煤矿软岩巷道联合支护技术探讨

李国华

摘要：随着对煤矿开采深度的加深和开采规模的扩大，软岩巷道出现了不同程度的变形，这给煤矿安全作业带来了极大的威胁，本文首先介绍了煤矿软岩的概念和特性，随后指出煤矿软岩巷道联合支护存在的问题，根据多年的工作经验结合软岩巷道支护原理，分析煤矿软岩巷道的支护方法。

关键词：煤矿；软岩巷道；支护问题；联合支护

1、引言

隨着煤矿开采深度的加深和开采规模的不断扩大，软岩巷道支护和维护问题显得越来越突出，软岩问题越来越严重，直接影响到煤矿的高效、安全生产。随着科学技术水平的迅速发展，软岩巷道支护技术正经受着经济、社会和环境的严峻挑战，软岩联合支护技术对保证煤矿安全生产、提高煤矿企业的经济效益具有重要作用，

2、煤矿软岩概述

多年以来，在国际上对软岩的概念没有统一标准，不同国家对软岩的定义也不一样，上个世纪90年代，国际岩石力学学会才对软岩进行了权威定义，将软岩分为两大类，一个是地质软岩，另一个是工程软岩。地质软岩大部分是受到自然因素的影响形成的，主要包括风蚀和水蚀等。工程软岩大部分是由于外部工程力作用导致岩体出现明显的塑性变形，主要包括工程扰动和残余应力等。在分析影响工程软岩力学因素的基础上采取合理的支护措施，才能解决软岩巷道问题。软岩具有临界荷载和临界深度两个特性，临界荷载是软岩本身具有的一种物理属性，通过软岩工程力学实验发现，当软岩外部压力低于临界荷载时，在岩体内部不会发生明显的改变，整个岩体变现为比较稳定的状态，相对应的力学曲线也保持平直，但是在人为条件下，在增加岩体外部工程压力的作用下，使压力逐渐趋近于临界荷载，通过观察岩体力学曲线，该曲线呈现出加速上升的趋势，这表明岩体内部的预应力增加，若继续增加工程压力到超过软岩临界荷载时，岩体就会发生明显的变形，力学曲线呈现为垂直下降的状态，力学曲线终点横坐标要远低于零点坐标，将曲线定点称为软岩的临界荷载。临界深度和临界荷载是一组相对应的概念，分析两种软岩的特性，临界深度可以更加直观的反应出软岩塑性变形情况，在巷道比较浅的位置，软化临界深度比较小，软岩不会出现明显的变形，在这种条件下进行的支护施工工作比较容易，如果巷道的位置达到软化临界深度情况下，围岩将会产生较大的塑性变形，在此条件下进行的支护施工工作比较困难。相关技术人员在岩体软化临界深度之前就要进行支护施工，这样不仅可以降低施工难度，还可以保证施工的质量。

3、煤矿软岩巷道支护面临的问题

煤矿软岩巷道变形破坏是一个连续的过程，在发现软岩巷道变形的早期，巷道围岩本身的稳定性比较好，所以巷道出现变形的情况不明显，如果在此条件下进行支护措施，可以最大限度的降低损失，但是煤矿软岩巷道变形的过程比较缓慢，加上工程的隐蔽性比较强，所以工程技术人员很难发现问题，最后导致软岩巷道发生岩石冒落现象，严重情况下还会发生巷道完全破坏，影响煤矿企业的正产生产和工作人员的人身安全。另外如果采取的软岩巷道支护形式不合理也很难起到良好的支护效果。不同的地质条件和不同开采程度的矿山，其软岩巷道软化的临界深度也会不同，如果技术人员在没有确定软岩巷道软化临界深度的情况下就进行了巷道支护措施，将会导致巷道巷道多环受压情况的发生，不仅会影响到支护工作的顺利进行，还会造成周边岩石出现吸水膨胀的现象，这样就增加了软岩巷道支护的难度。

结合矿区作业环境的特殊性和复杂性，在进行软岩巷道支护工作时，将会遇到很多技术上的问题，存在的问题主要有（1）围岩的自承圈的厚度偏小，不能承接比较大的围岩压力，如果围岩压力超过限定的临界值时，将会出现围岩坍塌的现象，主要是因为在进行常规的巷道支护过程中，锚固围岩自承圈的厚度一般控制在40cm-60cm，锚杆的长度是自承圈厚度的2-3倍，锚杆的固定和支撑不能起到良好的作用，很难发挥出巷道联合支护的效果。在这种条件下，加上煤矿地质构造的影响，围岩表面将要承受较大的应力，在支护薄弱的地方首先会出现岩石松动和变形的情况，随着时间的延长，破碎的范围将会不断扩大，最终将形成较大面积的岩层破碎区，破坏到围岩的自承圈。（2）支护形式不符合巷道破坏问题，出现这种情况的原因大部分是由于对前期调查不到位，准备工作没做好，还有对支护形式的具体应用不了解，盲目选择支护方式。（3）支护参数选择不合理。很多煤矿在进行作业期间，依据“工程类比法”来选择支护参数，这种方法主要适用于一些规模比较小、地质构造简单以及开采时间短的煤矿，如果采取的支护形式不符合煤矿的实际条件，支护参数很难达到软岩巷道支护施工的要求，所以也就很难保证支护的质量。

4、软岩巷道的支护原理及支护方法

4.1软岩巷道支护原理

在进行巷道开挖后，岩体的原岩应力的状态将会受到破坏，围岩中进行应力的将重新分布，在增大切向应力的同时，径向应力会不断减小，在巷壁处将达到极限。在实际施工中，对软岩巷道进行支护，必要要求围岩中的部分岩石进入塑性状态，从而形成塑性变形区，并且将达到最大塑性承载力，此变化将会产生两个力学效应：（1）围岩中的切向应力和径向应力降低，减小了作用在支护上的荷载。（2）应力集中区将向围岩深部偏移。因为深部的岩石处于三向受力的状态，所以将会极大的降低破坏的可能性。在巷道开挖后，结合围岩应力分布曲线，可以发现在软岩稳定塑性变形区内，将以变形的形式将围岩中所积累的弹性塑性能量进行释放，这样可以有效的减小作用在支护体上的载荷，更加有利于软岩巷道的支护。

4.2软岩巷道支护措施

首先要确定支护的时间，一般条件下，巷道内部的切向应力会在进行开挖后逐渐向巷壁方向加重，所以在达到一定数值后会逐渐形成塑性区，在此区域条件下可以减轻应力对巷壁作用的危害，但是在软岩巷道应力较大的区域，塑性区会随着开挖时间的加长而不断减小。在此条件下就要合理选择支护时间，从而可以将塑性区的承载能力发挥到最大，避免巷道在开挖过程中出现松动或坍塌的现象。其次要结合实际情况合理选择二次支护的时间和支护的强度，确保首次支护的有效性，在保证巷道稳定的前提下，要控制围岩变形的程度，这样可以充分发挥支护的作用。最后要减少对围岩的破坏，增加围岩的强度，提高围岩的自承能力。首先要推广光面爆破方式，减少围岩出现震动，控制围岩环向裂隙，尽量保持围岩的整体强度。其次要保证巷道周边的光滑平整度，避免产生应力集中区，最后要采用膨胀性的材料，作业时要充满锚杆孔，从而形成全长锚固。

5、结语

煤矿软岩巷道联合支护技术是我国煤巷支护技术改革发展的方向，联合支护技术具有改善支护效果、加快成巷的速度、降低支护成本、减轻劳动强度以及提高断面利用率等方面的优势，使用煤矿软岩巷道联合支护技术是提高煤矿企业安全高效生产的重要保障，具有较强的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]付荣，范明建. 煤炭软岩巷道支护现状及发展趋势[ J].煤，2007，1 6（6）：10 - 1 3.

[2]卢世亮，蒋耀东. 软岩巷道“三锚”支护过程对巷道围岩稳定性的影响[ J].采矿与安全工程学报，2013，07：164 - 165.

[3]何满潮，孙晓明. 中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南 [M ]. 北京：科学出版社，2004.