煤礦軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)探討

李國華

摘要：隨著對煤礦開采深度的加深和開采規(guī)模的擴(kuò)大，軟巖巷道出現(xiàn)了不同程度的變形，這給煤礦安全作業(yè)帶來了極大的威脅，本文首先介紹了煤礦軟巖的概念和特性，隨后指出煤礦軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)存在的問題，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗結(jié)合軟巖巷道支護(hù)原理，分析煤礦軟巖巷道的支護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：煤礦；軟巖巷道；支護(hù)問題；聯(lián)合支護(hù)

1、引言

隨著煤礦開采深度的加深和開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，軟巖巷道支護(hù)和維護(hù)問題顯得越來越突出，軟巖問題越來越嚴(yán)重，直接影響到煤礦的高效、安全生產(chǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，軟巖巷道支護(hù)技術(shù)正經(jīng)受著經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，軟巖聯(lián)合支護(hù)技術(shù)對保證煤礦安全生產(chǎn)、提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用，

2、煤礦軟巖概述

多年以來，在國際上對軟巖的概念沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同國家對軟巖的定義也不一樣，上個世紀(jì)90年代，國際巖石力學(xué)學(xué)會才對軟巖進(jìn)行了權(quán)威定義，將軟巖分為兩大類，一個是地質(zhì)軟巖，另一個是工程軟巖。地質(zhì)軟巖大部分是受到自然因素的影響形成的，主要包括風(fēng)蝕和水蝕等。工程軟巖大部分是由于外部工程力作用導(dǎo)致巖體出現(xiàn)明顯的塑性變形，主要包括工程擾動和殘余應(yīng)力等。在分析影響工程軟巖力學(xué)因素的基礎(chǔ)上采取合理的支護(hù)措施，才能解決軟巖巷道問題。軟巖具有臨界荷載和臨界深度兩個特性，臨界荷載是軟巖本身具有的一種物理屬性，通過軟巖工程力學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軟巖外部壓力低于臨界荷載時，在巖體內(nèi)部不會發(fā)生明顯的改變，整個巖體變現(xiàn)為比較穩(wěn)定的狀態(tài)，相對應(yīng)的力學(xué)曲線也保持平直，但是在人為條件下，在增加巖體外部工程壓力的作用下，使壓力逐漸趨近于臨界荷載，通過觀察巖體力學(xué)曲線，該曲線呈現(xiàn)出加速上升的趨勢，這表明巖體內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力增加，若繼續(xù)增加工程壓力到超過軟巖臨界荷載時，巖體就會發(fā)生明顯的變形，力學(xué)曲線呈現(xiàn)為垂直下降的狀態(tài)，力學(xué)曲線終點橫坐標(biāo)要遠(yuǎn)低于零點坐標(biāo)，將曲線定點稱為軟巖的臨界荷載。臨界深度和臨界荷載是一組相對應(yīng)的概念，分析兩種軟巖的特性，臨界深度可以更加直觀的反應(yīng)出軟巖塑性變形情況，在巷道比較淺的位置，軟化臨界深度比較小，軟巖不會出現(xiàn)明顯的變形，在這種條件下進(jìn)行的支護(hù)施工工作比較容易，如果巷道的位置達(dá)到軟化臨界深度情況下，圍巖將會產(chǎn)生較大的塑性變形，在此條件下進(jìn)行的支護(hù)施工工作比較困難。相關(guān)技術(shù)人員在巖體軟化臨界深度之前就要進(jìn)行支護(hù)施工，這樣不僅可以降低施工難度，還可以保證施工的質(zhì)量。

3、煤礦軟巖巷道支護(hù)面臨的問題

煤礦軟巖巷道變形破壞是一個連續(xù)的過程，在發(fā)現(xiàn)軟巖巷道變形的早期，巷道圍巖本身的穩(wěn)定性比較好，所以巷道出現(xiàn)變形的情況不明顯，如果在此條件下進(jìn)行支護(hù)措施，可以最大限度的降低損失，但是煤礦軟巖巷道變形的過程比較緩慢，加上工程的隱蔽性比較強(qiáng)，所以工程技術(shù)人員很難發(fā)現(xiàn)問題，最后導(dǎo)致軟巖巷道發(fā)生巖石冒落現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下還會發(fā)生巷道完全破壞，影響煤礦企業(yè)的正產(chǎn)生產(chǎn)和工作人員的人身安全。另外如果采取的軟巖巷道支護(hù)形式不合理也很難起到良好的支護(hù)效果。不同的地質(zhì)條件和不同開采程度的礦山，其軟巖巷道軟化的臨界深度也會不同，如果技術(shù)人員在沒有確定軟巖巷道軟化臨界深度的情況下就進(jìn)行了巷道支護(hù)措施，將會導(dǎo)致巷道巷道多環(huán)受壓情況的發(fā)生，不僅會影響到支護(hù)工作的順利進(jìn)行，還會造成周邊巖石出現(xiàn)吸水膨脹的現(xiàn)象，這樣就增加了軟巖巷道支護(hù)的難度。

結(jié)合礦區(qū)作業(yè)環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，在進(jìn)行軟巖巷道支護(hù)工作時，將會遇到很多技術(shù)上的問題，存在的問題主要有（1）圍巖的自承圈的厚度偏小，不能承接比較大的圍巖壓力，如果圍巖壓力超過限定的臨界值時，將會出現(xiàn)圍巖坍塌的現(xiàn)象，主要是因為在進(jìn)行常規(guī)的巷道支護(hù)過程中，錨固圍巖自承圈的厚度一般控制在40cm-60cm，錨桿的長度是自承圈厚度的2-3倍，錨桿的固定和支撐不能起到良好的作用，很難發(fā)揮出巷道聯(lián)合支護(hù)的效果。在這種條件下，加上煤礦地質(zhì)構(gòu)造的影響，圍巖表面將要承受較大的應(yīng)力，在支護(hù)薄弱的地方首先會出現(xiàn)巖石松動和變形的情況，隨著時間的延長，破碎的范圍將會不斷擴(kuò)大，最終將形成較大面積的巖層破碎區(qū)，破壞到圍巖的自承圈。（2）支護(hù)形式不符合巷道破壞問題，出現(xiàn)這種情況的原因大部分是由于對前期調(diào)查不到位，準(zhǔn)備工作沒做好，還有對支護(hù)形式的具體應(yīng)用不了解，盲目選擇支護(hù)方式。（3）支護(hù)參數(shù)選擇不合理。很多煤礦在進(jìn)行作業(yè)期間，依據(jù)“工程類比法”來選擇支護(hù)參數(shù)，這種方法主要適用于一些規(guī)模比較小、地質(zhì)構(gòu)造簡單以及開采時間短的煤礦，如果采取的支護(hù)形式不符合煤礦的實際條件，支護(hù)參數(shù)很難達(dá)到軟巖巷道支護(hù)施工的要求，所以也就很難保證支護(hù)的質(zhì)量。

4、軟巖巷道的支護(hù)原理及支護(hù)方法

4.1軟巖巷道支護(hù)原理

在進(jìn)行巷道開挖后，巖體的原巖應(yīng)力的狀態(tài)將會受到破壞，圍巖中進(jìn)行應(yīng)力的將重新分布，在增大切向應(yīng)力的同時，徑向應(yīng)力會不斷減小，在巷壁處將達(dá)到極限。在實際施工中，對軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)，必要要求圍巖中的部分巖石進(jìn)入塑性狀態(tài)，從而形成塑性變形區(qū)，并且將達(dá)到最大塑性承載力，此變化將會產(chǎn)生兩個力學(xué)效應(yīng)：（1）圍巖中的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力降低，減小了作用在支護(hù)上的荷載。（2）應(yīng)力集中區(qū)將向圍巖深部偏移。因為深部的巖石處于三向受力的狀態(tài)，所以將會極大的降低破壞的可能性。在巷道開挖后，結(jié)合圍巖應(yīng)力分布曲線，可以發(fā)現(xiàn)在軟巖穩(wěn)定塑性變形區(qū)內(nèi)，將以變形的形式將圍巖中所積累的彈性塑性能量進(jìn)行釋放，這樣可以有效的減小作用在支護(hù)體上的載荷，更加有利于軟巖巷道的支護(hù)。

4.2軟巖巷道支護(hù)措施

首先要確定支護(hù)的時間，一般條件下，巷道內(nèi)部的切向應(yīng)力會在進(jìn)行開挖后逐漸向巷壁方向加重，所以在達(dá)到一定數(shù)值后會逐漸形成塑性區(qū)，在此區(qū)域條件下可以減輕應(yīng)力對巷壁作用的危害，但是在軟巖巷道應(yīng)力較大的區(qū)域，塑性區(qū)會隨著開挖時間的加長而不斷減小。在此條件下就要合理選擇支護(hù)時間，從而可以將塑性區(qū)的承載能力發(fā)揮到最大，避免巷道在開挖過程中出現(xiàn)松動或坍塌的現(xiàn)象。其次要結(jié)合實際情況合理選擇二次支護(hù)的時間和支護(hù)的強(qiáng)度，確保首次支護(hù)的有效性，在保證巷道穩(wěn)定的前提下，要控制圍巖變形的程度，這樣可以充分發(fā)揮支護(hù)的作用。最后要減少對圍巖的破壞，增加圍巖的強(qiáng)度，提高圍巖的自承能力。首先要推廣光面爆破方式，減少圍巖出現(xiàn)震動，控制圍巖環(huán)向裂隙，盡量保持圍巖的整體強(qiáng)度。其次要保證巷道周邊的光滑平整度，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，最后要采用膨脹性的材料，作業(yè)時要充滿錨桿孔，從而形成全長錨固。

5、結(jié)語

煤礦軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是我國煤巷支護(hù)技術(shù)改革發(fā)展的方向，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)具有改善支護(hù)效果、加快成巷的速度、降低支護(hù)成本、減輕勞動強(qiáng)度以及提高斷面利用率等方面的優(yōu)勢，使用煤礦軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是提高煤礦企業(yè)安全高效生產(chǎn)的重要保障，具有較強(qiáng)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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