煤礦軟巖巷道支護探究

魏標

摘 要：隨著對礦產資源的不斷挖掘，煤礦巷道挖掘成為工作中的關鍵，巷道中受高應力作用出現軟巖巷道容易出現圍巖松軟、支護困難等情況，巷道軟巖穩定性差、容易發生變形，對巷道圍巖的變形難以控制，本文主要根據軟巖巷道穩定性差和易變形的特點，深入研究巷道圍巖的力學支護原理、支護材料的選擇和正確運用支護技術，對施工中常見的問題進行分析探究，并根據不同巷道選擇合適的支護方式提出不同方案，有效解決高應力軟巖巷道所產生的問題。

關鍵詞：高應力；軟巖；支護方式；錨桿支護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.097

0 引言

在我國煤礦底層中軟巖分布廣泛，煤炭儲量在1000M以下的占比55%左右，隨著我國開采深度的增加，我國大部分礦井巷道基本巖層結構多為軟巖，深部巷道受高應力和高溫度等影響，容易出現開采困難和巷道明顯變形的問題，為解決軟巖巷道下出現的巷道圍巖變形大、穩定性差的問題，軟巖支護成為困擾我國煤礦生產的問題之一，軟巖巷道支護措施不當易造成巨大的返修量，還使得整個礦區陷入困境，因此，做好巷道軟巖支護工作是煤礦礦井采掘工作的關鍵。

1 巷道變形的原因和支護原理

（1）軟巖巷道變形的原因。煤礦開采中面臨的一大難題是在高應力作用下的軟巖巷道有效支護方式，巷道頂板的不穩定情況會影響到巷道頂板的穩定性，巷道兩邊的移動或頂板下沉容易導致巷道斷面收縮，使得兩幫的變形更加嚴重，從地板巖層方面的受力情況看，巷道地板處于未支護狀態，隨著巷道的不斷挖掘，原本作用于地板巖層上的應力會恢復彈性，但水平應力卻增加，會出現變形的情況；若挖掘的方向處于傾斜狀態，巷道頂板的巖層會受到較大水平應力影響，出現頂板破壞的現象。根據地質力學的評估，地應力和高應力是導致圍巖和支護發生變形的主要原因，隨著采礦深度的不斷增加，地應力影響嚴重的會導致變形甚至是坍塌情況發生。

（2）支護原理。巷道采掘中，巖體的原始巖應力會重新分布并會出現被破壞的情況，不僅促使圍巖自身的裂痕擴展和向巷道空區變形，隨之而來的受力情況也會發生變化；對于硬巖巷道由于其高強度可以控制松動區的出現，而軟巖巷道的支護，要求向回應力形成一定的塑形區且達到最大承載力為最佳。軟巖支護主要產生的力學效應之一是圍巖使作用于支護體上的承載力減小，另一個是應力由集中向圍巖深部偏移。因此，軟巖巷道支護的關鍵點在充分利用和改善圍巖的自承受能力。

2 我國軟巖巷道支護方式的選擇

（1）全鋼性支護。全鋼性支護包含封閉鋼支架支護、現澆封閉鋼筋混凝土支護，圍巖壓力隨著鋼度的增大而增加，但支護載荷未降低，未改善支護變形的狀況，無法解決巷道圍巖與支護之間的問題。鋼性支護加柔體墊層的方式是通過井圍巖提供一定的支護，有一定伸縮性，但本身鋼度大，變形程度小，不適合軟巖巷道的大變形情況。

（2）U型鋼可縮性支架支護。根據軟巖巷道高應力、大變形的特點，要求金屬支架有一定的伸縮性，可抵抗巷道高應力和巷道的變形，U型鋼可縮性支架支護主要是根據軟巖膨脹特點設計的，我國現階段采用的金屬支架為U型鋼支架，主要應用于圍巖破碎和地應力較大的巷道，在一定條件下支架可縮后支架荷載減少，受壓力會得到調整和改善，但U型鋼支架在使用過程中由于在支護初期無法支護，多用于變形嚴重后的支護，由于支架和圍巖周邊的不規則點線的接觸，使得U型鋼的支撐能力得不到充分發揮，圍巖變形時支架受到集中和偏移荷載作用而變形的情況惡化，使支架出現彎曲變形，采用高質量的鋼材會加大支護成本，因此此支護方式應用較少。

（3）錨網支護。錨網支護是隨著我國近年來對錨桿支護的研究和支護技術的發展，錨桿支護已成為較為普遍的支護方式，在控制支護成本、改善圍巖應力狀態和提高圍巖自身強度等方面有優勢。錨桿支護又成為主動支護，U型鋼可縮性支護方式為被動支護方式，主動被動的支護方式并不是在支護類型，而是在于支護體能否主動收緊圍巖、支撐圍巖；安裝錨桿支護后可以給錨桿足夠的預應力，可以為圍巖提供一定的預緊力，降低圍巖拉應力，發揮圍巖自承載能力。

（4）聯合支護。軟巖是一種支護困難的的巖體類型，巷道的聯合支護技術需要滿足從外提供可以改變圍巖受壓能力，控制變形使得圍巖穩定的技術，從內部要增強巖體強度，提高承載力。聯合支護方式主要是采用多種不同性能的單一支護組合，隨著軟巖技術的不斷改進，需要結合U型鋼、工字型等的支護方式，保留錨桿支護、錨網支護等多種支護方式的優點，實現優劣互補，U型鋼的支架簡單可縮性強，通過與圍巖的相互作用，可適應軟巖巷道高應力變形，實現聯合支護共同承載壓力。

3 軟巖巷道支護的發展

軟巖巷道支護形式的新發展主要分為超高強度錨桿支護和錨注支護。

超高強度錨桿支護采用螺紋鋼錨桿，該技術有很高的強度，是普通錨桿強度的3-4倍以上，為巷道圍巖提供強大的支護阻力，更加有力的約束圍巖的變形和層理裂隙，使用螺紋鋼能有效控制圍巖變形大的情況，提高系統的安全可靠性。

錨注支護主要針對軟巖巷道圍巖有松動范圍大，巖體松軟的巖體進行支護，單獨錨桿難以支護破碎巖石，巷道為發揮錨桿支護的優勢，可以利用錨桿作注漿管，實現錨注一體化，解決松軟破碎巖石的巷道支護。采用錨注支護，不僅可以通過注漿改變圍巖的松散結構，提高巖石的自身強度和穩定性，還可以利用漿液封堵圍巖的縫隙，從而達到隔絕空氣的目的，以注漿形成的加固圈，為錨桿實現全場錨固，實現提高錨固力和可靠性。

4 結束語

通過對軟巖巷道的力學特性和支護方式選擇方面的深入研究，在復雜地質的礦井巷道采用合適的支護方式，成為礦井技術作業的關鍵，對變形嚴重的巷道圍巖，首先處理變形，再采取注漿方式，增強牢固性，有效解決高應力軟巖巷道的支護問題后可以保障煤礦開采的安全可靠性，提高煤礦企業的經濟效益。

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