软岩巷道支护技术分析

代发坤

【摘 要】在煤矿生产建设的过程中，软岩巷道的支护与加固一直是一项建筑难题，尤其是在高应力软岩巷道的支护中，控制起来比较困难。对软岩巷道支护技术的相关问题研究，不仅够提高软岩巷道控制水平，对整个软岩工程建设也有重要的现实意义。

【关键词】软岩巷道；支护；技术

我国煤炭产量与消耗量都居世界第一，煤炭工业对我国的经济发展与人们的生产生活息息相关。大量的煤炭需求，使得我国煤炭的开采进度逐年加快，而伴随着煤炭资源的减少，其开采难度也进一步加大，煤炭开釆面临着更为复杂的地质条件与开采难度。其中，很多巷道都需要布置在软岩中或巷道的围岩较为破碎的地质区域中。这样的结构通常比较松散且容易破碎，抗高压的能力较低，在防护与维修方面，不但频率较高，控制技术也有困难。据统计，我国煤炭巷道年掘进量已经超过6000千米，其中软弱及破碎围岩中的巷道掘进量大约占10%，其中每年需要返修、维护的软岩巷道大约在100千米左右。软岩巷道的维护，不但影响了煤炭生产效率，给煤炭企业经济效益带来较大影响，最重要的是给巷道的安全带来了巨大的隐患，危及井下工作人员的生命安全。

一、软岩巷道概述

1.软岩的概念与分类

软岩是一种复杂的岩石力学介质，在特定环境下的具有明显塑性变形。我国地质研究中，将软岩划分为地质软岩和工程软岩两大类。地质软岩即强度低于25MPa的结构松散、节理发育、孔隙度大、胶结度差、容易风化膨胀性的一类岩体。工程软岩是在工程力作用下，岩体发生显著塑性变形的岩体总称，是在地质软岩的基础上，强调工程力的作用效果。

2.巷道围岩变形破坏机理分析

对于煤炭开采工程中，巷道围岩的变性因素要成为人们主要的考虑内容，围岩的变形和破坏主要受到地质因素和技术因素的影响。在地质因素方面，不同的围岩岩性和结构状态使得巷道围岩受到应力有区别，形成应力差，加上岩体本身的强度、结构、胶结程度等等方面的影响，都会对巷道围岩变形破坏。应力作用是造成巷道围岩变形破坏的外因因素。包括表层垂直应力、构造应力等等。岩层积水也造成巷道围岩粘土软化，强度降低，产生形变的原因。流变力学特性，这是岩石结构中重要的力学特性，对岩体工程的长期稳定紧密相关，随着岩体工程的时间与岩体内部结构的变化而加剧。

对于工程技术层面，一是施工方法对岩层的影响，不同的巷道开挖顺序、施工工艺对巷道围岩的稳定带来了不同的影响。二是巷道断面的形状，工程对于不同的岩体应力大小和方向所选择会决定巷道断面的应力与稳定性。三是支护方式及参数，以及对其合理的判断与选择。四是对于采空区处理方式的选择，对于崩落、封闭、加固、充填等内容的处理。

产生巷道围岩稳定性下降的因素是多方面共同作用的结果。例如，构造应力会影响围岩稳定，当遇到水时会共同作用会加剧结构的松动，另外水的物理化学作用下改变软岩特性会与软岩的流变性共同作用影响围岩稳定。

二、軟岩巷道支护技术研究

1.巷道支护设计

巷道围岩工程的稳定性取决于采场地压显现特征以及围岩的物理力学原理。人们要通过调整采矿方法、开采工艺及巷道支护等手段对巷道的稳定进行控制。巷道支护的设计与实施能否能有效的对巷道进行有效的控制，有以下几个方面。一是支护设计必须具有很强的针对性，既要考虑到围岩类型，又要考虑工程所处的应力环境。二是支护设计与施工，必须具有正确的理论与指导思想作为实施原则。正确的支护指导思想是建立在正确的围岩破坏机理认识的基础之上。三是要明确支护对象，例如松动圈软破岩体还是塑性区岩体，对于不同的岩体，承载层的稳定维护方式不同。四是建立相应的计算方法和稳定性判断方法。对于支护设计要通过科学的计算与调研作为科学设计施工的依据。对于围岩破坏机理和错杆力学作用通过统计与现场监测信息技术相结合的方法，为支护设计提供支撑。

2.巷道支护技术研究

软岩巷道地应力大、岩石强度低、围岩结构松散、矿井水侵蚀、采动压力以及地质构造应力的影响明显是很多矿井的巷道围岩变形量大的主要因素。对于巷道的加固与支护技术要根据具体情况具体分析，一般有以下几种支护技术。

2.1封闭式支架

封闭式支架具有整体承载、可縮的优点，形成“先柔后刚”的支护结构，有一定卸压作用，同时封闭式支架的底梁可给底板岩层施加反力，改变底板附近岩层的应力状态。从而阻止底板岩层向巷道内位移。在软岩巷道解决底臌问题中被广泛应用，取得了明显的效果。金属支架按工作原理分刚性与可缩性支架，煤矿岩巷一般采用U型钢可缩性支架。U型钢可缩性支架属于被动支护，其最大优点是当围岩作用于支架上的压力达到一定值时，支架便产生屈服缩动，缩动的结果使围岩作用于支架上的压力下降，从而避免了围岩的压力大于支架的承载力而导致支架的破坏。

2.2注浆加固

注浆加固是具有很强实用性、应用范围很广泛的底板加固技术。它通常通过釆用一定的压力手段，在岩层的孔隙注入某些能与围岩固结的楽液，从而增强岩体强度，使巷道围岩体形成稳定性高的新结构体，从而达到改善围岩物理力学性质的目的。注楽楽液可充填围岩裂隙，将破碎岩体固结，改善围岩结构，增加围岩自身承载能力。目前注装材料主要有两大类型：水泥基材料和高分子材料，可根据巷道地质与生产条件选取。

2.3卸压支护

卸压支护是在巷道掘进及服务期间，釆用人工的方法对围岩的碎胀变形进行有控制的释放，使巷道周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移，使巷道处于应力降低区中，以此达到有效维护巷道的目的。目前国内外常用的卸压方法主要是，在巷道围岩中开槽、切缝、钻孔或松动放炮；在受保护巷道附近开掘专用的卸压巷道。

2.4锚注支护

锚注支护是兼有锚杆支护与注装加固共同优点的一种支护方式。在巷道开挖以后，对巷道围岩进行喷楽封闭，防止围岩进一步风化；然后在围岩中打入注衆铺杆进行注菜加固。注衆销杆既有铺杆支护的特点，又能通过此描杆对围岩进行注衆。通过注装、浆液充填、压密裂隙空间，使围岩由注装前的无约束松散状态变为由锚杆、装体和围岩共同作用的具有承受抗压、抗剪切、抗拉等适应复杂应力、应变状态的支护体。如焦作矿区古汉山矿主要运输大巷布置在软岩层位上，巷道变形破坏十分严重。

2.5钻孔卸压

通过在被保护的巷道围岩内钻孔，使掘进引起的支撑压力峰值向围岩深部转移，从而使巷道处于应力降低区。同时，钻孔还为巷道围岩变形提供了一定补偿空间，吸收一部分变形，从而减小巷道变形量。卸压效果取决于钻孔深度、钻孔直径、钻孔的间距和排距。

2.6钻孔松动爆破卸压

在底板内进行松动爆破后，出现众多的人为裂隙，使得底板附近的围岩与深部岩体脱离，原来处于高应力状态下的底板岩层内出现卸压区，使应力转移到围岩深部。按照爆破位置的不同可分为底板爆破、侧帮爆破及全断面爆破等形式。卸压爆破不仅能够释放煤岩体中所积聚的弹性变形能，而且卸压爆破产生的松动圈本身存在受压致密过程。在一定时间内，可以使周围煤岩体受压变形量直接被爆破产生的松动圈吸收，从而减小表面巷道变形。

综上所述，对于软岩巷道的支护要以实际情况与科学测算为基础。巷道支护的选择必须以煤层和顶底板的力学参数为依据，详细研究软岩巷道的围岩稳定性，分析原岩应力特点，以便采取科学的，合理的支护理论与支护技术，达到有效的巷道支护控制。

参考文献：

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[3]刘长武等.软岩巷道锚注加固原理[M].北京：中国矿业大学出版社，2000.