深井高應(yīng)力軟巖回采巷道支護(hù)對策

李凱+楊長松

摘要：隨著社會對煤礦資源需求的日益增大，我國的淺層煤礦資源已經(jīng)在逐漸減少。要想實(shí)現(xiàn)煤炭資源更好地開發(fā)和利用，煤礦開挖的深度就需要不斷增加，這也是目前煤炭行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，但是這也帶來了較多的問題，比如形成了深井的高應(yīng)力軟巖。針對高應(yīng)力軟巖的性質(zhì)，文章對深井高應(yīng)力軟巖回采巷道支護(hù)對策進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：深井；高應(yīng)力；軟巖；回采巷道；支護(hù)對策

引言

新背景下，深部采礦已經(jīng)逐漸成為了采礦行業(yè)所面臨的一個新的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，我國已經(jīng)進(jìn)入了煤礦深部開采的階段，所以，對于深井高應(yīng)力軟巖的防護(hù)方面逐漸累積了較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且也在深部找礦方面獲得了較大的成就，但是在深井高應(yīng)力軟巖工程回采巷道支護(hù)方面還存在較多的問題，要想更好地做好深井高應(yīng)力軟巖回采巷道支護(hù)工作，相關(guān)企業(yè)就應(yīng)該不斷對這方面進(jìn)行研究。

1深井軟巖巷道變形特征與不穩(wěn)定原因分析

1.1軟巖的定義

在我國煤炭行業(yè)中，還缺乏對軟巖的統(tǒng)一認(rèn)知，但是一般情況下軟巖被視作“強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著，或含有大量易膨脹粘土礦物的松、散、軟、弱巖層”。結(jié)合我國工程巖體的相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)，可以將軟巖具體定義為“單軸抗壓強(qiáng)度在30MPa范圍以內(nèi)的巖體”。對于軟巖來說，受強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、礦物含量等因素影響，可以將其分為膨脹型軟巖、高應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖和復(fù)合型軟巖四類。

1.2軟巖巷道的變形特征

軟巖巷道的變形特征主要包括以下幾方面：第一，圍巖的自穩(wěn)時間短、來壓快自穩(wěn)時間僅為幾十分鐘到幾個小時，巷道來壓快，需要立即支護(hù)或超前支護(hù)，方能保證巷道圍巖不致冒落；第二，圍巖變形量大、速度快、持續(xù)時間長一般巷道掘進(jìn)后的第1-2d，變形速度小的5-lOmm/d，大的達(dá)50-100mm/d，變形持續(xù)時間一般為25-60d，有的長達(dá)半年以上仍不能穩(wěn)定；第三，圍巖的四周來壓、底鼓明顯軟巖巷道四周來壓，如果底板不支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)一個薄弱帶，巷道破壞首先就是從不設(shè)防的底板開始，又因底鼓導(dǎo)致兩幫移近和底腳失穩(wěn)，直到片幫冒頂，巷道全部破壞；第四，圍巖遇水膨脹、變形加劇軟巖一般含有親水性很強(qiáng)的蒙脫石、伊利石等粘土礦物的巖石，這些巖石遇水后軟化，體積急劇膨脹，因而變形也更劇烈，產(chǎn)生很大的膨脹壓力。

1.3軟巖巷道不穩(wěn)定原因分析

軟巖巷道不穩(wěn)定原因主要包括以下幾點(diǎn)：第一，巖石膠結(jié)程度低煤層頂?shù)装鍘r石都非常松軟破碎，易風(fēng)化，遇水軟化、泥化；第二，巖石強(qiáng)度低煤礦軟巖多為泥巖、炭質(zhì)泥巖等，單向抗壓強(qiáng)度都比較低由于巖石強(qiáng)度低，表現(xiàn)在圍巖松散、軟弱，在中等或稍高應(yīng)力水平狀態(tài)下就能產(chǎn)生較大的圍巖變形，支護(hù)困難；第三，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎雖然巖石強(qiáng)度高，但由于節(jié)理比較發(fā)育，巖體破碎，支護(hù)也十分困難所以，在巖塊強(qiáng)度高的節(jié)理化地層中，也可能表現(xiàn)出軟巖特征；第四，圍巖應(yīng)力水平高巖石強(qiáng)度低是形成軟巖的重要因素，但這只是問題的一個方面巖石強(qiáng)度的高低是一個相對的概念，它與地應(yīng)力緊密相聯(lián)如果巖體強(qiáng)度低，但地應(yīng)力絕對值也低，就表現(xiàn)不出軟巖降征圍巖應(yīng)力水平高，表現(xiàn)在：首先，隨著巷道開采深度的增加，一些原本穩(wěn)定性較好的圍巖也顯現(xiàn)出軟巖的特征；其次，構(gòu)造應(yīng)力大主要是向斜、斷層所造成的擠壓應(yīng)力和拉伸應(yīng)力；最后，集中應(yīng)力作用連接處巷道、受鄰近巷道掘進(jìn)影響的巷道等，其圍巖均承受一定的集中應(yīng)力，從而使圍巖由穩(wěn)定狀態(tài)過渡到軟巖狀態(tài)。

1.4軟巖巷道支護(hù)原則

為了能夠較好地實(shí)現(xiàn)深部高應(yīng)力軟巖巷道的支護(hù)，相關(guān)施工人員就必須遵循提高圍巖殘余強(qiáng)度、充分發(fā)揮圍巖自身承載能力、可縮性支護(hù)、二次支護(hù)等原則，這里的可縮性支護(hù)原則指的是結(jié)合柔性支護(hù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的可縮性支護(hù)，而二次支護(hù)原則則是指通過二次支護(hù)較好地保證巷道的穩(wěn)定性。

2深井高應(yīng)力軟巖回采巷道支護(hù)存在的問題

2.1巷道圍巖承受力不足

煤礦的巷道支護(hù)方式通常應(yīng)用的是一種比較常見的錨桿支護(hù)形式，并沒有一定的加固處理，所以通過這種支護(hù)方式所形成的巷道圍巖本身的承受的能力就不足，負(fù)載的承受厚度不夠，一旦出現(xiàn)地質(zhì)條件的變化或是圍巖的變動，就會給圍巖帶來較大的壓力，直接造成巨大的安全隱患。

2.2支護(hù)方式選取問題

若煤礦的支護(hù)采用工字型進(jìn)行支護(hù)施工時，在建設(shè)初期，剛開始的時候支架所承受的壓力就是非常有限的，而且它對于巷道圍巖的約束能力也非常的有限，這就使得部分的變形是無法承受的，特別是在建設(shè)后期，圍巖壓力更大，支架往往也會由于不能承受住巨大的壓力而出現(xiàn)下沉、變形等現(xiàn)象，不僅使得原來的支護(hù)結(jié)構(gòu)失去效果，同時給工程的進(jìn)行帶來了阻礙，給巷道的通風(fēng)、運(yùn)輸、安全等帶來挑戰(zhàn)。

2.3高應(yīng)力的增加

隨著巷道深度的不斷增加，高應(yīng)力的產(chǎn)生和增加已經(jīng)成為了一個主要問題，所以對于深井高應(yīng)力軟巖的薄弱部位來說，會發(fā)生較大程度的變形或破碎現(xiàn)象，在受到其他的綜合性因素的影響之后，還會進(jìn)一步擴(kuò)散形成所謂的破壞區(qū)，使得圍巖的承重受到威脅。

3煤礦深井高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)對策

3.1錨注支護(hù)機(jī)理

錨注支護(hù)技術(shù)其實(shí)就是一種使錨噴技術(shù)和圍巖注漿技術(shù)相結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，這一技術(shù)應(yīng)用于煤礦深井高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)工作中，具有較好的效果。對于錨注支護(hù)技術(shù)來講，錨桿既能用來錨固松散破碎巖層，也能將錨桿兼作為注漿管實(shí)現(xiàn)注漿加固，這就使得松散破碎巖體內(nèi)錨注支護(hù)的運(yùn)用能夠較好地形成堅(jiān)實(shí)、牢固的著力基礎(chǔ)，進(jìn)而提升圍巖的力學(xué)特性和強(qiáng)度，圍巖的自承能力也能得到較為充分的發(fā)揮，煤礦深井高應(yīng)力軟巖巷道就可以得到較好的支護(hù)。

3.2注漿加固作用

錨注支護(hù)要想發(fā)揮出較好的支護(hù)效果，就需要注漿加固進(jìn)行配合。對于注漿加固技術(shù)來說，若能夠保證注漿材料自身固結(jié)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、注漿工藝合理、裂隙充填密實(shí)、漿液與裂隙面粘結(jié)效果好，漿液就能夠較好地實(shí)現(xiàn)巖體的充實(shí)與強(qiáng)度的提升，自然就能夠較好地滿足煤礦深井高應(yīng)力軟巖巷道的支護(hù)需求。

3.3選擇合理的錨桿支護(hù)形式

要想強(qiáng)化錨桿支護(hù)系統(tǒng)，就需要選擇科學(xué)、合理的錨桿支護(hù)形式。長時間的支護(hù)實(shí)踐表明，選擇高強(qiáng)度、高初錨力、高阻特性的錨桿系統(tǒng)，加強(qiáng)網(wǎng)梁帶的強(qiáng)度和剛度，以增強(qiáng)圍巖表面約束能力，限制圍巖變形破壞破碎區(qū)向縱深發(fā)展，這是進(jìn)行深井高應(yīng)力巷道支護(hù)需要解決的首要問題，也是支護(hù)的重要保障。

3.4實(shí)現(xiàn)巷道厚壁支護(hù)

要想實(shí)現(xiàn)深井高應(yīng)力軟巖回采巷道厚壁支護(hù)，主要可以從以下幾方面進(jìn)行：第一，要盡量采用全長錨固全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿進(jìn)行加固，這樣不僅可以增加圍巖自承圈的厚度，實(shí)現(xiàn)了厚壁支護(hù)，同時也增加了支護(hù)的安全性和使用價值；第二，要進(jìn)行錨索加固，由于錨索長度較大，能夠深入到深部較穩(wěn)定的巖層中，錨索對被加固巖體施加的預(yù)緊力高達(dá)200kN，限制圍巖有害變形的發(fā)展，改善了圍巖的受力狀態(tài)，增加圍巖自承圈厚度，實(shí)現(xiàn)厚壁支護(hù)；第三，改變支護(hù)結(jié)構(gòu)，在巷道的兩底腳增加斜拉錨桿起到加固的作用。

結(jié)束語

總而言之，高應(yīng)力的軟巖巷道具有較明顯的特征，特別是在巷道的變形方面。因此，要想確保深井礦的安全和穩(wěn)定，相關(guān)企業(yè)必須做好軟巖回采巷道的支護(hù)工作，根據(jù)實(shí)際情況，制定科學(xué)支護(hù)方案，采取可行的支護(hù)對策，保障深部采礦工程能夠順利進(jìn)行。

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