浅析深部软岩支护技术的研究与应用

曹贞

摘 要：本文主要通过对软岩的概念、巷道中存在的破坏、相关的支护技术的研究，以及实例应用，来展示深部软岩支护技术的技术性和可操作性，丰富软岩巷道支护技术施工内涵。

关键词：软岩；支护；研究

1 软岩及巷道破坏概述

1.1 软岩的基本概念

软岩是是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质，根据其综合性定义可分为地质软岩和工程软岩两大类。地质软岩主要是指泥岩、页岩、粉砂岩等强度低、胶结程度差、受切割风化影响显著的脆弱岩层。工程軟岩主要是指受工程力作用产生显著塑性变形的岩体。

1.2 软岩工程特性

在进行软岩巷道支护作业时，必须了解软岩的两个工程特性，对这两种特性的熟悉有助于确保软岩巷道支护的稳定性[ 1 ]。其一是临界载荷特性，即岩层所受载荷水平超过临界载荷时，加速表现出软岩的可塑性变形。其二是临界深度特性，这一特性与临界载荷特性有所类似，主要是从深度的层次进行区别。当巷道深度小于某特定深度时，岩层没有明显变形；当巷道深度超过这一特定深度后，塑性形变明显，并伴随支护困难。

2 掌握巷道破坏的成因及特点

矿井开采深度的持续加深，最为突出的问题就是软岩巷道的变形破坏。围岩构造也就逐渐复杂，一旦围岩处于软岩层就极易产生巷道不稳定性，在一定程度上会对巷道支护系统造成破坏，从而导致巷道无法正常使用[ 2 ]。

2.1 掌握巷道建设初期的形变速度和时间

在建设初期主要掌握三个时间段，一是挖掘初期，在这个阶段，巷道形变大速度快；二是挖掘一周后，巷道形变放缓但明显；三是挖掘一月后渐趋稳定。

2.2 掌握不同变形量

巷道挖掘后会出现两壁内移、地板凸起、顶板下移等一系列位移现象。这期间，要注意观察这些现象所产生的的不同变形量。通常情况下，底板和顶板的变形量都会大于两壁变形量。

2.3 掌握锚杆受力时效

在巷道建设初期，巷道形变大速度快，相应的锚杆安装应力和承受能力较低，从而导致锚杆逐渐变形，严重情况下，将导致锚杆断裂。

3 关于软岩支护技术的研究

我国从20世纪五六十年代就逐步在软岩支护领域取得了突出的成绩，至今，可伸缩锚杆、锚索、锚注等新成果使用于巷道支护作业中。从支护与围岩相互作用的关系和实质出发，可将深部软岩巷道的支护技术分为三大类。

3.1 金属支架、砌碹支护技术

这种技术属于被动支护，主要是以提供外力的形式对巷道围岩表面直接施加作用。金属刚性支架主要是利用被动的径向约束力平衡围岩变形压力，减少围岩变形量。这种技术的优点是实现让支平衡，提高对软岩的适应性[ 3 ]。缺点是采深范围的加大，通过大架形使围岩大变形的方式大大增加了支护成本，而支护效果却未得到明显提升，这就说明了简单的金属可伸缩支架的刚度已难以适应更高的变形需求了。而砌暄技术主要是利用水泥砂浆料石等材料组成封闭形承载体，被动承受软岩巷道围岩变形所产生的压力。这种技术的优点是在一定围岩荷载情况下，具有较高的强度和承载力。缺点是难以满足高应力及复杂地质条件的巷道支护需求。

3.2 锚杆+锚索联合支护技术

这种技术具有提供巷道表面施加力和建立同围岩内部的相互作用关系的双重效果。常见的联合支护技术是锚喷支护，主要是利用端锚、加长锚固和全长锚固的方式，结合围岩表面喷射混凝土，对巷道周边特定范围的岩体进行直接作用，从而起到约束杆体周围岩体变形的作用[ 4 ]。这种技术的优点是及时、密贴、经济，缺点是可靠性、安全性、实用性较差。而新兴的高强树脂锚固螺纹钢锚杆又弥补了这些缺点，并在实际应用中表现出色。

3.3 锚注加固技术

这种技术主要是通过提高裂隙剧集力和内摩擦角，增大岩层内部间的相对位移阻力，实现对巷道围岩结构的直接作用[ 5 ]。优点是根本改善围岩性质，改善围岩应力分布状态，提高围岩整体稳定性。主要形式是对巷道破碎松散岩层注浆，胶结破碎岩块成整体，发挥围岩自稳能力，减轻支架承受荷载。锚注加固技术通常是在较难维护的巷道中实施，确保软岩的承载能力。总的来说，这三种技术各有优劣，而要实现软岩巷道支护作用的最大化，还要在实际应用中灵活运用，优势互补。

4 软岩巷道支护技术的应用

4.1 具体巷道支护情况

受地质条件及构造的影响，蔚州崔家寨矿在—800水平及以下的巷道施工受阻。该区域巷道施工软岩处较多，需要提出有效实用的支护强度设计，从而避免软岩冒落导致的顶板事故。在该区域，已使用三种不同支护方式对顶板进行支护，效果各有不同，如何筛选出有效的支护方式是目前的重要课题。三种方式分别是金属拱形支架支护、锚网喷套架设金属拱形支架支护、锚网喷+锚索联合支护。

4.2 支护工艺比较

4.2.1 金属拱形支架支护

根据巷道规格，采用三节或多节的U型钢加工可缩性拱形支架。首先，设定棚距为550mm。其次，用直径20mm的钩子和2寸铁管及U型钢焊制的撑子，将各支架连为一体。最后，将长700mm、宽100mm、厚60mm的钢筋混凝土背板作为插背，保险起见，用木背板在混凝土背板和巷顶巷帮之间背实。

4.2.2 锚网喷套架设金属拱形支架支护

巷道施工过软岩时，首先进行锚网喷支护，再利用架棚支护。

第一步，进行锚网喷支护。首先采用直径50mm、长1800mm的高强树脂锚固螺纹钢锚杆，设定杆间排距为600×600（mm）。其次再以每杆3卷快速树脂锚固剂的量对锚杆进行锚固，确保拉拔力大于80KN。然后用直径10mm钢筋焊制网格规格为120×120（mm）、网间搭接大于120mm的金属网。最后保留大于40mm的间隙在金属网与巷顶巷帮之间。喷厚2040mm的混凝土在金属网外。

第二步，实施架棚支护。架棚工艺与金属拱形支架支护工艺相同。

4.2.3 锚网喷+锚索联合支护

第一步，进行锚网喷支护。首先采用直径50mm、长1800mm的高强树脂锚固螺纹钢锚杆，设定杆间排距为600×600（mm）。其次再以每杆3卷快速树脂锚固剂的量对锚杆进行锚固，确保拉拔力大于80KN。然后用直径10mm钢筋焊制网格规格为120×120（mm）、网间搭接大于120mm的金属网。最后保留大于40mm的间隙在金属网与巷顶巷帮之间。喷厚20～40mm的混凝土在金属网外。第二步，进行锚索补强支护。首先采用直径30.4mm、长8000mm的6芯鋼绞线作为锚索，设定间排距为2000×2000（mm）。其次用6卷以上快速树脂锚固剂对每根锚索进行锚固，确保拉拔力大于100KN。最后，在易发生软岩冒落段，设置超前锚杆对顶板进行控制。采用直径38mm、长1800mm的金属管缝锚杆作为超前支护锚杆。锚杆与巷道夹角保持在10～20°之间，锚杆间距为250～400之间。

4.3 三种支护方案性能比较表

通过对金属拱形支架支护、锚网喷套架设金属拱形支架支护、锚网喷+锚索联合支护三种工艺的比较分析，从而得出此次深部软岩巷道支护作业的最有效方法是锚网喷+锚索联合支护方案。经过蔚州崔家寨矿—800～—950串车山下车场、七采上部回风石门巷道施工过软岩的实践，证明了锚网喷+锚索联合支护的实际作用，赶上了工程进度。

5 结语

通过深部软岩巷道支护技术理论与实例应用相结合的研究方式，能够更好的处理现场施工问题，保证了煤矿巷道施工的安全性、经济性、使用性。本文最主要的目的是为广大煤矿施工同行提供相应的研究支持，避免我们在实际施工中走弯路。

参考文献：

[1] 吕贵鹏.关于煤矿软岩巷道支护技术的探讨[J].工业技术，2013（25）：113.

[2] 谢拓.煤矿软岩巷道支护技术的研究及发展[J].工程技术，2013，9，（10）：155-156.

[3] 杨广栋.软岩巷道支护技术研究与应用[J].山西焦煤科技，2013，11，（11）：54-56.

[4] 卢林.深部软岩巷道支护技术研究[J].科协论坛，2013，（4）：21-22.

[5] 张晓峰，米文川，张方运.注浆锚索在深部破碎围岩巷道支护技术应用[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2012，10，（32）：374-376.