煤礦深部軟巖支護(hù)技術(shù)探討

李虎

摘 ? 要：煤炭作為我國重要的能源來源已經(jīng)開采了幾十年，圍巖穩(wěn)定的淺層煤礦資源已經(jīng)慢慢枯竭。隨著煤礦開采深度加大，巷道圍巖受力情況越來越復(fù)雜，煤礦開采、支護(hù)面臨著新的挑戰(zhàn)。本文主要介紹了軟巖定義，我國幾種重要的軟巖巷道支護(hù)理論、支護(hù)技術(shù)，提出我國巷道支護(hù)技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)、新課題。希望能夠讓讀者了解我國的巷道支護(hù)理論發(fā)展脈絡(luò)、巷道支護(hù)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展和煤礦開采、支護(hù)要面臨新問題、新挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：煤礦 ?軟巖 ?支護(hù)理論 ?支護(hù)技術(shù)

中圖分類號：TD353 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0025-02

為了滿足我國的能源需求煤礦開采深度逐年增加，同時(shí)煤礦圍壓也不斷加大，深部軟巖巷道的支護(hù)和維護(hù)逐漸成為了煤炭開采、巷道支護(hù)研究的重要課題，我國學(xué)者為軟巖巷道支護(hù)理論的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。本文闡述了軟巖的定義、常用的軟巖巷道支護(hù)理論和支護(hù)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上提出了我國軟巖巷道開采需要進(jìn)一步研究的問題2 軟巖的定義

軟巖大多數(shù)為粉砂巖、泥巖、頁巖、或富含膨脹性黏土的松軟巖石。通常情況下，我們把軟巖定義為單軸抗壓強(qiáng)度小于25MPA的巖石，這類巖石往往結(jié)構(gòu)松軟、風(fēng)化嚴(yán)重、孔隙率高、或富含大量的膨脹性黏土。

1 ?國內(nèi)軟巖巷道支護(hù)理論

我國對于軟巖巷道支護(hù)的研究從1950年左右開始，經(jīng)歷了大概70年的快速發(fā)展，我國形成了以下幾種具有代表性巷道支護(hù)理論;

（1）于學(xué)馥等人最早在1950年左右提出“軸變理論”：軸變理論認(rèn)為當(dāng)巷道圍巖的應(yīng)力超過巖體應(yīng)力極限時(shí)，巷道會發(fā)生塌落破壞，塌落使得巷道發(fā)生內(nèi)力重分布，從而達(dá)到更為穩(wěn)定的巷道軸比，應(yīng)力分布均勻的巷道最為穩(wěn)定。

（2）馮豫、鄭雨天、朱效嘉、等人提出了“聯(lián)合支護(hù)理論。該理論提出對于軟巖的巷道支護(hù)，要先進(jìn)行柔性支護(hù)然后進(jìn)行剛性支護(hù)，巷道開挖要適當(dāng)讓壓使巷道適度變形，然后進(jìn)行穩(wěn)定的二次支護(hù)。

（3）董方庭教授等人提出了“圍巖松動圈理論”。松動圈理論把巷道開挖形成的松軟、破碎的巖石帶稱為圍巖松動圈。開挖擾動、圍巖的地質(zhì)條件都會影響圍巖松動圈的大小，松動圈越大說明圍巖的應(yīng)力高、變形大、受破壞程度高，巷道支護(hù)困難度加大。

（4）何滿潮教授首次提出了“關(guān)鍵部位耦合支護(hù)理論”;認(rèn)為由于巷道巖體強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)等方面的不耦合，會導(dǎo)致巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，巷道支護(hù)就是要運(yùn)用合理的支護(hù)手段，使其耦合確保圍巖的穩(wěn)定性。

2 ?軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

2.1 砌碹支護(hù)

砌碹支護(hù)包括磚石襯砌和混凝土襯砌，是對巷道的一種永久性支護(hù)方式，這種巷道支護(hù)方式堅(jiān)固耐久但是施工周期比較長，建筑材料用量大，在巷道圍壓得作用下往往會出現(xiàn)開裂冒落，當(dāng)圍巖應(yīng)力增加時(shí)很難控制巷道變形。

2.2 U型鋼可縮性支架支護(hù)

U型鋼可縮性支架也是目前我國比較常用的一種軟巖巷道圍巖支護(hù)方式，U型鋼支架相對于傳統(tǒng)的砌碹支護(hù)技術(shù)來支護(hù)的施工工期較短、施工相對簡單，除此之外可伸縮鋼架具有更加卓越的彈塑性能，對巷道圍巖有更好的承載能力，但是U型鋼支架支護(hù)前期的資金投入相對較高，支護(hù)受巷道斷面的影響較大，在巖石破碎區(qū)域回收困難，巷道表面的平整度也會對U 型鋼支架的效果產(chǎn)生重要影響。

2.3 錨噴支護(hù)

錨噴技術(shù)是將錨桿支護(hù)和噴漿技術(shù)結(jié)合起來的聯(lián)合支護(hù)技，錨桿技術(shù)從20世紀(jì)90年底在我國迅速發(fā)展，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展錨桿由低強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成高強(qiáng)度，低預(yù)應(yīng)力到高預(yù)應(yīng)力甚至超高預(yù)應(yīng)力。通過將錨桿錨入圍巖內(nèi)錨桿與圍巖表面的摩擦力，摩擦力的增加使得巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。噴漿技術(shù)利用壓縮空氣將混凝土拌合料噴射于巖壁表面，加固圍巖，防止巖塊的松動剝落，錨桿支護(hù)技術(shù)和噴漿技術(shù)相互結(jié)合起來，有效的發(fā)揮軟巖巷道圍巖的承載能力，提高圍巖的整體穩(wěn)定性和可靠性。

2.4 錨注支護(hù)

錨注支護(hù)是將錨桿支護(hù)和注漿加固結(jié)合起來，先通過錨桿使得圍巖應(yīng)力分布均勻，再通過向錨桿孔注漿的方式將錨桿和圍巖連成整體，進(jìn)一步提高了破碎巖體與錨桿間的摩擦力、錨固力，使得巷道圍巖的整體穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。這種巷道支護(hù)手段常用于軟弱、破碎圍巖的支護(hù)，是現(xiàn)在比較常用的巷道軟巖支護(hù)方式之一。

2.5 聯(lián)合支護(hù)

聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是為了滿足煤礦生產(chǎn)要求發(fā)展起來的。經(jīng)過無數(shù)的工程案例，我國的學(xué)者們發(fā)現(xiàn)單一的巷道軟巖支護(hù)方式很難滿足巷道穩(wěn)定、耐久的生產(chǎn)要求，許多軟巖巷道返修率很高、且返修危險(xiǎn)性較高，高反修率對生產(chǎn)效率產(chǎn)生了很大的影響伴隨著的是經(jīng)濟(jì)效益的損失。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在我國的發(fā)展比較迅速，，現(xiàn)在常用的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)有很多，比如錨噴技術(shù)與U型可伸縮鋼架結(jié)合、錨注技術(shù)與U型可伸縮鋼架結(jié)合、錨網(wǎng)索噴與U型可伸縮鋼架結(jié)合、錨網(wǎng)與鋼桁架結(jié)合、錨噴網(wǎng)等，軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)不僅僅是單純的運(yùn)用兩種或以上的支護(hù)技術(shù)而是針對巷道的地質(zhì)條件、圍巖的受力狀態(tài)，選擇相應(yīng)的支護(hù)方式，充分發(fā)揮不同支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在提高軟巖巷道的穩(wěn)定性、可靠性的同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 ?展望

我國軟巖支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了70年左右的發(fā)展取得了許多輝煌的成就，無數(shù)學(xué)者們的辛勤付出為推動我國軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。但是由于我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，煤礦開采深度的提高，軟巖巷道支護(hù)仍有許多新的問題需要研究。

（1）我國軟巖巷道的地質(zhì)情況復(fù)雜多變，在種類繁多的巷道支護(hù)技術(shù)如何選擇最為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、耐久、安全的巷道支護(hù)技術(shù)，又如何對支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，做到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

（2）我國巷道掘進(jìn)和支護(hù)速度總體較慢，如何在提高軟巖巷道掘進(jìn)速度的同時(shí)保證巷道支護(hù)的穩(wěn)定性、安全性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性，這也是我們需要進(jìn)進(jìn)一步研究的課題。

（3）我國的巷道檢測技術(shù)相對落后，如何提高檢測技術(shù)監(jiān)測圍巖的變形，為巷道支護(hù)技術(shù)提供更好的選擇方案服務(wù)。我國的巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)大多以經(jīng)驗(yàn)為主，缺少定量化設(shè)計(jì)，不同巷道支護(hù)技術(shù)的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步深入研究。

4 ?結(jié)語

我國軟巖巷道支護(hù)理論和支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的快速發(fā)展已經(jīng)初步完善，但是隨著我國巷道地質(zhì)條件的不斷復(fù)雜化和生產(chǎn)效率的高要求，軟巖巷道支護(hù)面臨著很多新的挑戰(zhàn)。巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)也出現(xiàn)了各種新的技術(shù)問題，我們需要進(jìn)一步研究聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的作用機(jī)理，對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，使得各種支護(hù)方法的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來，為煤礦安全開采提供更好的技術(shù)和理論。

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