關于煤礦軟巖巷道支護技術的探討

摘 要：文章主要簡單介紹煤礦軟巖的工程特性和基本概念，繼而通過分析軟巖支護理論及技術，對最佳支護時間進行分析，最后分析并提出解決軟巖巷道支護存在問題的方法。

關鍵詞：軟巖巷道；穩定性；支護技術

軟巖屬于復雜巖石力學介質的巖種類，它在某些特定的環境下會發生較為顯著的塑性變形，軟巖的孔隙度較大、膠結程度差受到外界環境因素影響大并有可塑性、膨脹性以及易變性，因此如何維護巷道安全一直是礦區十分重視的問題。隨著煤礦開采的強度以及埋深的不斷增加，礦區的地質問題也日益突出，也使得巷道支護的難度不斷提高，我國的許多礦區都屬于軟巖礦區，都出現了巷道支護工作進行困難的情況，本文通過對軟巖巷道中軟巖的工程特性、軟巖支護并通過支護法中的新奧法對軟巖的支護，以及軟巖支護所應注意的問題進行相關的分析及探討。

1 軟巖的基本概念和工程特性

軟巖是一種具有軟弱性、易破碎性、松散性、膨脹性、流變性的巖石，軟巖又可以分為地軟巖和工程軟巖兩種，軟巖巷道所用的軟巖工程巖石，因此工程軟巖是軟巖研究的主要對象。而軟巖所具有的兩個工程特性分別為：軟巖臨界載荷和軟化臨界深度，它解釋了軟巖的相對性質。

1.1 軟巖臨界載荷

當巖體所受到的荷載水平低于臨界荷載時，將其歸類于硬巖一類；當巖體所受到的荷載水平高于臨界荷載時，巖石將會把軟巖的可塑性加速變形特性表現出來，我們將此類的巖石稱為軟巖。

1.2 軟化臨界深度

軟化臨界深度在客觀上來說是一個與軟化臨界載荷相對應存在的客觀量。當所開挖巷道的位置大于某一開采深度的時候，會使圍巖出現明顯的變形以及難支護的不良現象；當所開挖巷道的位置小于某一深度時，以上現象將會消失。

2 軟巖支護理論及技術

2.1 新奧法

新奧法的主要概念是以巖石力學圍巖支護之間的共同作用為基礎來進行制定的，其能夠調動圍巖自身所具有的承載能力，最大程度上控制圍巖的變形度，防止圍巖松動，以此來使工程施工達到最大的安全度以及最好的經濟效果。新奧法的支護方式是二次支護，從以往的支護試驗結果表明，對膨脹性軟巖巷道以及高應力軟巖巷道使用一次支護方式對其進行支護是不可行的。同樣，雙料石碹、600mm厚的鋼筋混凝土支護等方式因為其不能夠很好的適應軟巖初期大變形的這一特點，也不能夠用在這些軟巖上。支護的作用只要是提供圍巖自身的承載能力，以保證巷道在條件的允許下能夠安全的控制好圍巖的釋壓變形。在圍巖變形穩定之后，必須對其進行二次支護，這能夠使得巷道在較長的時間里仍能夠保持著穩定與安全的狀態。新奧法對于提高軟巖支護效果有著極其重要的意義。

2.2 錨噴網支護

錨噴網支護技術是目前的支護方法中最為實用且有效的一種，也是我國的礦區中使用度最高的軟巖支護方式，錨噴支護技術具有以下的幾個優點：①能夠通過向圍巖及隔離水噴射混凝土，使其在某些情況下能夠及時地封閉，并能減弱圍巖的風化作用。②能夠通過主動支護的方式來對圍巖進行加固，提高各巖體自身的承載能力，并使各個巖體組成一個支承圈來共同支承圍巖，以此來保證巷道的穩定性。錨噴網能夠允許圍巖一定范圍內的變形，因此錨噴網支護十分符合軟巖支護的要求，特別是一次支護性能的要求。在目前的軟巖巷道的支護方法中，錨噴網法無疑是最為有效、經濟且實用的軟巖支護方式。

3 最佳支護時間分析

在巷道開挖以后，巷道的圍巖應力將會重新進行相應的分布，而切向應力會高度集中的分布在巷壁的附近，這會導致該片區域出現一種塑性狀態的巖層，從而會形成塑性區。因為巖層中塑性區的出現，這會導致應力過分地集中在巖壁，而使其向縱深方向發展，若應力的集中強度超過了圍巖所能夠承受的強度范圍時，就會出現一些新的塑性區。如果施工人員不注意采取適時有效的支護，會導致臨空塑性區出現松動破壞的現象，即形成松動破壞區。塑性區與松動破壞區不同，塑性區具有一定的承載能力，然而松動破壞區是完全失去承載能力的區域。塑性區可以分為穩定塑性區和非穩定塑性區兩種。我們一般將出現松動破壞之前的最大塑性區范圍稱為作穩定塑性區；將出現松動破壞區之后的塑性區稱為非穩定塑性區。當我們降低了圍巖中切向和徑向應力時，能夠有效地減小作用在支護體上的荷載。設計人員在設計方案上將應力集中區向圍巖深部轉移時，能夠有效地減小應力集中的所產生的破壞作用。

對于高應力軟巖巷道支護來講，應允許其出現穩定塑性區，嚴格限制非塑性區的擴展，也就是要求選擇最佳的支護時間，以便最大限度的發揮塑性區承載能力而不至于出現松動破壞。所以，最佳支護時間的力學含義是最大限度的發揮塑性區的承載能力而不出現松動破壞時所對應的時間。

4 軟巖巷道支護設計應注意的幾個問題以及相關對策

4.1 巷道的位置

在對巷道進行開挖之后，在所挖巷道空間上方的巖體重量都將由支架以及周圍的其它支承巖體來共同承擔，在巷道中所用的支架會與圍巖組成一個共同作用的力學承載體系。當圍巖的相對高度升高時，支架所承受的重量會下降；當圍巖的相對高度下降時，支架所承受的重量將會升高，這會導致圍巖的變形量大大增加。從支護承載的重量與圍巖相對高度變化來看，巷道上支架所承受的重量其實并不多，絕大部分的巖體重量都是由圍巖來承擔的。因此，將巷道布置在相對堅硬且完整的圍巖中是一個能夠提高巷道穩定性安全性的有效措施。

4.2 巷道斷面形狀和大小

巖石容易被拉應力拉裂，但是比較耐壓，在一般的情況下，支架的承載能力會隨著斷面的增加而降低。因此巷道在斷面形狀大小的選擇上盡量避免出現拉應力，并且盡可能地去將壓應力集中系數減到最小。

4.3 采用柔性支護和二次支護形式

軟巖巷道所具有的特點是變形速度快、變形量大且變形持續時間長，若采用剛性支護來對進行支承，在軟巖變形期剛性支架會承受巨大的壓力，這會使其受到嚴重的破壞。若采用可縮性的金屬支架、或可拉伸錨桿的錨噴支護、或與其它形式的聯合支護等柔性支護形式，這些支護方式都應當允許巷道能在一定的范圍內變形，柔性支護能夠在特定的情況下起到先柔后剛，剛柔相濟的作用，能夠很好的適應軟巖巷道的變形特點。

4.4 采用柔性噴層

在煤礦軟巖巷道使用錨噴支護，使得噴層在剛度上和極限變形上都能夠與周圍的軟巖有很好的匹配，往往普通的噴射砼極限變形量為2%左右，而在軟巖巷道可匹配的位移中往往與周邊位移不相匹配，這就存在了一定的問題，從而導致了噴層開裂，讓該作用與錨桿在共同作用力喪失了自身的能力，使得這問題周圍的巖層出現了一定的變形和破壞，加劇煤礦軟巖的危險性。在目前，在試用階段使用高科技技術鋼纖維，從而為噴層提高一定的效率，使得噴層的變形可以為圍巖實現無開裂和剝落的情況出現。

5 結束語

軟巖巷道支護是一個既復雜又細致的工作，設計師要針對圍巖的情況以及軟巖的特性，根據真實情況對其進行相對應的支護方案。由于軟巖問題研究具有復雜性以及地質的多樣性，根據現狀以及條件要求在軟巖巷道支護需要根據具體的圍巖條件對其進行支護。我國存在著大量的礦區，因此要改變傳統的硬巖支護理念，正確地將聯合支護理論運用到實際生產中去。

參考文獻

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