软岩巷道支护问题与对策

吴良胜

摘要：软岩巷道支护随着煤矿开采深度增加变得愈加困难，迫切需要寻找和研究新的支护技术以解决工程实际问题。针对此类矿山需求，本文以软岩巷道支护为研究对象，在阐述了软岩的基本概念和软岩巷道支护现状的基础上，提出了可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护方式，对于巷道围岩控制具有重要意义。

关键词：深井；软岩巷道；可缩性金属支架；复合型支护

一、软岩的基本概念

软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称，分为地质软岩和工程软岩两类。前者是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量的膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱层；后者是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体，工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水平作用力和工程扰动力以及膨胀应力等，显著性塑性变形是指以塑性变形为主體的变形量超过了工程设计的允许变形值，并影响了工程的正常使用。

二、深井软岩巷道支护存在的问题

牵涉到工程安全问题时，人们对此关注度较高。我国历来重视软岩巷道支护安全，尤其是在当前大多数煤炭进入深井开采模式的背景之下，迫切需要寻找和研究新的支护技术以解决工程实际问题。但在关于软岩巷道支护理论认识和方法研究方面还是存在一定误差，依笔者来看主要包括以下几个方面：

（一）围岩变形破坏机理

以往人们普遍认为巷道支护仅是巷道开挖后采取支架支护的过程。巷道支护是对围岩的支护过程这个说法没什么问题，但必须建立在充分认识围岩变形破坏机理的基础上，只有深入透彻地研究变形机理，才能选择适当的支护时机和支护形式，使支护与围岩变形相协调。

（二）支护对策

采用硬岩巷道的支护方式来解决软岩支护问题这种做法是不正确的，因为软岩巷道与硬岩巷道的变形破坏特征完全不同，需要研究适合于软岩的支护对策。

（三）支护参数

巷道稳定性是巷道支护主要考虑的问题，选择合适的支护参数对于巷道稳定性十分重要。以往人们通常采用工程类比法，工程地质条件较简单时类比法基本满足要求，但在地质条件复杂的情况下很难通过此法来决定软岩巷道支护参数。

三、矿井软岩巷道围岩支护的技术方案

有关专家提出利用可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护方式对深部矿井软岩巷道进行控制。

（一）锚杆支护加固

在深部矿井开拓软岩巷道时，其围岩稳定性遭到破坏。利用合理的锚杆支护可以将破碎的围岩体锚固成多个锥形整体，它们相互摩擦、相互铰合、相互挤压，进而使开拓的巷道周边形成一个个整体。在破碎岩石相互摩擦、相互铰合、相互挤压的过程中，由于破碎岩石多含有裂隙，其变形性能较大，可以释放部分矿山压力。其释放压力强度几乎与原岩体的强度接近，中国矿业大学董房庭教授试验结果表明：锚杆对破碎围岩加固后，围岩体的强度可达原强度的94%以上。

（二）可缩性金属U型钢棚加固

深部矿井软岩巷道受上覆岩层自重应力和原岩应力的影响，经开拓影响后，不仅会出现顶板下沉量大、下沉速度快，巷道两帮移近量大，而且巷道底板可能会鼓起。这种情况下，可采用可缩U型钢棚加固巷道，因为U型钢棚有足够的可缩量，也能满足不同的可缩方向的要求，另外有较好的增阻速度及支护阻力，可以形成具有高支撑力和整体性的先柔后刚的支护体系，能适应沿空留巷的要求。

（三）注浆加固

1.注浆原理。软岩巷道中围岩的强度和变形主要由弱面控制，因弱面的强度及弹性模量均较低，所以巷道围岩变形量大，维护困难。注浆可以将松散的岩石胶结成整体，提高岩体的内聚力及内摩擦角，以加强岩体的力学性能。注浆能封闭岩石自身，不但可以防止软岩风化和吸水软化，也将岩体强度大大增强，达到提高围岩的承载能力的目的。

2.注浆量及注浆时间确定。由于围岩岩体的裂隙发育不同和围岩岩体受扰动范围的不均匀性，围岩岩体吸浆量也有较大的差异，通常情况下以不发生大量跑浆为注浆时间。为了能够有效防止浆液在注浆压力的作用下可能沿围岩体弱面扩散，造成漏浆、窜液等现象的发生。注浆过程中在控制注浆量和注浆压力的情况下，也要适当控制注浆的时间，在一般情况下注浆的时间不能过长。软岩巷道的围岩岩体裂隙不发育或发育程度低将导致注浆速度慢和注浆浆液扩散更困难等问题，为了达到近似理想的注浆效果，必须改进注浆压力、注浆时间延长。

3.注浆工艺。注浆工艺在一定程度上影响巷道围岩注浆加固的质量。工序过程如下：

（1）打孔：根据巷道围岩体的周边因素与具体工程情况，按照注浆设计的打孔参数，采用锚杆钻机打注浆孔。

（2）封孔：封孔质量是保证注浆压力的关键，注浆时一般采用胶管封孔器封孔。

（3）注浆：在保证封孔安全可靠的情况下进行注浆，注浆顺序为底板→两帮→顶板。

（4）管路清洗：应吸入清水对注浆泵和注浆管路进行清洗，防止因浆液凝结导致堵塞注浆泵和注浆管。

四、结语

（一）“可缩性金属支架结合锚注支护”的复合型支护思路是从加固围岩体的角度出发，有效地利用围岩的自身支撑能力，达到维护围岩稳定性的目的； 而锚注支护使巷道支护实现了支护特性的转变（ 被动支护转变为主动支护） ，大大提高了支护结构的承载能力，提高支护结构的稳定性。

（二）“可缩性金属支架结合锚注支护”的复合型支护，通过注浆不仅可以提高围岩自身承载能力的强度，而且为锚杆支护提供稳固的基础，可以有效地控制复杂的软岩巷道变形大的问题，是解决深部矿井软岩巷道矿压显现问题的有效方法。

（三）注浆技术的应用能够加固巷道围岩，改变围岩的松散结构的物理状态，提高围岩体的一体性。