論煤礦深井軟巖巷道支護

魏才奇

摘要：軟巖巷道支護隨著煤礦開采深度增加變得愈加困難，迫切需要尋找和研究新的支護技術以解決工程實際問題。針對此類礦山需求，本文以軟巖巷道支護為研究對象，在闡述了軟巖的基本概念和軟巖巷道支護現狀的基礎上，提出了可縮性金屬支架結合錨注支護的復合型支護方式，對于巷道圍巖控制具有重要意義。

關鍵詞：深井；軟巖巷道；可縮性金屬支架；復合型支護

一、軟巖的基本概念

軟巖是軟弱、破碎、松散、膨脹、流變、強風化蝕變及高應力的巖體之總稱，分為地質軟巖和工程軟巖兩類。前者是指強度低、孔隙度大、膠結程度差、受構造面切割及風化影響顯著或含有大量的膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱層；后者是指在工程力作用下能產生顯著塑性變形的工程巖體，工程力是指作用在工程巖體上的力的總和，它可以是重力、構造殘余應力、水平作用力和工程擾動力以及膨脹應力等，顯著性塑性變形是指以塑性變形為主體的變形量超過了工程設計的允許變形值，并影響了工程的正常使用。工程軟巖的基本概念揭示了軟巖的相對性實質，即是否為軟巖取決于工程力與巖體強度的相互關系。不同巖體可能表現為硬巖特性，也可能表現為軟巖的特性，而對于同一種巖石，在較低工程力的作用下可表現為硬巖的變形特性，在較高的工程力作用下可能表現為軟巖的大變形特性。

二、.深井軟巖巷道支護存在的問題

牽涉到工程安全問題時，人們對此關注度較高。我國歷來重視軟巖巷道支護安全，尤其是在當前大多數煤炭進入深井開采模式的背景之下，迫切需要尋找和研究新的支護技術以解決工程實際問題。但在關于軟巖巷道支護理論認識和方法研究方面還是存在一定誤差，依筆者來看主要包括以下幾個方面：

1圍巖變形破壞機理。以往人們普遍認為巷道支護僅是巷道開挖后采取支架支護的過程。巷道支護是對圍巖的支護過程這個說法沒什么問題，但必須建立在充分認識圍巖變形破壞機理的基礎上，只有深入透徹地研究變形機理，才能選擇適當的支護時機和支護形式，使支護與圍巖變形相協調。

2支護對策。采用硬巖巷道的支護方式來解決軟巖支護問題這種做法是不正確的，因為軟巖巷道與硬巖巷道的變形破壞特征完全不同，需要研究適合于軟巖的支護對策。

3支護參數。巷道穩定性是巷道支護主要考慮的問題，選擇合適的支護參數對于巷道穩定性十分重要。以往人們通常采用工程類比法，工程地質條件較簡單時類比法基本滿足要求，但在地質條件復雜的情況下很難通過此法來決定軟巖巷道支護參數。

對于軟巖巷道，單純的采用常規的錨噴支護、U型鋼支架等難以控制圍巖軟化等引起的過量變形與破壞，其問題所在主要有以下幾個方面：①圍巖自承圈厚度小，常規支護多采用端錨錨桿，其所形成的圍巖自承圈厚度較小，一般情況，錨固后圍巖的自承圈厚度約為0.6m，遠小于錨桿桿體長度，造成錨桿的浪費，同時難以抵抗較大的圍巖壓力；②初期支護剛度過大，巷道開挖后由于圍巖應力重新分布和發生變形而對支護體產生較大的壓力，它與支護體的剛度有較大的關系，支護體的剛度越大，其抵抗圍巖壓力越大，如果支護剛度偏大，則不能適應巷道開挖初期變形速度快，變形量大的特點，進而導致巷道圍巖支護變形不協調而發生破壞。

三、礦井軟巖巷道圍巖支護的技術方案

1錨桿支護加固

軟巖巷道開挖過程中由于圍巖的穩定性較差，巷道容易遭到破壞。采用錨桿支護的技術方案可以使巷道上覆巖層形成一個整體，提高了巷道圍巖的穩定性。具體過程為：在巷道內每隔一段距離打鉆并釘入錨桿，巖層相與鉚合，形成多個結構穩定的錐形整體，能夠承受上覆巖層的部分自重應力。由于巖層中間和破碎巖石之間裂隙的存在，導致錨固過程中巖體變形并呈現礦壓顯現，釋放的壓力強度與原巖應力強度十分接近，經工業試驗結果表明，經錨桿支護加固后巷道圍巖加固強度相當于原巖應力強度的94%以上。

2可縮性金屬U型鋼棚加固

由于受到巖體自重應力和結構應力的影響，軟巖巷道開挖后圍巖容易發生變形，主要表現為巷道底鼓、頂板下沉、兩幫位移等。針對這種情況，采用可縮性金屬U型鋼棚加固是一種控制圍巖變形的有效方式。它的特點之一是具有一定的可縮性，在控制圍巖變形同時，也起到保護支架的作用。這種具有較高支撐力和整體性的支護體系十分適應于軟巖巷道的支護，此外，它所具有的增阻速度及支護阻力也能滿足沿空留巷的要求。

3注漿加固

（1）注漿原理。軟巖巷道中圍巖的強度和變形主要由弱面控制，因弱面的強度及彈性模量均較低，所以巷道圍巖變形量大，維護困難。注漿可以將松散的巖石膠結成整體，提高巖體的內聚力及內摩擦角，以加強巖體的力學性能。注漿能封閉巖石自身，不但可以防止軟巖風化和吸水軟化，也將巖體強度大大增強，達到提高圍巖的承載能力的目的。

（2）注漿量及注漿時間確定。由于圍巖巖體的裂隙發育不同和圍巖巖體受擾動范圍的不均勻性，圍巖巖體吸漿量也有較大的差異，通常情況下以不發生大量跑漿為注漿時間。為了能夠有效防止漿液在注漿壓力的作用下可能沿圍巖體弱面擴散，造成漏漿、竄液等現象的發生。注漿過程中在控制注漿量和注漿壓力的情況下，也要適當控制注漿的時間，在一般情況下注漿的時間不能過長。軟巖巷道的圍巖巖體裂隙不發育或發育程度低將導致注漿速度慢和注漿漿液擴散更困難等問題，為了達到近似理想的注漿效果，必須改進注漿壓力、注漿時間延長。

（3）注漿工藝。注漿工藝在一定程度上影響巷道圍巖注漿加固的質量。工序過程如下：

①打孔：根據巷道圍巖體的周邊因素與具體工程情況，按照注漿設計的打孔參數，采用錨桿鉆機打注漿孔。

②封孔：封孔質量是保證注漿壓力的關鍵，注漿時一般采用膠管封孔器封孔。

③注漿：在保證封孔安全可靠的情況下進行注漿，注漿順序為底板→兩幫→頂板。

④管路清洗：應吸入清水對注漿泵和注漿管路進行清洗，防止因漿液凝結導致堵塞注漿泵和注漿管。

結束語：

能有效地利用圍巖的自身支撐能力，達到維護圍巖穩定性的目的；而錨注支護使巷道支護實現了支護特性的轉變，大大提高了支護結構的承載能力，提高支護結構的穩定性。通過注漿不僅可以提高圍巖自身承載能力的強度，而且為錨桿支護提供穩固的基礎，可以有效地控制復雜的軟巖巷道變形大的問題，是解決深部礦井軟巖巷道礦壓顯現問題的有效方法。

參考文獻：

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