煤礦軟巖巷道聯合支護技術探討

李國華

摘要：隨著對煤礦開采深度的加深和開采規模的擴大，軟巖巷道出現了不同程度的變形，這給煤礦安全作業帶來了極大的威脅，本文首先介紹了煤礦軟巖的概念和特性，隨后指出煤礦軟巖巷道聯合支護存在的問題，根據多年的工作經驗結合軟巖巷道支護原理，分析煤礦軟巖巷道的支護方法。

關鍵詞：煤礦；軟巖巷道；支護問題；聯合支護

1、引言

隨著煤礦開采深度的加深和開采規模的不斷擴大，軟巖巷道支護和維護問題顯得越來越突出，軟巖問題越來越嚴重，直接影響到煤礦的高效、安全生產。隨著科學技術水平的迅速發展，軟巖巷道支護技術正經受著經濟、社會和環境的嚴峻挑戰，軟巖聯合支護技術對保證煤礦安全生產、提高煤礦企業的經濟效益具有重要作用，

2、煤礦軟巖概述

多年以來，在國際上對軟巖的概念沒有統一標準，不同國家對軟巖的定義也不一樣，上個世紀90年代，國際巖石力學學會才對軟巖進行了權威定義，將軟巖分為兩大類，一個是地質軟巖，另一個是工程軟巖。地質軟巖大部分是受到自然因素的影響形成的，主要包括風蝕和水蝕等。工程軟巖大部分是由于外部工程力作用導致巖體出現明顯的塑性變形，主要包括工程擾動和殘余應力等。在分析影響工程軟巖力學因素的基礎上采取合理的支護措施，才能解決軟巖巷道問題。軟巖具有臨界荷載和臨界深度兩個特性，臨界荷載是軟巖本身具有的一種物理屬性，通過軟巖工程力學實驗發現，當軟巖外部壓力低于臨界荷載時，在巖體內部不會發生明顯的改變，整個巖體變現為比較穩定的狀態，相對應的力學曲線也保持平直，但是在人為條件下，在增加巖體外部工程壓力的作用下，使壓力逐漸趨近于臨界荷載，通過觀察巖體力學曲線，該曲線呈現出加速上升的趨勢，這表明巖體內部的預應力增加，若繼續增加工程壓力到超過軟巖臨界荷載時，巖體就會發生明顯的變形，力學曲線呈現為垂直下降的狀態，力學曲線終點橫坐標要遠低于零點坐標，將曲線定點稱為軟巖的臨界荷載。臨界深度和臨界荷載是一組相對應的概念，分析兩種軟巖的特性，臨界深度可以更加直觀的反應出軟巖塑性變形情況，在巷道比較淺的位置，軟化臨界深度比較小，軟巖不會出現明顯的變形，在這種條件下進行的支護施工工作比較容易，如果巷道的位置達到軟化臨界深度情況下，圍巖將會產生較大的塑性變形，在此條件下進行的支護施工工作比較困難。相關技術人員在巖體軟化臨界深度之前就要進行支護施工，這樣不僅可以降低施工難度，還可以保證施工的質量。

3、煤礦軟巖巷道支護面臨的問題

煤礦軟巖巷道變形破壞是一個連續的過程，在發現軟巖巷道變形的早期，巷道圍巖本身的穩定性比較好，所以巷道出現變形的情況不明顯，如果在此條件下進行支護措施，可以最大限度的降低損失，但是煤礦軟巖巷道變形的過程比較緩慢，加上工程的隱蔽性比較強，所以工程技術人員很難發現問題，最后導致軟巖巷道發生巖石冒落現象，嚴重情況下還會發生巷道完全破壞，影響煤礦企業的正產生產和工作人員的人身安全。另外如果采取的軟巖巷道支護形式不合理也很難起到良好的支護效果。不同的地質條件和不同開采程度的礦山，其軟巖巷道軟化的臨界深度也會不同，如果技術人員在沒有確定軟巖巷道軟化臨界深度的情況下就進行了巷道支護措施，將會導致巷道巷道多環受壓情況的發生，不僅會影響到支護工作的順利進行，還會造成周邊巖石出現吸水膨脹的現象，這樣就增加了軟巖巷道支護的難度。

結合礦區作業環境的特殊性和復雜性，在進行軟巖巷道支護工作時，將會遇到很多技術上的問題，存在的問題主要有（1）圍巖的自承圈的厚度偏小，不能承接比較大的圍巖壓力，如果圍巖壓力超過限定的臨界值時，將會出現圍巖坍塌的現象，主要是因為在進行常規的巷道支護過程中，錨固圍巖自承圈的厚度一般控制在40cm-60cm，錨桿的長度是自承圈厚度的2-3倍，錨桿的固定和支撐不能起到良好的作用，很難發揮出巷道聯合支護的效果。在這種條件下，加上煤礦地質構造的影響，圍巖表面將要承受較大的應力，在支護薄弱的地方首先會出現巖石松動和變形的情況，隨著時間的延長，破碎的范圍將會不斷擴大，最終將形成較大面積的巖層破碎區，破壞到圍巖的自承圈。（2）支護形式不符合巷道破壞問題，出現這種情況的原因大部分是由于對前期調查不到位，準備工作沒做好，還有對支護形式的具體應用不了解，盲目選擇支護方式。（3）支護參數選擇不合理。很多煤礦在進行作業期間，依據“工程類比法”來選擇支護參數，這種方法主要適用于一些規模比較小、地質構造簡單以及開采時間短的煤礦，如果采取的支護形式不符合煤礦的實際條件，支護參數很難達到軟巖巷道支護施工的要求，所以也就很難保證支護的質量。

4、軟巖巷道的支護原理及支護方法

4.1軟巖巷道支護原理

在進行巷道開挖后，巖體的原巖應力的狀態將會受到破壞，圍巖中進行應力的將重新分布，在增大切向應力的同時，徑向應力會不斷減小，在巷壁處將達到極限。在實際施工中，對軟巖巷道進行支護，必要要求圍巖中的部分巖石進入塑性狀態，從而形成塑性變形區，并且將達到最大塑性承載力，此變化將會產生兩個力學效應：（1）圍巖中的切向應力和徑向應力降低，減小了作用在支護上的荷載。（2）應力集中區將向圍巖深部偏移。因為深部的巖石處于三向受力的狀態，所以將會極大的降低破壞的可能性。在巷道開挖后，結合圍巖應力分布曲線，可以發現在軟巖穩定塑性變形區內，將以變形的形式將圍巖中所積累的彈性塑性能量進行釋放，這樣可以有效的減小作用在支護體上的載荷，更加有利于軟巖巷道的支護。

4.2軟巖巷道支護措施

首先要確定支護的時間，一般條件下，巷道內部的切向應力會在進行開挖后逐漸向巷壁方向加重，所以在達到一定數值后會逐漸形成塑性區，在此區域條件下可以減輕應力對巷壁作用的危害，但是在軟巖巷道應力較大的區域，塑性區會隨著開挖時間的加長而不斷減小。在此條件下就要合理選擇支護時間，從而可以將塑性區的承載能力發揮到最大，避免巷道在開挖過程中出現松動或坍塌的現象。其次要結合實際情況合理選擇二次支護的時間和支護的強度，確保首次支護的有效性，在保證巷道穩定的前提下，要控制圍巖變形的程度，這樣可以充分發揮支護的作用。最后要減少對圍巖的破壞，增加圍巖的強度，提高圍巖的自承能力。首先要推廣光面爆破方式，減少圍巖出現震動，控制圍巖環向裂隙，盡量保持圍巖的整體強度。其次要保證巷道周邊的光滑平整度，避免產生應力集中區，最后要采用膨脹性的材料，作業時要充滿錨桿孔，從而形成全長錨固。

5、結語

煤礦軟巖巷道聯合支護技術是我國煤巷支護技術改革發展的方向，聯合支護技術具有改善支護效果、加快成巷的速度、降低支護成本、減輕勞動強度以及提高斷面利用率等方面的優勢，使用煤礦軟巖巷道聯合支護技術是提高煤礦企業安全高效生產的重要保障，具有較強的社會效益和經濟效益。

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