軟巖巷道支護問題與對策

趙俊峰

摘 要：蒲河煤礦井下巷道變形嚴(yán)重，需經(jīng)常翻修才能滿足生產(chǎn)需求，耗費大量的人力、物力，維修費用是巷道掘進費用的3-4倍，嚴(yán)重地阻礙了礦井的發(fā)展。針對礦井軟巖巷道特點，文章首先分析了當(dāng)前巷道支護施工中存在的問題，分別從管理不當(dāng)與技術(shù)方法選擇失誤兩方面開展，幫助明確支護效果下降問題的引發(fā)原因。在此基礎(chǔ)上重點探討相關(guān)問題的有效解決措施，提出加強巷道支護過程管理與完善施工編制等建議，支護方式的列舉，為管理計劃開展創(chuàng)造一個穩(wěn)定的基礎(chǔ)條件，進而達到最佳施工控制效果，得出經(jīng)濟安全結(jié)論。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道；支護措施；支護技術(shù)；應(yīng)用；經(jīng)濟安全

一、軟巖巷道支護施工的主要問題

1、巷道支護設(shè)計不完善

原始地應(yīng)力大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層分布較多。圍巖具有顯著的軟巖特征，巖性多為泥巖和凝灰?guī)r，吸水性強，遇水極易膨脹。巷道施工前會進行支護設(shè)計，實際施工中受多種因素影響，傳統(tǒng)的錨、網(wǎng)、索、吊、噴的支護方式不能滿足圍巖特征，由于軟巖巷道圍巖變形量大，變形持續(xù)時間長，目前使用的支護方式不能有效的控制巷道圍巖變形，當(dāng)采用單一支護軟巖的支護能力會下降，并且很難達到預(yù)期的支護加固效果，巷道表面很容易產(chǎn)生凹凸不平整的現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上所開展的各項礦產(chǎn)資源開采也會受到影響。凹陷下去的部分則出現(xiàn)架空情況，利用錨桿加固效果也并不理想。支護強度不夠是當(dāng)前常見的支護施工問題，影響也十分嚴(yán)重，如果不能協(xié)調(diào)解決這一問題，將會造成嚴(yán)重影響，不利于最終開采生產(chǎn)任務(wù)的安全進行。

2、錨桿孔位及預(yù)緊力與設(shè)計值相差過多

錨桿孔位實際預(yù)緊力與預(yù)期計算結(jié)果中存在差異性，這種差異性直接影響到錨桿的加固支護效果，如果不能協(xié)調(diào)好，巷道軟巖部分會出現(xiàn)破損甚至大面積坍塌的現(xiàn)象，并不能達到預(yù)期的加固控制效果。尤其是在預(yù)應(yīng)力不足的情況下，接下來的各項巷道施工建設(shè)計劃也將都會受到影響，當(dāng)前比較常見的錨桿加固技術(shù)應(yīng)用在軟巖巷道中，受錨桿孔位置以及直徑影響功能實現(xiàn)受到很大限制，在接下來的建設(shè)施工中也需要重點解決。設(shè)計方案在具體落實中受環(huán)境因素影響十分嚴(yán)重，并且會影響到工程建設(shè)開展。軟巖巷道在支護技術(shù)上要求比較嚴(yán)格，簡單的技術(shù)方法也很難解決這一問題，對此應(yīng)采取積極的管理控制措施加以解決。具體施工中要將角度、預(yù)緊力、裝入樹脂藥卷量等差異控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，這樣在支護能力上才不會受到影響。

3、頂板金屬網(wǎng)鋪設(shè)不達標(biāo)

在對頂板金屬網(wǎng)進行鋪設(shè)時，具體的位置以及厚度均沒能達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在此環(huán)境下所開展的各項支護施工均存在尺寸誤差，并且很難通過簡單的技術(shù)措施來解決。金屬網(wǎng)主要是能夠提供一個張力，將混凝土材料、圍巖體牢牢地固定在加固位置中，從而達到最佳支護效果。由于所設(shè)計的鋪設(shè)位置與實際情況存在很大差異性，對混凝土材料、圍巖體不能完全起到加固的效果，軟巖層得不到有效固定，巷道施工中自然會出現(xiàn)巖層掉落的情況，甚至造成支護功能整體受到影響。尤其是在金屬網(wǎng)的連接部分，沒有按照設(shè)計規(guī)定壓在頂板下的情況常常出現(xiàn)，這樣的金屬網(wǎng)使用起來并不安全，會出現(xiàn)邊緣卷翹、開裂的情況，影響到施工建設(shè)的安全性。

4、錨索外露過長且有偏載現(xiàn)象

軟巖巷道支護中，錨索外露長度超過規(guī)定25cm后便會威脅到巷道使用安全。施工期間的質(zhì)量控制不能在合理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開展，自然會因此而受到影響，已經(jīng)安裝后對其進行處理難度也相對較大。固定偏差問題產(chǎn)生在承載能力與效果上均會受到影響，軟巖部分的壓力不能達到預(yù)期效果，向下壓迫后造成支護結(jié)構(gòu)整體掉落，后續(xù)的加密施工也只能繼續(xù)補救，并不能達到最佳的控制效果。安裝位置與設(shè)計方案存在偏差，必然會造成偏載現(xiàn)象發(fā)生，錨索同一位置長時間受到壓迫，并且重量不能在支護結(jié)構(gòu)中得到分散，影響到最終的施工。

5、噴漿工藝不完善影響質(zhì)量

礦井目前常用的為普通的噴漿機，回彈料多，噴厚很難達到設(shè)計要求，多數(shù)情況只能起到封閉圍巖，使其不受氧化，巷道稍有壓力顯現(xiàn)即槳皮脫落，影響質(zhì)量。

6、架棚支護被動支護強度達不到理想要求

當(dāng)巷道受壓嚴(yán)重時，因U鋼等支護強度承受不了而變形，影響巷道造型，進而對運輸、行人、設(shè)備運轉(zhuǎn)都不利，必須采取翻修等措施加以解決。

二、軟巖巷道施工支護問題的控制措施

1、建立健全施工管理制度

軟巖巷道支護施工中，建立一個完善的管理體系，在后續(xù)施工建設(shè)中也能了解到是否存在需要繼續(xù)完善的部分，并起到一個技術(shù)約束的效果，當(dāng)設(shè)計施工中存在不合理情況，便能夠輕松的通過技術(shù)方法來解決，繼而達到最佳控制管理效果。施工管理制度在完善中需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況來開展，觀察所存在的問題，從預(yù)防控制角度來制定約束制度，進而達到最佳的約束效果。在管理制度中要對誤差進行嚴(yán)格的規(guī)定約束，并觀察所開展的設(shè)計計劃于實際情況之間是否存在不符合的部分，利用技術(shù)性方法幫助解決，進而達到最佳支護質(zhì)量控制效果。對于技術(shù)方法之間的協(xié)調(diào)利用，更要嚴(yán)格參照管理規(guī)定內(nèi)容進行，避免出現(xiàn)支護施工不足或者超量的情況。

2、違規(guī)行為停工整頓

對于違規(guī)行為要進行停業(yè)整頓，并在軟巖巷道的支護技術(shù)上重新優(yōu)化選擇，體現(xiàn)出施工技術(shù)的可靠性。軟巖層具有松動性與不穩(wěn)定性，對此要加強現(xiàn)場的施工控制，并充分體現(xiàn)出最終管理控制計劃的可行性，停工整頓后能夠起到規(guī)避作用，避免類似問題再次出現(xiàn)在現(xiàn)場。停工整頓要有一個詳細(xì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題要及時的控制，將質(zhì)量安全問題控制在施工管理范圍內(nèi)，避免繼續(xù)嚴(yán)重威脅到最終的軟巖支護效果。再次施工要檢測在質(zhì)量安全上是否可以達到預(yù)期效果，達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)后可以繼續(xù)開展軟巖支護計劃，并在管理規(guī)定范圍內(nèi)選擇所應(yīng)用的技術(shù)方法。

3、實時監(jiān)控施工質(zhì)量

對于施工過程中的質(zhì)量監(jiān)管控制，要實時進行，嚴(yán)格對比設(shè)計方案，將尺寸偏差控制在安全范圍內(nèi)。任何環(huán)節(jié)施工出現(xiàn)誤差過于嚴(yán)重的現(xiàn)象，都要及時配合技術(shù)方法來解決，尺寸達到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后可以進行后續(xù)的軟巖支護施工控制，在最終的質(zhì)量安全上也能達到最佳控制效果。針對發(fā)生可能性較大的問題，要做好前期預(yù)防控制工作，采取相關(guān)技術(shù)措施對軟巖巷道進行支護，由于是錨桿孔打孔以及錨索安裝等部分，容易產(chǎn)生誤差更要加強監(jiān)測控制，確保在最終的質(zhì)量安全上可以達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并且接下來所開展的各項施工任務(wù)也能在此基礎(chǔ)上順利開展。實時監(jiān)管控制是預(yù)防質(zhì)量問題發(fā)生的有效措施，也是解決當(dāng)前問題所必須要達到的。

4、認(rèn)真編審施工措施

對于施工過程中可能會產(chǎn)生的問題，要加強編制審核，對軟巖巷道支護施工方案可行性進行研究，并觀察所開展的各項施工任務(wù)是否會因此受到影響，結(jié)合支護現(xiàn)場的實際環(huán)境來進行。有目的有針對性的開展編制審核，觀察各個現(xiàn)場的技術(shù)性問題，了解到安全隱患更要及時配合解決方法來預(yù)防，從支護效果提升層面開展。對于容易產(chǎn)生偏差的部分，對方案進行調(diào)整，盡可能采取簡單高效的支護技術(shù)方法，并觀察在現(xiàn)場比較容易產(chǎn)生的問題，從而達到最佳控制管理效果。巷道需要支護的面積比較大時，要采取分段質(zhì)量控制方法來保持達到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在支護進行期間嚴(yán)格控制材料使用，避免出現(xiàn)超量施工或者材料使用效果不理想的情況。

5、采取形式多樣的聯(lián)合支護方式，可有效解決支護問題

蒲河煤礦進過多年實踐采用的支護方式有錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式+噴漿、錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式+注漿加固、錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式+澆筑、超長錨桿支護等均在不同時段起到了很好的支護效果。

a、錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式+噴漿施工：在掘進巷道中，圍巖相對穩(wěn)定時，多采用錨網(wǎng)+錨索+噴漿，頂板錨桿2.2米，幫錨桿3.2米，間排距0.8米；錨索長7米，直徑由15.5毫米，變革為直徑22毫米，噴漿厚度100毫米；當(dāng)遇到頂板變化破碎時采用架U鋼棚加強支護，棚距0.5-1米。在巷道沒有進入回采時，上述支護效果可以。

b 、錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式+注漿加固：為了解決工作面回采期間兩順巷道支護問題，在服務(wù)期限內(nèi)保證巷道能安全、正常使用，避免投入大量人力、物力進行翻修作業(yè)，巷道回采期間，在錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式基礎(chǔ)上注漿，為蒲河煤礦軟巖高應(yīng)力巷道支護技術(shù)開辟新途徑。

注漿的目的是充填粘結(jié)受采動影響后的巷道圍巖離層、開裂形成的裂隙，將破碎的巷道圍巖進行重新組合，盡量恢復(fù)并構(gòu)成連續(xù)的傳力結(jié)構(gòu)體，有利于錨桿、錨索加固時力的傳遞，大幅提高支護的質(zhì)量和強度，提高巷道圍巖的整體性和力學(xué)指標(biāo)，注漿后的巷道，破碎圍巖基本上可以恢復(fù)連續(xù)狀態(tài)。巷道圍巖注漿加固的具體作用：

（1）提高巖體強度。

（2）形成承載結(jié)構(gòu)，降低巷道支架載荷。

（3）改善賦存環(huán)境，漿液凝結(jié)體封閉裂隙，減小應(yīng)力集中，防止水氣浸入內(nèi)部巖體，防止水害和風(fēng)化。

（4）有效的減小瓦斯涌出，降低巷道瓦斯?jié)舛取?/p>

主要設(shè)備與材料：采用2TGZ-60/210型注漿機，325#水泥配制注漿液，注漿壓力9.5MPa。

主要技術(shù)參數(shù)的確定

（1）注漿孔以穿透裂隙帶為宜，根據(jù)中國礦大測定的松動圈在1.75～2.38米，根據(jù)工作實際情況松動圈應(yīng)大于礦大測定值，注漿孔深度確定為：4.5米。

（2）注漿孔宜垂直裂隙面，固注漿孔角度確定為：底板眼70～90°、幫眼0～20°、二肋眼40～60°、頂眼70～90°。

（3）注漿孔排距設(shè)計為：5米。

（4）注漿孔間距根據(jù)巷道斷面大小確定為：在1～2米之間。

（5）每排注漿孔數(shù)量根據(jù)不同地點斷面大小確定為：8～10個。

（6）注漿液水灰比為1：1。

（7）注漿管長2.3米。

（8）封孔用的水泥沙漿水泥與沙子的比例為1：3。

通過對比看出，未注漿巷道在未收到采動影響的狀態(tài)下2個月的時間內(nèi)凈高變化達到了500～600mm，凈寬變化在250mm～300mm之間，而注漿加固段巷道，巷道第一個月凈高100～200mm的位移量，凈寬有50～100mm的位移量，分析是由于注漿后巷道圍巖應(yīng)力重新分布，在注漿后初期位移量表現(xiàn)較為明顯。一個月以后巷道變形趨于穩(wěn)定。注漿段巷道處于受到采動影響的區(qū)域，反而比未注漿段巷道的平均變化量小很多，證明經(jīng)過注漿加固的巷道的圍巖的穩(wěn)定性遠遠高于沒有注漿的巷道。

安全效益：注漿方法加固巷道不僅在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，在安全方面通過注漿，將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，極大地提高了巷道圍巖強度，充分利用了圍巖的自身支承能力，使巷道保持穩(wěn)定而不易被破壞，極大的避免了冒頂、漏頂、片幫事故的發(fā)生。注漿作業(yè)，極大的減少了工人的勞動強度，避免了架棚、翻棚作業(yè)可能對工人造成的傷害，從這個角度說明，注漿作業(yè)一定程度上避免了工傷事故的發(fā)生。改善賦存環(huán)境，漿液凝結(jié)體封閉裂隙，減小應(yīng)力集中，防止水氣浸入內(nèi)部巖體，防止水害和風(fēng)化。一定程度上減小瓦斯涌出，降低巷道瓦斯?jié)舛取?/p>

C、錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式+澆筑：相對礦井準(zhǔn)備巷道服務(wù)時間比較長，維護頻率高情況下，在錨網(wǎng)+錨索+U鋼支護方式基礎(chǔ)上，U鋼棚后澆筑300毫米以上混凝土，能夠比較長久的支護巷道，可以做到一次投入，減少翻修次數(shù)，安全上極大有保證。

d 、超長錨桿支護：蒲河煤礦井下巷道變形嚴(yán)重，需經(jīng)常翻修才能滿足生產(chǎn)需求，耗費大量的人力、物力，維修費用是巷道掘進費用的3-4倍，嚴(yán)重地阻礙了礦井的發(fā)展。原始地應(yīng)力大，地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層分布較多；軟巖巷道特征顯現(xiàn)明顯，巖性多為泥巖和凝灰?guī)r，吸水性強，遇水極易膨脹；支護方式不能滿足圍巖特征，前期施工巷道使用的錨桿長度不足，末端錨固未超過松動圈影響范圍，不能有效的控制巷道圍巖變形。增加巷道支護強度，降低維護成本，蒲河煤礦在西三采區(qū)運輸巷進行超長錨桿支護試驗，為蒲河煤礦軟巖巷道支護技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

對接式超長錨桿（以下簡稱超長錨桿），是利用機械加工工藝把螺紋鋼桿體連接頭進行墩粗，再用螺栓連接在一起。除具有一般錨索的優(yōu)點外，還具有可延伸的特點，克服了錨索在井下應(yīng)用時由于延伸量小而導(dǎo)致破斷的弊端，尤其在軟巖及半煤巖巷道幫、頂且直接頂破碎而且厚度較大時，可以有效地解決普通錨桿不能錨固到其穩(wěn)定煤（巖）層中，更好的起到支護幫、頂?shù)淖饔谩?/p>

主要設(shè)備與材料：

鉆機：采用MQT-100/3.1型氣動錨桿鉆機及配套的中空釬桿 （頂板施工） （Φ28mm釬頭）；采用ZQS-65/2.5S型手持式氣動鉆機及其配套的麻花釬桿（兩幫施工）（Φ28mm釬頭）。

錨桿：頂板施工采用MSGLW-335/20×4960C型錨桿；兩幫施工采用MSGLW-335/20×3700C型錨桿。

托盤：所有錨桿均配用36U型鋼加工的托盤，托盤的為300 mm×300mm。

布置方式：蒲河煤礦松動圈范圍為1.75～2.38m，超長錨桿可錨固到穩(wěn)定煤（巖）層中。經(jīng)過實測，超長錨桿在保證延伸率大于15﹪的情況下，抗拉強度可以達到180kn，依據(jù)遼寧工程技術(shù)大學(xué)針對蒲河煤礦巷道支護設(shè)計方案。確定超長錨桿間排距為800mm、呈矩形布置（圖2），錨桿露出螺母長度為40mm。

超長錨桿支護工藝簡單，施工速度快，可實現(xiàn)及時支護，從施工完的連續(xù)200m巷道來看，支護效果良好，頂板控制有效，抑制了圍巖的位移，可有效地控制軟巖巷道的變形，完全適用于軟巖巷道。

6、積極借鑒、采取國內(nèi)外先進支護工藝，能起到事半功倍的效果，對安全生產(chǎn)有極大的幫助。

三、結(jié)論：由于軟巖中含有膨脹性粘土礦物，軟巖遇水容易膨脹，導(dǎo)致整體強度降低、膠結(jié)程度差，巷道掘進和支護困難，早期的錨桿支護理論和技術(shù)適用于中硬、硬巖的圍巖條件中，此時也已不在適用。為解決此類問題，我國學(xué)者也開展了大量的研究和實踐，如圍巖強化技術(shù)體系、分布動態(tài)控制體系、讓壓支護技術(shù)體系等，其核心技術(shù)是采用高強預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索，配合 U 型棚、噴漿聯(lián)合支護、輔助注漿、澆筑、超長錨桿等手段，實現(xiàn)圍巖和支護體系的統(tǒng)一承載、動態(tài)控制，目前在經(jīng)濟效益和安全效益上方面都取得了良好的成績。

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