深部軟巖巷道支護技術研究

劉志勇

摘 要：生產實踐證明，對于大采深軟巖巷道，某種單一的支護方式是難以起到有效支護作用的。對此應采取“錨、網、索、噴”聯合支護的方式，以維持大埋深巷道掘進軟圍巖的穩定。

關鍵詞：深部軟巖巷道;聯合支護;技術研究

煤炭是現代工業生產所依賴的基礎性能源，隨著近年來我國工業化進程的加快，對煤炭資源的開采力度也在不斷加大，淺層煤炭資源儲量已經很少，許多礦井不得不增加開采的深度，采掘大埋深的煤炭資源。大采深礦井最大的特點就是礦壓大，地質條件復雜，支護難度大，特別是對于深部軟巖巷道的支護，一直是近年來煤礦技術工作者研究的重點。軟圍巖強度和穩定性較差，在開采擾動和較大的礦壓作用下易發生變形和破碎，巷道維護工作量很大，對深井煤礦開采帶來了很大影響。生產實踐證明，對于大采深軟巖巷道，某種單一的支護方式是難以起到有效支護作用的。對此應采取“錨、網、索、噴”聯合支護的方式，以維持大埋深巷道掘進軟圍巖的穩定。

1 軟巖巷道的特征與分類

軟巖是地質巖體的中的一部分，是特定環境下的具有顯著塑性變形的復雜巖石力學介質，通常抗壓強度σc<20MPa的巖層可定義為軟巖。按照軟巖的自然特性和工程力學作用下的變形機理，軟巖可分為以下幾類：即節理化軟巖、高應力軟巖、膨脹性軟巖和復合型軟巖。相比于硬巖，軟巖具有更強的可塑性、膨脹性、崩解性、流變性和易擾動性特征，軟巖不僅質地松軟、強度低，而且易于受到風、水、開采擾動等因素的影響而發生軟化、膨脹、裂隙和變形，物理特性不穩定。軟巖的以上特性給軟巖巷道的掘進和支護帶來了很大的困難，特別是在大采深、高地應力的作用下，巷道圍巖易產生失穩變形，掘進期間易出現冒頂和片幫。

2 軟巖巷道的支護對策

①優化巷道位置，通過地質勘探掌握區域地質構造和巖體力學性質，盡量避開構造帶、軟巖區間和高應力區;

②合理選擇支護斷面，目前普遍常用馬蹄形斷面，適用于圍巖松軟、有膨脹性和具有一定側壓和底壓的巷道;

③提高圍巖強度，錨桿和注漿是軟巖加固的常用方式，可降低軟巖的流塑性，提高圍巖自承力;

④提高圍巖表面強度，一般采用噴砼和掛設金屬網的辦法，阻隔風水對圍巖的侵蝕，從而提高圍巖表面的強度和完整性，促進巷道長期穩定;

⑤采用剛柔相濟的整體支護，對于軟巖巷道不能一味地增加支護強度，應使支護結構與圍巖變形相協調，以提高圍巖自承力為原則。

3 深部軟巖巷道聯合支護方式的設計與施工

3.1 聯合支護的設計

聯合支護應采取錨桿、錨索、金屬掛網、噴砼以及型鋼相結合的方式，充分發揮各種支護措施的優勢，形成兼具強度和整體穩定性的支護體系。

①錨桿設計：錨桿做為主要的支護受力件，應具有較高的強度，一般多采用鋼筋樹脂錨桿，根據圍巖破碎區和塑性區范圍合理設計錨桿長度，確保錨固深度;保持初錨力不小于40kN，錨固力不小于65kN，按照1000mm間距，交錯排列。為防治軟巖巷道片幫和底鼓，應用錨桿對兩幫底角進同樣行加固，保持錨桿與巷道底面水平線呈45°夾角，按照700mm間距布設;

②錨索設計：錨索為多根鋼絲擰成的鋼絞線，具有一定的強度和張緊性，采用樹脂錨固劑錨固于巷道頂板和兩幫。每兩根錨索按1.5m間距，沿巷道中心線兩側呈平行狀對稱布設，并垂直于巷道豎直輪廓線，每條錨索設計錨固力200kN，預緊力130kN，確保錨固力大于錨索的破壞負荷;

③噴砼：噴砼的主要目的是為了封閉圍巖，防止圍巖潮解軟化和風化。噴砼漿料按照水泥、河沙、石子按2：2：1比例拌料，對巷道裸露圍巖進行多次封閉噴補;

④金屬網：金屬網為直徑50×150mm的金屬網兜，使用錨桿托盤壓緊固定與巷道內表面，可防止小塊松散圍巖的冒落，提高支護系統的整體性;

⑤U型鋼支護;巷道斷面采用礦用U36型鋼，按照巷道斷面尺寸和支護強度，設計U型鋼尺寸和排距;

⑥注漿保護;圍巖注漿可有效提高軟圍巖的強度和穩定性，改善其泥化的特點。根據生產實踐，注漿保護應在掘進后一兩個月內完成，注漿加固的時間和深度應根據圍巖及裂隙發育情況來決定;其他注漿參數如注漿孔布置、注漿壓力等可根據施工實際進行調整。

3.2 聯合支護的施工

聯合支護的布設需要多次施工，巷道掘進開挖成型后進行一次支護施工，首先審幫問頂檢查圍巖，為減少圍巖風化應立即用水泥砂漿噴覆封閉，圍巖穩定后開始安設錨桿，掛設錨網和錨索，并對噴砼脫落處進行復噴，即完成一次支護。一次支護完成后應密切觀察一次支護的破損情況和圍巖變形情況，對于出現掉皮漏巖、錨桿折斷、鋼筋爆扣彎曲等問題的，要及時進行局部修補，補設錨桿和補噴砼，根據觀測數據確定二次支護時間。二次支護首先清理一次支護掉落的噴層，并清污復噴，待噴砼凝固后實施底拱梁與U型鋼支護施工，期間可同時進行圍巖注漿加固作業，架棚后再行噴砼覆蓋，即完成全部支護施工，最終形成一個完整的鋼金屬支架支護體系。

4 結語

大淑村礦部分巷道圍巖屬軟巖層，通過采用錨桿+錨索+U鋼，同時采用噴砼和注漿保護的辦法使軟巖巷道得到有效支護和加固。通過監測，巷道變形量在允許范圍以內。

參考文獻：

[1]王春榮，董攀.深部軟巖巷道支護技術研究[J].內蒙古煤炭經濟，2018，255（10）.