目的隨意選擇，否則就會造成支護(hù)強(qiáng)度不高或者支護(hù)質(zhì)量過高等不合理現(xiàn)象。

2軟巖巷道工程支護(hù)的不足

上個世紀(jì)60年代，軟巖的理論技術(shù)取得了長足的進(jìn)展，為煤炭、采礦、地下建筑等工程施工提供了寶貴的科學(xué)基礎(chǔ)。但是因為各方面的因素，軟巖巷道施工在理論、設(shè)計、技術(shù)上仍然存在很多缺點，繼續(xù)我們改正，下面我們列舉幾個方面：

（1）軟巖工程推廣不徹底。目前來說，對軟巖技術(shù)有充分掌握還是少數(shù)，大多數(shù)的基層生產(chǎn)單位還是憑借經(jīng)驗進(jìn)行支護(hù)，當(dāng)掘進(jìn)過程中越到軟巖，仍然使用傳統(tǒng)的老辦法進(jìn)行應(yīng)付，支護(hù)質(zhì)量不好，如果支護(hù)形式被破壞，那么就重新的維修。這種老舊的作業(yè)理念不僅浪費(fèi)工程時間，增加工程費(fèi)用，對人員的安全也是一種威脅，必須要進(jìn)行淘汰。

（2）項目施工地質(zhì)資料不足。在一些不具備條件的小煤礦中，地質(zhì)資料稀少。工程人員無法對前方的巖石屬性進(jìn)行預(yù)判，特別是對膨脹性的軟巖進(jìn)行預(yù)判，這樣就造成在設(shè)計巷道支護(hù)時的盲目選擇，最終造成支護(hù)質(zhì)量不過關(guān)。

（3）軟巖地應(yīng)力測試方法不足。現(xiàn)在，對軟巖的地應(yīng)力測試方法主要還是觀察礦區(qū)附近的構(gòu)造和軟巖工程變形破壞的程度來衡量對，構(gòu)造地應(yīng)力的測定還沒有很好的方法。有些單位在較硬巖石上進(jìn)行鉆孔進(jìn)行測定巖石地應(yīng)力，但是得到的誤差還是較大，所以，在地應(yīng)力的測定上，科技人員還應(yīng)加強(qiáng)研究。

3軟巖巷道的支護(hù)形式及分析

3.1煤礦軟巖巷道常見的支護(hù)形式及不足

我們根據(jù)常見的軟巖巷道支護(hù)形式，通過分析他們的優(yōu)缺點。從而找出改進(jìn)軟巖巷道支護(hù)形式的方式方法，為軟巖巷道支護(hù)方式的完善提供基礎(chǔ)，下面列舉幾種常見的軟巖支護(hù)形式。

（1）整體性剛性支護(hù)。在煤礦軟巖支護(hù)中，整體性剛性支護(hù)有全封閉鋼支架支護(hù)、現(xiàn)澆混泥土鋼筋支護(hù)、整體模板支護(hù)等三種形式。整體剛性支護(hù)解決不了巷道圍巖與支護(hù)支護(hù)之間的矛盾，雖然支護(hù)的剛度增大，但是隨著巖石壓力的增加，支護(hù)的變形和破壞情況并沒有得到解決。

（2）剛性加柔體墊層支護(hù)。這種支護(hù)形式主要包含原料砌碹加縮層或者條帶碹等形式，這種支護(hù)形式不僅具有一定的支護(hù)強(qiáng)度而且還具有一定的可伸縮性。但是不足之處在于砌體本身較大，能夠允許的變形很小，對軟巖巷道這種大變形巷道不適應(yīng)。同時該施工方案施工成本高，且速度較慢，不利于煤礦的生產(chǎn)任務(wù)完成。

（3）U型鋼可縮性支架支護(hù)。這種支護(hù)形式是根據(jù)軟巖的膨脹性特點設(shè)計出來的。這種方法主要用在膨脹性巖體、斷層等地帶的支護(hù)。這種支護(hù)形式不僅可縮性良好，而且具有很好的承受力和支撐作用。當(dāng)巖石下沉、壓力增大時，作用在支架上的作用力和圍巖的移近量成反比，也就是說在一定條件下，支架收縮，支架上的載荷反而降低。這種方式比較適合于現(xiàn)在煤礦的生產(chǎn)，但是這種支護(hù)形式也有其不足之處。主要表現(xiàn)在U型鋼的支撐力不能均勻的分布在架身上，由于掘進(jìn)過程中，U型鋼周圍難免形成很多空洞，這就使得支架和巖石的接觸是一些點和塊，不會整體和支架接觸。還有這種支護(hù)形式需要的鋼材量十分巨大，生產(chǎn)成本高。

（4）錨噴支護(hù)。錨噴支護(hù)是對軟巖巷道支護(hù)的比較合理的方式。煤礦支護(hù)進(jìn)場將錨桿支護(hù)作為主動支護(hù)使用，但不是所有的錨桿都屬于主動支護(hù)。主動支護(hù)或者被動支護(hù)主要的區(qū)別在于支護(hù)的體能能否主動給圍巖以預(yù)緊力。煤礦工人在安裝錨桿時，必須給錨桿施加足夠的預(yù)應(yīng)力，這樣不僅可以消除錨桿的初始滑移，而且還可以為周圍巖石提供預(yù)緊力，從而降低受拉巖石拉截面的拉應(yīng)力。

3.2軟巖巷道支護(hù)新技術(shù)

下面我們主要介紹三種新的軟巖巷道支護(hù)技術(shù)：超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨注支護(hù)、聯(lián)合支護(hù)。我們針對這三種支護(hù)形式的優(yōu)點和創(chuàng)新點進(jìn)行分析。

（1）超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。這是一種利用超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)為圍巖提供支護(hù)阻力的方法。這種方法比一般普通錨桿支護(hù)力提高三倍?？梢源蟠蠼档拖锏绹鷰r離層、離析等的發(fā)展。同時，可以在作業(yè)中使用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿實現(xiàn)全長錨固，從而降低巷道圍巖的大變形和移動，保護(hù)巷道頂板的穩(wěn)定。

（2）錨注支護(hù)。單純的使用錨桿技術(shù)難以控制軟巖巷道的位移。軟巖巷道一般頂板破碎面積大，錨桿支護(hù)難以使大面積的頂板破碎巖石完全處于受壓狀態(tài)而形成組合拱。在軟巖巷道支護(hù)過程中，我們可以利用錨桿兼注漿管，實現(xiàn)外錨內(nèi)注，錨注一體化，是保證解決破碎軟巖巷道支護(hù)的一種形式。錨注支護(hù)有下面幾個好處。

①在節(jié)理發(fā)育的軟巖巷道中，通過注入混泥土可以改變圍巖的破碎狀態(tài)，提高巖石的整體性和自身圍巖強(qiáng)度，從而達(dá)到支護(hù)目的。

②利用注漿錨桿注漿。這種方式可以有效的利用混泥土堵住頂板裂隙，隔斷空氣、防止圍巖受到水、風(fēng)的侵蝕，降低圍巖受地質(zhì)作用力的影響。

③錨注支護(hù)后可以為錨桿提供可靠的主力基礎(chǔ)，充分發(fā)揮錨桿的作用，注漿加固可以實現(xiàn)全長錨固，提高錨注效果。

④錨注支護(hù)可以提高巷道圍巖破碎巖石的強(qiáng)度和彈性變形量。在松動巖石中，巖石的強(qiáng)度和變形量主要是受破損巖體面影響，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度和變形范圍降低。但是，當(dāng)使用混泥土進(jìn)行錨注后，由于液漿的粘接力，可以顯著提高巖石的強(qiáng)度，為保證巖石的穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。

⑤錨注充實了破碎孔隙，保證巷道的頂板壓力均勻的分布在巷道周圍，避免了局部受力導(dǎo)致的不穩(wěn)定或破壞。

⑥錨注混泥土填實孔隙后，在頂板處形成一個加固拱，這個拱和噴網(wǎng)層、錨桿壓縮等組成多層組合拱，加強(qiáng)了巷道的支護(hù)強(qiáng)度。

⑦錨注后，頂板的壓力可以轉(zhuǎn)移到拱周邊，分?jǐn)偵喜枯d荷，同時通過錨注拱兩邊的傳遞，可以將上方載荷壓力傳導(dǎo)到地下。

綜上所述，在節(jié)理地形、結(jié)構(gòu)破碎松散、斷層等軟巖巷道，使用錨注支護(hù)時最佳的支護(hù)形式。但是對于含有大量的膨脹性礦物的巷道，錨注技術(shù)不能使用。

3.3聯(lián)合支護(hù)形式

聯(lián)合支護(hù)形式就是同時使用多種支護(hù)方式對同一地點的頂板進(jìn)行支護(hù)，聯(lián)合支護(hù)的主要形式有：錨注加固、錨噴和U型鋼聯(lián)合支護(hù)、錨噴和注漿型鋼可伸縮性支架聯(lián)合支護(hù)法、三聯(lián)錨桿支護(hù)等支護(hù)形式。煤礦設(shè)計人員在選擇聯(lián)合支護(hù)時，必須根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件和生產(chǎn)作業(yè)形式，選擇合理的聯(lián)合支護(hù)方式。在這幾中聯(lián)合支護(hù)中，錨噴支護(hù)是性能優(yōu)越、性價比最高的一種支護(hù)形式，應(yīng)作為首要選擇。

4結(jié)語

綜上所述，煤礦應(yīng)根據(jù)自身的發(fā)展選擇適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行軟巖巷道的支護(hù)。軟巖是一種十分困難的支護(hù)巖體，在進(jìn)行支護(hù)過程中，必須滿足支護(hù)后有足夠的作用力改善頂板的圍巖狀態(tài)，使圍巖趨于穩(wěn)定，從而提高圍巖的承載能力。隨著科技的發(fā)展，錨噴支護(hù)是我國巷道支護(hù)的發(fā)展方向，錨噴技術(shù)具有超高強(qiáng)度、可伸縮、全長錨固等優(yōu)點，對軟巖巷道的支護(hù)效果明顯。所以，在以后的工作中，我們應(yīng)廣泛使用錨噴技術(shù)，提高巷道的支護(hù)質(zhì)量，為煤礦的安全生產(chǎn)墊定基礎(chǔ)。

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