浅谈煤矿软岩巷道支护技术

来源:用户上传      作者: 王利元

　　摘 要：随着煤矿开采技术的成熟，开采深度的不断深化、开采规模的扩大，巷道损坏程度逐渐的扩大。软岩巷道支护一直是巷道工程的一个疑难点。软岩巷道的支护与使用维护优劣程度，直接影响到煤矿安全高效生产。文章通过对软岩巷道的概念、支护原理、支护原则、支护类型、支护对策等方面进行论述。
　　关键词：软岩巷道；支护；原理；原则
　　1 软岩的基本概念
　　软岩是在特定的环境下，塑性变形明显的岩体。这种岩体多是泥岩、粉岩等。软岩的特点可以用软、弱、松、散概括。在煤矿巷道支护施工中，巷道围岩就是需要施工的岩体；工程力是指岩体上的重力、应力、水作用力、膨胀应力等。软岩通常分：低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩四类。
　　1.1 低强度高膨胀性软岩，围岩质地破碎、强度偏低、遇水变形，对施工中的震动耐受力差。巷道围岩变形迅速，给支护带来很大困难。由于软岩中的泥质成分和结构面确定了软岩的特征，导致软岩产生塑性变形。软岩通常具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性、扰动性等特性。
　　1.2 我国煤矿开采深度逐年增加，使得一些矿井重力引起的垂直应力骤增，构造应力场错综复杂；在高应力条件下，扰动影响剧烈，围岩破坏程度加剧，涌现新裂纹致使煤岩体积扩大，扩容膨胀。
　　1.3 极破碎软岩巷道围岩内节理不同、裂隙等结构面，围岩支体破碎、稳定性差。巷道掘进工作中可能发生冒顶和片帮，给支护作业带来诸多不便。
　　1.4 复合型软岩指上述3种软岩类型各种组合。
　　2 软岩巷道支护原理与支护原则
　　2.1 支护原理
　　软岩巷道支护的重点在于发掘自承能力。支护原理：依据岩层特性，地压来源，运用科学设计方法，使支护体系和施工过程能够适应围岩变形的种种情况，从而达到控制围岩变形、维护巷道稳定的宗旨。
　　（1）改变思想，支护结构和强度和围岩自承能力相适应，与围岩变形及强度相结合，实践证明，单纯提高支护刚度的做法是难以达到预期效果；（2）适当卸压、加固与支护相结合的方法相辅相成，运筹帷幄，高应力区，需要卸力合理，对变形大的区域，要让度适量，支离破碎区域，进行整体加固；（3）对于围岩变形量测定，及时掌握围岩变形的活动状态，根据测定结果予以反馈，以确定二次支护结构的相关技术参数；（4）坚持综合治理、持续监控的支护思想。
　　2.2 支护原则
　　（1）维护和维持围岩的残余强度。（2）提升围岩残余强度。（3）运用新技术、新工艺充分发挥围岩的承载能力。
　　3 支护类型
　　3.1 整体刚性支护
　　通常分为：全封闭钢支架支护、整体预制模板支护、现浇封闭钢筋混凝土支护等。实际上，支护刚度的增加，围岩压力相应增大。支护承载力加大，但是支护载荷却没有下降，支护的变形和破坏状况没有得到改变。因此，整体刚性支护无法很好解决巷道围岩和支护间的冲突，在刚度和强度上无法与变形量大、地压偏大的软岩巷道围岩相对应。
　　3.2 刚性支护加柔体垫层支护
　　通常分为：圆料砌破加可缩层、条带破等形式。此方式可以为井巷围岩增加强度，具有一定伸缩性。但是砌体本身刚度大，允许变形量微弱，对变形较大的软岩巷道围岩不适用。同时，这种方式施工进度缓慢，工作人员劳动强度大。
　　3.3 U型钢可缩性支架支护
　　此方法适用于支护膨胀性岩层、断层破碎带。U型钢可缩性支架有一定的伸缩性，支撑能力较好。一定条件下支架压缩后，支架上的荷载降低。但是，实际使用过程中，U型钢可缩性支架的支撑能力往往得不到全部发挥。主要因素：巷道掘进和支护工艺都无法避免地在支架背后形成不同尺度的空穴，使得围岩与支架周围不能完全贴合接触。围岩发生变形时，支架不均匀载荷而产生失稳变形，支架受力情况恶变，支架出现弯曲、扭曲等不良变形，最终导致失效。安全生产需要加大支护阻力，导致钢支架的质量增加，钢材消耗使用量增加，支护成本随着升高。
　　3.4 锚喷支护
　　当前公认的最有效的支护方式是锚杆及其联合支护。通常将锚杆支护称为主动支护，实际并不是所有的锚杆支护都起到主动支护。主动支护与被动支护的区别与支护类型关系甚微，主要在于支护体是否能够主动对围岩施加预紧力。锚杆安装时，需要对锚杆施充分的预紧力，这样有利于消除锚杆构件的原始滑移量，同时可为围岩提供一定预紧力，以缓解围岩受拉截面的拉应力。
　　4 支护对策
　　4.1 合理优化巷道方位。在设计阶段充分掌握煤系地层的岩石性能，合理选择巷道方位，尽量避开软弱岩层；在地质勘探阶段，把握岩石物理力学性质、化学性质等，优化选层、选位，尽量做到绕开高应力区。
　　4.2 选择适当的支护断面。对于顶压大、侧压小、无底鼓的巷道，优先采用直墙半圆拱断面；对于围岩松软、有膨胀性、顶压侧压很大，有一定底压的巷道，采用马蹄形断面；对于膨胀性软岩，四周压力均很大，采用圆形断面；四周压力很大且分布不均时，采用椭圆形断面。并依据顶压、侧压的大小，选用合理布置方向。
　　4.3 加强围岩强度。提高围岩强度是解决软岩支护的根本措施。锚杆和注浆是两种有效的方式方法，均能促使形成围岩加固的承载圈，发挥围岩的自承能力，有效防止围岩的塑性流动。
　　4.4 提升护表力，增加围岩表面强度。围岩表面的完好度对支护效果影响较大，完整度越高支护效果越好。采取适当措施保护和加强围岩表面强度（如速喷水泥浆、铺设菱形金属网、锚杆施加预应力），改良围岩受力状态，提高围岩强度，保护巷道的长久稳定性。
　　4.5 运用刚柔并济的整体支护结构。支护结构和围岩变形相适应，可以有效提高围岩自承能力。如果是高地应力，要卸压充分。针对大变形，需适度让压。对于软弱区域，需采取围岩加固措施。
　　4.6 加强锚杆支护的预紧力，努力实现主动支护。较高的预应力要求锚杆自身具备较高的强度。由于单根锚杆预应力的作用范围小，可通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到锚杆周围较大范围的围岩中，形成优良支护结构。
　　5 结束语
　　软岩巷道支护充分根据围岩性质，选择合理的支护对策，并根据巷道围岩破坏情况，有针对性的选择适当的支护形式。
　　参考文献
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　　[2]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007.
　　[3]付荣，范明建.煤炭软岩巷道支护现状及发展趋势[M].北京：煤炭工业出版社，2007，16（6）：10-13.
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