軟巖巷道支護(hù)問題與對策

吳良勝

摘要：軟巖巷道支護(hù)隨著煤礦開采深度增加變得愈加困難，迫切需要尋找和研究新的支護(hù)技術(shù)以解決工程實(shí)際問題。針對此類礦山需求，本文以軟巖巷道支護(hù)為研究對象，在闡述了軟巖的基本概念和軟巖巷道支護(hù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了可縮性金屬支架結(jié)合錨注支護(hù)的復(fù)合型支護(hù)方式，對于巷道圍巖控制具有重要意義。

關(guān)鍵詞：深井；軟巖巷道；可縮性金屬支架；復(fù)合型支護(hù)

一、軟巖的基本概念

軟巖是軟弱、破碎、松散、膨脹、流變、強(qiáng)風(fēng)化蝕變及高應(yīng)力的巖體之總稱，分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖兩類。前者是指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量的膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱層；后者是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體，工程力是指作用在工程巖體上的力的總和，它可以是重力、構(gòu)造殘余應(yīng)力、水平作用力和工程擾動力以及膨脹應(yīng)力等，顯著性塑性變形是指以塑性變形為主體的變形量超過了工程設(shè)計(jì)的允許變形值，并影響了工程的正常使用。

二、深井軟巖巷道支護(hù)存在的問題

牽涉到工程安全問題時，人們對此關(guān)注度較高。我國歷來重視軟巖巷道支護(hù)安全，尤其是在當(dāng)前大多數(shù)煤炭進(jìn)入深井開采模式的背景之下，迫切需要尋找和研究新的支護(hù)技術(shù)以解決工程實(shí)際問題。但在關(guān)于軟巖巷道支護(hù)理論認(rèn)識和方法研究方面還是存在一定誤差，依筆者來看主要包括以下幾個方面：

（一）圍巖變形破壞機(jī)理

以往人們普遍認(rèn)為巷道支護(hù)僅是巷道開挖后采取支架支護(hù)的過程。巷道支護(hù)是對圍巖的支護(hù)過程這個說法沒什么問題，但必須建立在充分認(rèn)識圍巖變形破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，只有深入透徹地研究變形機(jī)理，才能選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)時機(jī)和支護(hù)形式，使支護(hù)與圍巖變形相協(xié)調(diào)。

（二）支護(hù)對策

采用硬巖巷道的支護(hù)方式來解決軟巖支護(hù)問題這種做法是不正確的，因?yàn)檐泿r巷道與硬巖巷道的變形破壞特征完全不同，需要研究適合于軟巖的支護(hù)對策。

（三）支護(hù)參數(shù)

巷道穩(wěn)定性是巷道支護(hù)主要考慮的問題，選擇合適的支護(hù)參數(shù)對于巷道穩(wěn)定性十分重要。以往人們通常采用工程類比法，工程地質(zhì)條件較簡單時類比法基本滿足要求，但在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下很難通過此法來決定軟巖巷道支護(hù)參數(shù)。

三、礦井軟巖巷道圍巖支護(hù)的技術(shù)方案

有關(guān)專家提出利用可縮性金屬支架結(jié)合錨注支護(hù)的復(fù)合型支護(hù)方式對深部礦井軟巖巷道進(jìn)行控制。

（一）錨桿支護(hù)加固

在深部礦井開拓軟巖巷道時，其圍巖穩(wěn)定性遭到破壞。利用合理的錨桿支護(hù)可以將破碎的圍巖體錨固成多個錐形整體，它們相互摩擦、相互鉸合、相互擠壓，進(jìn)而使開拓的巷道周邊形成一個個整體。在破碎巖石相互摩擦、相互鉸合、相互擠壓的過程中，由于破碎巖石多含有裂隙，其變形性能較大，可以釋放部分礦山壓力。其釋放壓力強(qiáng)度幾乎與原巖體的強(qiáng)度接近，中國礦業(yè)大學(xué)董房庭教授試驗(yàn)結(jié)果表明：錨桿對破碎圍巖加固后，圍巖體的強(qiáng)度可達(dá)原強(qiáng)度的94%以上。

（二）可縮性金屬U型鋼棚加固

深部礦井軟巖巷道受上覆巖層自重應(yīng)力和原巖應(yīng)力的影響，經(jīng)開拓影響后，不僅會出現(xiàn)頂板下沉量大、下沉速度快，巷道兩幫移近量大，而且巷道底板可能會鼓起。這種情況下，可采用可縮U型鋼棚加固巷道，因?yàn)閁型鋼棚有足夠的可縮量，也能滿足不同的可縮方向的要求，另外有較好的增阻速度及支護(hù)阻力，可以形成具有高支撐力和整體性的先柔后剛的支護(hù)體系，能適應(yīng)沿空留巷的要求。

（三）注漿加固

1.注漿原理。軟巖巷道中圍巖的強(qiáng)度和變形主要由弱面控制，因弱面的強(qiáng)度及彈性模量均較低，所以巷道圍巖變形量大，維護(hù)困難。注漿可以將松散的巖石膠結(jié)成整體，提高巖體的內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角，以加強(qiáng)巖體的力學(xué)性能。注漿能封閉巖石自身，不但可以防止軟巖風(fēng)化和吸水軟化，也將巖體強(qiáng)度大大增強(qiáng)，達(dá)到提高圍巖的承載能力的目的。

2.注漿量及注漿時間確定。由于圍巖巖體的裂隙發(fā)育不同和圍巖巖體受擾動范圍的不均勻性，圍巖巖體吸漿量也有較大的差異，通常情況下以不發(fā)生大量跑漿為注漿時間。為了能夠有效防止?jié){液在注漿壓力的作用下可能沿圍巖體弱面擴(kuò)散，造成漏漿、竄液等現(xiàn)象的發(fā)生。注漿過程中在控制注漿量和注漿壓力的情況下，也要適當(dāng)控制注漿的時間，在一般情況下注漿的時間不能過長。軟巖巷道的圍巖巖體裂隙不發(fā)育或發(fā)育程度低將導(dǎo)致注漿速度慢和注漿漿液擴(kuò)散更困難等問題，為了達(dá)到近似理想的注漿效果，必須改進(jìn)注漿壓力、注漿時間延長。

3.注漿工藝。注漿工藝在一定程度上影響巷道圍巖注漿加固的質(zhì)量。工序過程如下：

（1）打孔：根據(jù)巷道圍巖體的周邊因素與具體工程情況，按照注漿設(shè)計(jì)的打孔參數(shù)，采用錨桿鉆機(jī)打注漿孔。

（2）封孔：封孔質(zhì)量是保證注漿壓力的關(guān)鍵，注漿時一般采用膠管封孔器封孔。

（3）注漿：在保證封孔安全可靠的情況下進(jìn)行注漿，注漿順序?yàn)榈装濉鷥蓭汀敯濉?/p>

（4）管路清洗：應(yīng)吸入清水對注漿泵和注漿管路進(jìn)行清洗，防止因漿液凝結(jié)導(dǎo)致堵塞注漿泵和注漿管。

四、結(jié)語

（一）“可縮性金屬支架結(jié)合錨注支護(hù)”的復(fù)合型支護(hù)思路是從加固圍巖體的角度出發(fā)，有效地利用圍巖的自身支撐能力，達(dá)到維護(hù)圍巖穩(wěn)定性的目的； 而錨注支護(hù)使巷道支護(hù)實(shí)現(xiàn)了支護(hù)特性的轉(zhuǎn)變（ 被動支護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃又ёo(hù)） ，大大提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（二）“可縮性金屬支架結(jié)合錨注支護(hù)”的復(fù)合型支護(hù)，通過注漿不僅可以提高圍巖自身承載能力的強(qiáng)度，而且為錨桿支護(hù)提供穩(wěn)固的基礎(chǔ)，可以有效地控制復(fù)雜的軟巖巷道變形大的問題，是解決深部礦井軟巖巷道礦壓顯現(xiàn)問題的有效方法。

（三）注漿技術(shù)的應(yīng)用能夠加固巷道圍巖，改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)的物理狀態(tài)，提高圍巖體的一體性。