軟巖巷道圍巖穩定控制技術研究

摘要：針對軟巖巷道圍巖穩定控制問題，本次研究以公司下屬觀文煤礦為例，首先對軟巖巷道的基本特點以及圍巖物理成分測試結果進行分析，在此基礎上，對軟巖巷道圍巖穩定控制技術進行全面研究，為保障煤礦的安全生產作業奠定基礎。研究表明：受到長期礦壓的影響，軟巖巷道會出現一定的變形，其拱頂位置處的下沉和兩幫凸出現象較為嚴重，通過進行全面的力學測試發現，巷道圍巖的巖樣強度相對較低，為了保障其穩定性，需要引入剛柔耦合動態加固技術，應用該種技術可以對圍巖的力學性能進行完善，保障圍巖的完整性，同時，還可以有效提高圍巖的承載力，進而使其穩定性得到全面提升。

關鍵詞：軟巖巷道;圍巖控制;物理成分測試;穩定控制;剛柔耦合動態加固技術

前言

目前，我國正在開發的煤礦數量相對較多，通過統計分析發現，我國煤礦巷道類型中30%左右屬于軟巖巷道，該種類型巷道的返修率相對較高，說明在使用一段時間以后，該種類型巷道的穩定性會出現變化，為了保障其安全性，需要采取合理的措施提高其穩定性[1]。目前，國內外眾多學者提出了軟巖巷道圍巖的穩定性措施，但是，由于該種類型巷道所處的環境相對較為復雜，因此大量技術的應用效果并不佳。針對此問題，本次研究將以觀文煤礦為例，在對其進行特點分析以及物理成分分析的基礎上，提出一種穩定控制措施，為保障煤礦的安全生產作業奠定基礎。

1 軟巖巷道特點及圍巖物理成分測試

（1）特點分析

對于觀文煤礦而言，其巷道長期受到礦壓的影響，經過現場的測試以及觀察后發現，其主要具有三大特點：①受到礦壓的影響，圍巖已經出現了變形問題，部分位置處的圍巖破壞嚴重，呈現出了拱頂下沉和兩幫凸出的基本特點;②在煤礦巷道內，圍巖的變形速度相對較快，且這種變形的持續時間相對較長，在進行巷道掘進的過程中，變形速度相對較慢位置處的變形量為5-10mm/d，變形速度相對較快位置處的變形量為50-100mm/d，這種變形問題可以持續3個月左右，總的變形量維持在300-1000mm之間;③在巷道變形較為嚴重的前提下，支持結構會產生嚴重的破壞問題，錨桿錨索可能被拉斷，雖然在進行修復作業以后，圍巖的變形問題可以得到有效的放緩，但是維持的時間相對較短。

（2）物理成分測試

針對礦井圍巖的穩定性問題，現場采集了三塊樣品，使用X射線衍射儀對其進行了成分測試，通過進行全面的測試發現，對于1號樣品和3號樣品而言，其成分基本接近，主要以高嶺石和伊利石為主，同時，還含有少量的白云石，對于2號樣品而言，其成分主要以高嶺石為主，同時含有少量的方解石。為了對巖石的力學性質進行了解，進行了全面的室內試驗，通過實驗發現，對于圍巖中的泥巖而言，其抗壓強度維持在12.6MPa左右，其最大的數值達到了21.1MPa，最小數值為7.60MPa，對于圍巖中的砂巖而言，其抗壓強度維持在16.06MPa左右，其最大的數值大于20MPa，最小數值小于10MPa，由此可見，該礦圍巖的強度相對較低，在所有的軟巖巷道中，其巖石的強度處于相對較低的水平。通過對巖石進行觀察可以發現，在泥巖與砂巖之間存在泥質膠結，在泥巖受到破壞的前提下，裂縫的發展速度相對較快，且在受到破壞以后，將會呈現出片狀形式，屬于較為典型的團狀無層理的基本結構，對于砂巖而言，受到破壞的過程中，裂縫的發育相對較好，巖石將會破碎成小塊，且呈現出不規則的結構。通過以上綜合分析可以發現，對于該礦而言，軟巖巷道的成巖時間相對較近，膠結性相對較差，受到環境的影響以后，巖石的反應相對較為劇烈。

2 軟巖巷道圍巖穩定控制技術研究

通過對該礦的礦壓以及巖石的基本性質的全面分析可以發現，該巷道內圍巖失穩的基本原理為：在進行巷道開挖特別是采用炮掘施工的過程中，由于其應力的分布并不均勻且受到炮震影響，因此，巖石將會出現松動圈，這就導致圍巖的初次失穩，在失穩問題出現以后，圍巖內巖石的強度以及粘結力都會出現一定的改變，其強度嚴重衰弱。如果巷道內的支撐結構不合理，受到巖石強度變化的影響，各種類型力學參數都會發生改變，力學參數的改變又會反作用于巖石的強度，進而使得巷道內松動范圍擴大，這樣會產生一種惡性的循環，因此，圍巖失穩問題的持續時間相對較長[2]。在圍巖失穩問題持續一定的時間以后，巷道的變形量將會增加，受到軟巖自身性質的影響，巷道內將會出現完全失穩現象[3]。該種失穩問題出現的機理，應引入剛柔耦合動態加固的技術，該種技術的基本原理為：在巷道形成的初期階段，使用金屬網以及錨索等部件，在巷道內形成支護結構，進而使得圍巖的力學性能可以得到一定程度的完善，最大程度的保障圍巖的完整性，同時，還可以使得圍巖自身的承載力得到一定程度的發揮;在中期階段，預留一定量的變形量，允許圍巖出現少量的變形，使得圍巖的高應力位置處可以逐漸向深部位置處轉移，這種措施可以稱為讓壓，避免大量的壓力集中在局部位置處，防止圍巖出現嚴重的變形;在后期階段，由于圍巖的變形具有一定的時效性特征，如果只是采用讓壓措施，在后期階段也會導致圍巖破碎，此時圍巖自身的承載力將會完全喪失，因此，在后期階段，需要引入高強度的鋼筋混凝土材料，在圍巖內形成殼體結構，最終提供一種高阻力設施，以此阻止圍巖繼續變形，使用該種類型的技術，可以使得圍巖長期處于穩定狀態。在引入剛柔耦合動態加固技術的過程中，首先需要對巷道內的斷面進行擴刷處理，處理以后張掛金屬網以及錨桿、錨索，并噴射混凝土砂漿封面，此時就可以完成初期階段的工作，在中期，在對反底拱進行開挖處理以后，對底板安設錨桿和格柵拱網，安裝完成以后敷設混凝土，在后期階段，首先對拱頂和兩側的格柵拱架進行安裝，然后使用混凝土進行澆筑，最終使得圍巖可以長期處于穩定的狀態。通過在觀文煤礦進行現場局部試驗發現，該種類型技術可以有效防止圍巖出現嚴重變形問題。

3 結論

對于軟巖巷道而言，受到自身性質的影響，在經過長期礦壓作用以后，其圍巖將會出現嚴重的變形問題，且這種問題的持續時間相對較長，破壞較為嚴重，會對煤礦的安全生產作業產生重要影響，通過分析發現，剛柔耦合動態加固技術可以從巷道開發的前中后期三個階段出發，分別采取不同類型的措施，進而保障圍巖的穩定性。

參考文獻

[1]宗義江，韓立軍，張后全，等.深井上下覆開采軟巖巷道圍巖穩定機理與控制技術研究[J].煤礦安全，40（03）：12-15.

[2]孫文亮，呂衛東.高地應力軟巖巷道圍巖穩定性控制研究[J].煤炭科技，2009（02）：3-5.

[3]楊軍，于世波，陶志剛，等.第三系軟巖巷道變形破壞特性及耦合控制對策研究[J].采礦與安全工程學報，2014（03）：373-378+384.

作者簡介：易成彬（1966-），男，四川新都人，采礦工程師，主要從事采礦技術管理工作。