煤礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

陳智

摘要：近年來(lái)，隨著礦山開采條件的日益復(fù)雜，所涉及的工程領(lǐng)域越來(lái)越多，我國(guó)的許多礦區(qū)，目前都存在著軟巖巷道支護(hù)困難問題，并成為影響礦區(qū)發(fā)展和礦井經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益的主要因素之一。軟巖巷道支護(hù)歷來(lái)是巷道工程的難題，通過(guò)對(duì)軟巖巷道的特征分析，及支護(hù)原理和方法的論述，對(duì)泉店礦回采巷道支護(hù)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并給出了相應(yīng)的建議和措施，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道;圍巖;支護(hù)結(jié)構(gòu)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤的需求量逐年增長(zhǎng)，開采的范圍也不斷擴(kuò)大。無(wú)論新老礦井，在開掘巷道時(shí)都遇到了大量的軟巖層，特別是隨著開采深度的不斷增加，深部地壓明顯增大。加之開采條件愈趨復(fù)雜，給巷道的掘進(jìn)與維護(hù)帶來(lái)了很多的困難。在開掘過(guò)程中，由于圍巖的變形、位移、膨脹，使巷道掘進(jìn)速度減慢，每天僅能完成幾米。巷道竣工不久，支護(hù)受到嚴(yán)重破壞，某些礦的掘砌成本高達(dá)每米幾千元，甚至上萬(wàn)元，是穩(wěn)定圍巖中同類巷道的3～4倍而且維修困難。

在軟巖層中施工巷道，掘進(jìn)容易，但維護(hù)極其困難，采用常規(guī)的施工方法和傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，往往不能奏效。因此研究軟巖支護(hù)問題便成為巷道施工的關(guān)鍵問題。

1 軟巖巷道的特征

軟巖巷道最明顯的特征是地壓顯現(xiàn)比較劇烈，巷道維護(hù)困難，主要表現(xiàn)在圍巖的自穩(wěn)時(shí)間短、來(lái)壓快、圍巖變形量大、速度快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、四周來(lái)壓、底鼓明顯、遇水膨脹、變形加劇，可以用4個(gè)字來(lái)概括：松、散、軟、弱。

2 松軟巖巷道支護(hù)原則

早期的支護(hù)理論沿用地面結(jié)構(gòu)工程原理設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，圍巖是支護(hù)的對(duì)象，支護(hù)只是人工構(gòu)筑的承載結(jié)構(gòu)而已。然而，現(xiàn)代巖石力學(xué)揭示，巖石破裂后具有殘余強(qiáng)度，松動(dòng)破裂圍巖仍具有相當(dāng)高的承載能力，圍巖既是支護(hù)壓力的根源，又是抵抗平衡原巖應(yīng)力的承載體，而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。支護(hù)的作用在于維護(hù)和提高松動(dòng)圍巖的殘余強(qiáng)度，充分發(fā)揮圍巖的承載能力。因而，在松軟巖巷道支護(hù)中，要遵循以下幾方面原則：

（1）維護(hù)和保持圍巖的殘余強(qiáng)度原則。

（2）提高圍巖殘余強(qiáng)度的原則。

（3）充分發(fā)揮圍巖的承載能力的原則。

3 軟巖巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇

3.1 砌碹封閉式支護(hù)

采用圓形、橢圓形、馬蹄形等合理巷道斷面形狀與其相應(yīng)的料石和混凝土塊砌碹封閉支護(hù)。

此種傳統(tǒng)的剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)，適用于淺部、位移及壓力不大的膨脹性軟巖巷道。碹的壁后充填軟矸或砂。云南省田壩煤礦二號(hào)井煤建公司礦建處施工隊(duì)采用生石灰、山砂、爐灰渣配比成的壁后充填柔性材料，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用其支護(hù)效果較好。

3.2 圓碹加砌木磚封閉式支護(hù)

這種支護(hù)結(jié)構(gòu)與砌碹封閉式支護(hù)的區(qū)別是在料石和混凝土砌塊之間均勻地加砌一定數(shù)量的木磚，使砌碹剛性支護(hù)形成一定的可縮量，增加了適應(yīng)圍巖變形的可縮性能，每塊木磚厚一般為20～50 mm，當(dāng)圍巖的壓力越大、變形量越大時(shí)，所需木磚的塊數(shù)就越多，木磚的厚度也就越大。

由于木磚受壓收縮，當(dāng)圍巖反力作用在圓碹上，碹體作用在木磚上，碹體壓力超過(guò)木磚的抗壓極限強(qiáng)度時(shí)，木磚收縮，圓碹和圍巖一起內(nèi)移。顯然，加木磚的圓碹支護(hù)改善了砌碹剛性支護(hù)的剛度，增加了軟巖的適應(yīng)范圍，但木磚防腐耐久性差，只適用于服務(wù)年限不長(zhǎng)，且不重要的軟巖巷道。

3.3 條帶碹支護(hù)

在松軟、膨脹軟巖中，采用圓碹加砌木磚仍不能滿足釋放較大能量的要求時(shí)，就可采用條帶碹，這也是解決軟巖支護(hù)問題的途徑之一。條帶碹就是用料石或混凝土砌筑成一定長(zhǎng)度的支護(hù)碹體，稱之為“條帶”，條帶與條帶之間留有一定寬度的空隙，稱為“卸壓通道”，通道讓頂、幫圍巖暴露，允許圍巖向巷道空間方向擠出，起到能量或應(yīng)力釋放的作用，為圍巖變形提供機(jī)會(huì)，以減輕對(duì)碹體的壓力。條帶碹除了適用于塑性流變大，有粘土膨脹性礦物成分的軟巖平巷或坡度較小的斜巷外，對(duì)受采動(dòng)影響的巷道也有較大的適應(yīng)性。而且條帶碹還具有成本低、施工速度快、便于維修等優(yōu)點(diǎn)。

3.4 離壁碹支護(hù)

離壁碹支護(hù)就是碹體和支架離開圍巖頂板及兩幫有一定距離的一種支護(hù)形式。離壁尺寸取決于圍巖釋放能量的大小，圍巖釋放能量大，變形量也大，離壁的尺寸也大。離壁碹之所以能支護(hù)軟巖巷道并穩(wěn)定下來(lái)，就是它留出釋放能量的變形空間，讓圍巖變形。離壁碹支護(hù)適應(yīng)于圍巖釋放能量較大的軟巖巷道。

3.5 錨噴與U型鋼可縮支架的聯(lián)合支護(hù)

在流變、膨脹性較大的軟巖中，僅采用錨噴網(wǎng)支護(hù)還不足以適應(yīng)圍巖的位移和壓力，需在錨噴網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，再架U型鋼可縮支架構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，可發(fā)揮兩者的特長(zhǎng)，支護(hù)效果更好。聯(lián)合支護(hù)在云南的許多煤礦成功地應(yīng)用，充分說(shuō)明此種支護(hù)方式能解決松軟膨脹地層的軟巖巷道支護(hù)問題。

3.6 緩沖錨噴砌碹支護(hù)

在流度、膨脹性很大的軟巖中，采用緩沖錨噴砌碹支護(hù)是十分有效的。在這種結(jié)構(gòu)中，先采用上述錨噴網(wǎng)支護(hù)，它具有良好的及時(shí)性、封閉性、柔性和較大的支護(hù)抗力。它既是一次并代替臨時(shí)支護(hù)，又是永久支護(hù)的重要組成部分。在對(duì)一次支護(hù)監(jiān)測(cè)補(bǔ)強(qiáng)的基礎(chǔ)上，待圍巖趨于平緩穩(wěn)定變形階段時(shí)，再及時(shí)進(jìn)行內(nèi)層砌碹支護(hù)。砌體要具有較好的防水封閉性，并與錨噴網(wǎng)支護(hù)共同作用成為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。

同時(shí)在外層錨噴網(wǎng)支護(hù)與內(nèi)層砌碹支護(hù)之間，必須留有一定的緩沖間隙，用以吸收圍巖在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)生的緩慢變形位移與壓力。當(dāng)緩沖間隙最終消失時(shí)，圍巖與支護(hù)達(dá)到穩(wěn)定，確保圍巖與支護(hù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定正常安全使用。

緩沖間隙一般應(yīng)充填壓縮系數(shù)大的疏松物質(zhì)，如爐灰、鋸末等。因外層有可靠的錨噴網(wǎng)支護(hù)，圍巖不會(huì)產(chǎn)生松脫失穩(wěn)，故緩沖間隙不充填，即空氣緩沖，則可收到更好的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）軟巖巷道支護(hù)問題是很復(fù)雜的，不能不分時(shí)間、不分地點(diǎn)、不分圍巖、不分深淺一樣看待，必須全面、系統(tǒng)地從多方面改善支護(hù)狀況。一是盡可能將服務(wù)年限長(zhǎng)的巷道布置在比較穩(wěn)定的圍巖中，應(yīng)盡量避免采動(dòng)壓力的影響;二是提高施工質(zhì)量，優(yōu)化施工工藝，盡量縮短掘與支之間的間隔時(shí)間，避免用水和濕氣通風(fēng)，采用減震光面爆破快速施工;三是要全面考慮圍巖構(gòu)造的膨脹特性、抗壓強(qiáng)度、泊桑系數(shù)、賦存深度、采動(dòng)壓力等因素，合理選擇最經(jīng)濟(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（2）對(duì)于強(qiáng)膨脹的軟巖巷道，特別是受構(gòu)造應(yīng)力與膨脹力綜合影響的巷道，選用一般聯(lián)合支護(hù)、U型鋼可縮性支架是不能使巷道保持穩(wěn)定的，因此，必須考慮二次支護(hù)。

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