煤礦軟巖巷道支護技術(shù)研究分析及應(yīng)用

周露

摘要：煤礦軟巖巷道圍巖變形控制問題逐漸成為影響煤礦安全建設(shè)的一大難題，有效提高巷道圍巖支護承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及其承載能力，對解決軟巖巷道圍巖變形控制問題至關(guān)重要。近年來，錨桿支護理論及技術(shù)取得了深入的研究和發(fā)展，錨桿支護技術(shù)能夠改善圍巖體應(yīng)力狀況、提高圍巖體強度、充分發(fā)揮圍巖自承載能力，能有效地控制圍巖變形，得到了廣泛的應(yīng)用?；诖耍瑢γ旱V軟巖巷道支護技術(shù)研究分析及應(yīng)用進行研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦;軟巖;巷道支護技術(shù)

中圖分類號：TD353

1軟巖對巷道變形的影響

影響巷道的穩(wěn)定性的因素，有很大方面是取決于圍巖本身和巷道與圍巖之間的關(guān)系。巷道是在原巖上挖掘的，挖掘巷道后，原巖的結(jié)構(gòu)遭到破壞，圍巖在張力的作用下，壓力和剪切應(yīng)力會隨著圍巖的深度逐漸增加。隨著巷道的不斷深入，巷道頂部與基巖分離出的巖石通過重力作用對支撐結(jié)構(gòu)施加一個微弱的壓力，下落后產(chǎn)生微空隙。巷道墻體頂部的微空隙使得巖石很容易從周圍環(huán)境中分離出來。這些松散形式的塊狀巖石可以在巷道中自由移動。巷道的中部層狀巖體將發(fā)生滑動，巷道的側(cè)壁受巖體滑動而產(chǎn)生變形。另外，在高應(yīng)力狀態(tài)下的軟巖巷道，由于軟巖強度低，會在圍巖內(nèi)部產(chǎn)生圍巖松動圓，松動面積非常大。而圍巖與接觸面支護結(jié)構(gòu)之間間隙很小，在高壓下容易引起應(yīng)力集中。在這種情形下，支護結(jié)構(gòu)和圍巖極易被破壞。

2巷道穩(wěn)定性影響因素分析

厚度較大的礦層巷道周邊巖層出現(xiàn)形變的原由較多，不過周邊巖層荷載的能力較低，支護措施和周邊鹽城出現(xiàn)形變不符合，在含水量較大的情況下出現(xiàn)膨脹，工作面輸送巷道周邊巖層穩(wěn)定性干擾條件包含：（1）周邊巖層性能與力學(xué)特性。工作面輸送巷依靠三號礦底板進行施工，巷道周邊巖層大多是泥沙含量較多的泥巖、炭質(zhì)泥巖以及中砂巖，巷道項目力學(xué)性能較低。頂板地質(zhì)主要是泥巖，巷道施工期間可能出現(xiàn)冒落問題，礦層內(nèi)部出現(xiàn)縫隙，強度較弱;底板在含水量較多的情況下容易出現(xiàn)膨脹或者崩解問題。若是頂板承受壓力，周邊巖層作用力傳遞到底板，若是累計到較大強度巷道底板可能出現(xiàn)底鼓問題，進而降低了巷道頂板與兩幫的穩(wěn)固性。（2）周邊巖層和支護框架連接效果較差，造成整體支護體系出現(xiàn)損壞，周邊巖層穩(wěn)定性較低。由此可見，周邊巖層比較松散，可能出現(xiàn)形變并且巷道支護體和周邊巖層形變無法匹配是造成巷道支護效果較低的主要原因。所以，“三軟”礦層支護方法可以提升周邊巖層工作面，提升巖體的強度，適合應(yīng)用強度較高的支護措施，同時合理的進行讓壓。譬如，錨桿與錨索支護期間同時應(yīng)用金剛網(wǎng)或者鋼帶。

3煤礦軟巖巷道支護技術(shù)分析

3.1圍巖巷道力學(xué)模型建立

通過上述對深層軟巖對巷道變形影響的分析，應(yīng)建立該類型圍巖巷道的力學(xué)模型，判斷巷道中圍巖應(yīng)力場的變化。首先要按照常規(guī)巷道圍巖考慮彈性變形變量計算。因為塑性區(qū)的彈性變形不是常量，而是隨著半徑的變化而變化[8-10]，需做如下假設(shè)：（1）根據(jù)隧道的受力情況，將應(yīng)力分解為水平和豎直兩部分，其應(yīng)變屬于平面應(yīng)變，即受力長度為∞，忽略隧道內(nèi)圍巖的重量。（2）巷道圍巖的結(jié)構(gòu)為彈塑性，其性質(zhì)假設(shè)為理想狀態(tài)下的各向同性。（3）巷道的側(cè)壓力為變值，其數(shù)值的大小會根據(jù)其壓力系數(shù)的增大而增大，壓力系數(shù)會參照具體的圍巖特性。（4）圍巖巷道壓力坐標軸采用極坐標系，其中拉壓應(yīng)力為負值，拉應(yīng)力為正值。

3.2錨桿支護

錨桿支護的作用機理主要包括錨桿的懸吊理論、擠壓加固拱理論以及組合梁理論等。錨桿的懸吊作用是利用錨桿將軟弱不穩(wěn)定的頂板或者破碎松動的巖石吊掛在軟弱層或者松動區(qū)之外的巷道堅固穩(wěn)定層，確保頂板或者破碎巖石不至脫落甚至坍塌。錨桿的擠壓加固拱作用是指在掘進巷道支護過程中，對錨桿進行等間距布置并施加預(yù)應(yīng)力，錨桿之間會存在擠壓，形成壓縮區(qū)域。當在拱形巷道中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，錨桿形成的圓椎壓縮體將交錯重疊形成承壓拱，既可承受上方破碎巖石的載荷，又產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力，使圍巖受壓狀態(tài)從單軸或者雙軸變?yōu)槿S，改善了承壓拱應(yīng)力狀態(tài)。

3.3預(yù)留煤柱技術(shù)

在煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)中，較為傳統(tǒng)技的技術(shù)之一，即是預(yù)留煤柱技術(shù)。一些施工人員在開展頂板支護工作過程中，在對煤礦井下巷道上下兩區(qū)段工作的施工當中，會更加傾向應(yīng)用傳統(tǒng)預(yù)留煤柱技術(shù)。相比于其他頂板支護技術(shù)，預(yù)留煤柱技術(shù)的操作過程便捷性更高，相關(guān)施工人員在工作過程中，他們在頂板支護中對這種技術(shù)進行應(yīng)用，可以有效地對煤礦井下巷道整體的排風(fēng)能力、通風(fēng)科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，使得煤礦井下巷道掘進工作要求也在持續(xù)增加。為了保證煤礦井下巷道掘進工作的質(zhì)量問題以及施工的可靠性、安全性，相關(guān)的工作人員需要借助科學(xué)性、合理性的策略，合理應(yīng)用煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)，對煤礦工程巷道掘進工作的效率、質(zhì)量問題得到有效地提高，同時還可以保證施工進度逐漸加快。能力有效增強。但另一方面，工作人員在應(yīng)用該種技術(shù)時，可能會消耗相對比較多的人力資源和物力資源，還需要比較高的成本問題，這也是這項技術(shù)的一個缺點。

4結(jié)語

軟煤巷主要的變形破壞特征為：頂板下沉量巨大，頂角擠壓破碎，兩幫收斂嚴重，底板煤巖交界處產(chǎn)生滑動面，加劇巷道變形。通過巷道的支護優(yōu)化設(shè)計，保證了巷道的掘進速度，大大提高了整體人員的利用率和掘進效率，巷道返修明顯減少，整體上提高了巷道的安全性，降低了支護成本，符合國家倡導(dǎo)的安全、高效、經(jīng)濟的原則，也為指導(dǎo)礦井施工積累了經(jīng)驗。

參考文獻

[1]劉露生.煤礦井下軟巖巷道施工支護技術(shù)研究應(yīng)用[J].中國標準化，2019（24）：158-159.

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