煤礦軟巖巷道的支護方式研究

陳 軍

（淮北礦業(yè)集團 蘆嶺煤礦 技術(shù)科，安徽 淮北 235000）

煤礦軟巖巷道的支護方式研究

陳 軍

（淮北礦業(yè)集團 蘆嶺煤礦 技術(shù)科，安徽 淮北 235000）

煤炭開采深度的增加，使得井下巷道圍巖開始出現(xiàn)膨脹，強流變，低強度的特點，給煤礦安全生產(chǎn)帶來了隱患。本文首先探討了煤礦軟巖巷道支護的現(xiàn)狀，分析了軟巖以及軟巖巷道的特點，然后提出了軟巖巷道支護的幾種方式，最后通過對比分析得出聯(lián)合支護的優(yōu)勢。

軟巖巷道；聯(lián)合支護；安全

0 引言

隨著礦井開采深度的不斷增加，使得大部分井下巷道的圍巖呈現(xiàn)出膨脹性，強流變性，低強度性的特點，這些處于越來越高地應(yīng)力環(huán)境中的巷道無形中加大了巷道支護難題，從而增加了開采作業(yè)的難度，軟巖是大斷面巷道支護不能回避的重點。能否有效地解決大斷面巷道在軟巖條件下的支護是現(xiàn)在煤炭安全生產(chǎn)面臨的主要問題。因而，研究應(yīng)對高地應(yīng)力軟巖巷道的支護技術(shù)已迫在眉睫。

1 煤礦軟巖巷道支護的現(xiàn)狀

煤礦軟巖巷道支護是煤礦巷道回采并向深部延伸時經(jīng)常面臨的問題。軟巖的種類和性質(zhì)根據(jù)軟硬程度的不同使得巷道所處的構(gòu)造應(yīng)力和地應(yīng)力出現(xiàn)各式各樣的差別。主要是由于組成煤層圍巖的重要部分是軟巖，而目前的軟巖巷道支護方式比較被動，不利于煤礦的大力開展和深度回采。

1）軟巖的特征。一是軟

巖巷道具有流變性能，而且變形持續(xù)的時間長，變形量大。二是一般的軟巖多為巖質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖以及砂質(zhì)泥巖組成。軟巖的孔隙率相對較高，穩(wěn)定性差，強度小，而且結(jié)構(gòu)疏松，松散破碎，容重低。三是軟巖巷道的底鼓明顯，變形范圍廣，變形速度快。四是軟巖巷道的圍巖壓力較大，而且來壓快，因此自穩(wěn)性差，自穩(wěn)時間短。五是軟巖的膨脹性特別強，而且易吸水崩解。

2）軟巖巷道的基本特點。①圍巖的底鼓較為明顯。由于強度低，結(jié)構(gòu)疏松，松軟巖層支撐不了其上覆巖層的重量，在地壓的作用下，圍巖以垂直變形為主，而垂直變形又以底鼓為主。因此，在松軟巖層巷道中是四周來壓，底鼓較為明顯，但是在相對堅硬的巖層中，圍巖對于支架產(chǎn)生的壓力主要來自于頂板，而中硬巖層對支架的壓力來自于兩幫和頂板。②巷道圍巖自穩(wěn)時間的長短主要取決于地壓的大小以及圍巖的強度，同時也與巷道所處的位置，掘進(jìn)方法、斷面的形狀有關(guān)。圍巖從暴露起一直到開始失穩(wěn)而冒落的時間，就是所謂的圍巖自穩(wěn)時間。自穩(wěn)時間很短，而且來壓很快，軟巖巷道的自穩(wěn)時間只有幾十分鐘到幾個小時。由于巷道的來壓快，因此要保證巷道圍巖不冒落，只能立即支護或者超前支護。③軟巖巷道的顯著特點就是圍巖變形量大，變形速度快，持續(xù)時間長。有的變形持續(xù)時間甚至長達(dá)半年以上還不能確定。

3）軟巖巷道的變形特點。①軟巖巷道的變形具有一定的方向性，因為它是在不同的應(yīng)力作用下產(chǎn)生的。一般情況下，它是隨礦井開采深度的加大而增加的，并且在不同的地質(zhì)條件下，不同的礦區(qū)中都存在著相應(yīng)的軟化臨界深度，一旦超過臨界深度，支護的難度就會隨之增大。②軟巖巷道的變形具有明顯的實效性。初期巷道的自穩(wěn)性差，而且呈來壓快，變形量大的特點，如果不及時加以控制，巷道的巖塊很快就會冒落，最終破壞巷道。如果不適應(yīng)軟巖巷道大變形的特點，一味地用鋼性支架強行支護，巷道就會垮落，支架也會被壓壞，巷道無法進(jìn)行維護。③軟巖巷道的受壓多為環(huán)向性、非對稱性。隨著巷道的開挖，底板的底鼓也會隨之產(chǎn)生，生產(chǎn)者必須對巷道底鼓加以控制，否則長時間的底鼓就會導(dǎo)致兩幫的破壞，最終使得頂板冒落。

4）軟巖巷道的支護問題。一是支護的參數(shù)，巷道的穩(wěn)定性對于支護參數(shù)的選擇要求很高，通常情況下，基本上依據(jù)工程類比法對支護參數(shù)進(jìn)行選取。對于普通的地質(zhì)條件，可采用工程類比法，但是對于條件相對復(fù)雜的地質(zhì)條件，該方法就不能再滿足要求。二是巷道圍巖的變形破壞機理，巷道支護是一個與圍巖變成相協(xié)調(diào)的過程，我們只有充分認(rèn)識并能夠合理利用圍巖的變形機理，才能適時，適地地選擇合適的軟巖巷道支護形式以及最優(yōu)的支護參數(shù)和時機。提高煤礦支護人員的理論素質(zhì)也應(yīng)該提到日程。三是支護對策，根據(jù)不同的巷道破壞性質(zhì)和特征，應(yīng)選用與之適應(yīng)的巷道支護對策，特別是對于軟巖巷道和硬巖巷道要嚴(yán)格區(qū)分。

2 軟巖巷道的支護方式

1）錨網(wǎng)支護。近年來，由于錨桿支護在提高圍巖自身強度，控制支護成本，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)等方面的優(yōu)勢，加之錨桿支護技術(shù)的不斷發(fā)展以及工程學(xué)對于錨桿支護理論研究的不斷深入，錨桿支護的應(yīng)用相當(dāng)普遍。但是錨桿支護也有其不利之處，錨桿支護依存的基礎(chǔ)是圍巖的賦存條件，因此，對于圍巖破碎性很強的巷道，錨桿支護的錨固力就極易喪失，從而導(dǎo)致巷道嚴(yán)重變形。目前，錨桿支護主要是錨索支護、錨桿、高強度護表構(gòu)件，這樣的支護方式屬于主動支護，并且主要針對那些圍巖的可錨性較好的巷道條件。這樣不僅能夠提高巖體的殘余強度，還能有效地改善煤礦巷道圍巖的應(yīng)力應(yīng)變性和應(yīng)力狀態(tài)，從而充分發(fā)揮圍巖的自承載能力。

2）金屬支架支護。目前，我國煤礦軟巖巷道通常采用金屬支架為U型的鋼支架，它具有可縮性能較好，承載能力較大，結(jié)構(gòu)較簡單等優(yōu)點。之所以這樣選擇是因為軟巖巷道具有大變形，高應(yīng)力的特點，這就要求金屬支架既能夠適應(yīng)巷道大變形的特點，又能夠抵抗巷道高應(yīng)力的狀態(tài)，即金屬支架必須具備的高阻可縮性能。由于U型鋼支架支護屬于典型的被動支護，只能等到圍巖變形之后被動承載，不能在支護初期提供支護阻力，這就容易在實際的承載過程中出現(xiàn)承載不均或偏載的情況，最終破壞圍巖與支護之間的相互作用關(guān)系，從而無法有效地支護圍巖變形的軟巖巷道。

3）聯(lián)合支護。所謂聯(lián)合支護就是同時采用多種具有不同性能的單一支護方式的組合支護。聯(lián)合支護的支護方式多采用取長補短，優(yōu)勢互補的方式，保留各種支護方式的有點，摒棄其缺點，從而達(dá)到支護效果最優(yōu)化。近年來，隨著軟巖巷道支護技術(shù)的大力發(fā)展，軟巖巷道蓮湖支護方式也隨之不斷改進(jìn)，主要有型鋼支架-錨網(wǎng)支護，型鋼支架-索支護方式等。

棚索聯(lián)合支護是軟巖巷道聯(lián)合支護方式的一種，它以U型鋼支架+錨索聯(lián)合支護的支護技術(shù)，小孔徑高強預(yù)應(yīng)力的錨索聯(lián)合支護能夠充分激發(fā)杭大支護系統(tǒng)的整體效果和承載能力，并且還能最大限度地調(diào)用深部巖體的承載能力； 而高阻可縮U型鋼支架則可以有效地適應(yīng)軟巖巷道大變形，高應(yīng)力的特點。兩者結(jié)合，不僅能夠有效控制頂板，還能夠充分滿足巷道的支護要求，并且安全性高，可操作性強。實驗證明，該項支護采用之后，可以大大提高煤炭資源的回收率，為礦井的發(fā)展帶來更大的利潤空間。

3 結(jié)語

軟巖支護是國內(nèi)外面臨的重要研究課題,盡管前人在此領(lǐng)域已進(jìn)行了大量的探討,取得了很多有價值的研究成果,但由于軟巖受埋藏深度、賦存性狀、水文地質(zhì)、物相成份及礦山壓力等因素的影響,致使軟巖表現(xiàn)出不同的流變特性,這給軟巖控制帶來了非常大的困難.特別是煤礦向深部轉(zhuǎn)移之后，在高應(yīng)力的作用下，現(xiàn)有的單一的煤礦軟巖巷道支護方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀，甚至影響了煤礦的經(jīng)濟效益和安全狀況。本文結(jié)合了幾種單一的軟巖巷道支護方式，并分析其優(yōu)缺點，提出了一種更為有效的軟巖巷道聯(lián)合支護方式。

[1]周華強.巷道支護限制與穩(wěn)定作用理論及其應(yīng)用[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2]張占濤.大斷面煤層巷道圍巖變形特征與支護參數(shù)的研究[D].北京：煤炭科學(xué)總院，2009.

[3]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南[M].北京：科學(xué)出版社，2004.