高应力软岩下矿井巷道支护措施探讨

＊李 靖

（华阳集团开元有限责任公司 山西 045400）

引言

由于我国采矿的深度越来越大，危险系数也越来越高。因此每年都会发生软岩地质灾害，经常存在着事故导致停产，所以应该在开采煤矿的过程中将安全问题放在首要位置。尤其在开采深度较大的煤矿时，由于煤矿上方与两侧承受的应力越来越大，保护的支护结构也非常的不稳定，就会在作业的过程中存在很大的安全隐患，所以应该采取相关措施对矿井巷道支护进行保护。

1.高应力软岩概述

高应力是一种特殊的岩体，它与常规的软岩有较大区别，有些研究专家认为高应力岩石位于应力较高的地区，这种岩体在不同情况下会表现出不同特征，如处在地表或者其他较浅的区域下会非常坚硬，表现出的并非软岩的特征。处在应力较大的地下深处时会表现出多种力学特征。如岩石处于地表或者浅层区域，岩石的弹性与强度就比较大，岩石处于深层区域就会具有和普通岩石相似的特征。

有很大一部分高应力岩体表现出了和普通岩体不同的特征，因此被视为特殊岩体。这种岩体大多数都是非常坚硬的，因为它们处于地表深层，上端具有很强的压力，要承受住巨大的应力，所以岩石的强度和弹性都较小，并且内部的流变性强，所以才呈现出了高应力状态具有和普通岩石相似的特征。

高应力岩石多为碎裂结构，岩石强度较大，在挖道采矿时岩体会发生变形，岩石甚至会下落将巷口封住。因此为了完成深度开采，提高巷道结构的稳定性，相关技术人员应该根据实际情况调整矿井巷道的支护方案，采取恰当的支护作业对策。

2.高应力软岩巷道的破坏特征

对于高应力岩石的阐述可知，在矿井巷道的挖掘过程中岩体的压力越来越小，就容易让周围的岩石变成软岩。所以在开凿岩体的过程中会表现出于普通巷道不同的特征。它的变形特征主要体现在以下三个方面：首先，高应力岩石会产生几厘米甚至几十厘米的形变，这种形变在一开始挖掘时变化最快。因为在一开始围岩的变化速度最快，高应力软岩也快速变形。其次，在挖掘的过程中周围物体的流变性逐渐变强，在巷道难以支撑住挖掘产生的流变力时就会使巷道支护结构失去支撑的作用，导致巷道变形严重，甚至坍塌发生危险事故。第三，变形具有一定时效性，如果变形已经超过了巷道支护结构的承受力，就会产生新的流变，这就会导致巷道难以适应，发生失衡，也会造成围岩的严重变形。在对高应力软岩巷道进行挖掘的过程中应该考虑它的埋藏深度越大，围岩的强度越大，破坏性也非常大，所以在挖掘的过程中较为困难。并且岩石对应力干扰变化比较敏感，在软岩形成之后，所表现出来的变形特点和硬岩是有本质区别的。软岩的这一特点导致了它的开采难度较大，因此需要采取科学的手段进行支护结构的防护，将危险性降到最低。

3.高应力软岩巷道支护原理

根据对软岩属性的研究以及巷道的特点可以看出软岩有多种变形机制。围岩一旦受到外力影响不可恢复形状，就造成了塑性形变。如果施加的应力大于硬岩所能承受的极限，就会呈现出岩石的塑性特征，硬岩巷道中的围岩就难以继续再承载重力，这时候发生的形变是永久的，不可能在恢复到原状。而软岩有着特殊性，在挖掘软岩巷道时可以发现软岩的可塑性更强，在软岩进入到可塑状态之后还具有一定的承受能力，如果能够将软岩的塑性释放出来，就可以让岩石的弹性加强，在发生形变之后应力不会完全消失，还可以进行弹性变形。由此可见，在设计软岩的支护设施时，应该考虑如何释放软岩空间与时间。根据研究表明，在挖掘巷道的过程中围岩会发生变形，其中变形的速度在每个阶段是不同的，通过形变速度进行划分，可以将其分为加速、恒定、减速三个阶段，在进入到加速变形阶段时，首先在变形过程中有减速现象的发生，这一阶段围岩的应力强度不大。第二个阶段是在恒速变形阶段，这一个阶段围岩的弹性较大，即使发生了形变也能够支撑住。第三个阶段进入到了减速阶段，这一阶段围岩由于承受住了太多的重力，岩石表面和内部都增加了裂纹，围岩的整体结构都发生了变化。由此可见，在一开始减少变形的阶段，岩石还没有产生太大的变化，所以不是最佳防护的阶段，在进入加速变化阶段已经发生了严重的形变，失去了防护的效果，也不应该在这一阶段进行防护。而在恒速变形阶段能够让岩石发生变形产生的应力以及围岩的弹力都达到最优，所产生的损失最小，所以应该在恒速变形阶段建立防护。

4.高应力软岩下矿井巷道支护措施

(1)对低应力地段进行研究

煤矿开采是一项高危险性的生产活动，所以支护防护工作在采矿工程中具有重要的价值意义。我国的很多采矿研究人员对支护防护手段进行了大量研究，但是还是存在着很多方面的问题，而在采矿过程中地应力是影响采矿工作的最直接影响因素。在传统的采矿工作中很少认识到地应力的影响，在造成了严重的后果之后就会影响到矿井的安全性能。所以相关安全防护工作人员在开采巷道的过程中应该意识到低应力会导致采矿工程的变形与破坏，并采取不同措施应对低应力地段。而低应力地段是不易检测出来的，需要专业技术人员进行检测。相关人员需要了解岩体力学等方面的知识，准确的对岩体的特征、稳定性进行分析和计算，这样能够对矿井可能发生的情况进行预测，从而有效的解决掉采矿和设计中存在的问题。其次，有些地段有很多破碎点，内部的纹路数量繁多，研究人员应该具备丰富的理论知识和实践经验，能够对低应力地段的情况进行分析。如重力以及构造运动都会造成低应力，相关工作人员应该对物理学知识进行研究，还应该使用专业的勘察工具随时检验巷道环境，从而保证施工的安全性[1]。

(2)提高软岩开采技术

软岩巷道的开采是一个复杂的技术问题，也是采矿工作面临的较大的问题，能否解决好这项问题决定了能否进一步的进行矿井开采。在开发煤矿的过程中对于较深地段开采不足，所以很多开采技术队伍已经进入深度开采方向，煤矿业发展既然树立深度开采的目标，就要研究如何安全高效的进行开采，从而发挥出最大的经济效益。在开采煤矿的过程中最重要的是维持加固防护技术的稳定性，如果要保证较深地段软岩的稳定性，应该对传统的支护技术进行改良，探索先进的岩石加固技术，但是与其他发达国家相比我国深度采矿的技术存在很多不足，比如，采矿位置与地理环境不同，在施工中也应该采取不同的开采措施。当前我国对于采矿的位置与地理环境没有进行深入的研究，这是我国深度采矿的技术的缺陷。为了提升岩石巷道的稳定性能，应积极的探索深部软岩巷道开采方式，为矿山的深度开采提供一定的技术支撑。如今出现了注浆加固技术，能够将其应用在施工过程中从而解决在采矿过程中遇到的难点，还应该通过技术创新，研究出更为经济合理的支护结构。

(3)采取科学的采矿措施

要解决好传统采矿过程中存在的问题，应该进行纵深方向的开采，使施工技术适应高应力岩石的要求。比如，在采矿的最初阶段变形会非常大，在应力作用之下会逐渐减少形变程度，在稳定之后只有少量的变形发生，对于巷道的这一变形特点，应该进行纵深的开采方式并采取特殊的巷道支护措施。比如，可以尽可能减少对围岩的破坏，在金属网中加上塑料网进行防护，提高围岩的自身承重能力。还可以选择强度与刚度较强的锚杆，增加围岩表面的约束力，从而增加围岩的防护强度，让围岩减少破坏[2]。另外，利用锚索能够有效的对巷道的局部地段加强防护，所运用的原理是在支护体内设置刚性和柔性层，在两层之间能够留出一定的距离，这样可以吸收掉软岩的压力，让软岩的变形量减小。因为使用的材料同时具有间隙和柔度，能够有效的转化高应力，让围岩的保护最大化，是一种良好的支护保护技术，当前并没有发现这种刚柔并济的支护方式存在很大的安全隐患，可以投入在采矿工程中广泛使用。此外，在开采煤矿的过程中使用先进的材料和开采方式有助于提高效率。锚固剂能够实现高应力岩石回采巷道厚壁支护，采用加长锚固方式能够深入到深部的岩层中，有效的改善围岩的受力状态，因此可以将这一先进的技术手段应用在采矿工作中。

5.结束语

综上所述，如今随着经济的发展，工业生产和人们生活都需要用到技术能源，对于煤炭的需求也在增加，由于浅层已经充分开发，煤矿不得不向深度开采，这些地区的围岩条件差，应力高，采矿的环境十分恶劣，煤矿开采极深，因此采矿工作的危险性增加，为了解决好采矿的安全性问题，应该做好矿井的支护防护工作。由于矿井挖掘巷道较深，在采矿的过程中会引起巷道变形，并使软岩遭到严重的破坏，所以相关安全技术人员应该深度研究软岩的特征，并及时调整巷道的支护方案，在深井开采的过程中做好安全防护工作。尽可能提高围岩和支护之间的作用，应减少返工量，降低返修率，以保证生产的安全。尽管我国意识到了软岩巷道是至关重要的一项问题，但对于这方面的研究仍不够深入，相关技术人员应该加大深部软岩巷道的稳定性研究，寻找科学合理的软岩巷道的支护方式，从而为深度开采矿山提供技术支撑，促进矿山开采工作的可持续发展[3]。