煤矿软岩巷道支护技术研究

陈智

摘要：近年来，随着矿山开采条件的日益复杂，所涉及的工程领域越来越多，我国的许多矿区，目前都存在着软岩巷道支护困难问题，并成为影响矿区发展和矿井经济技术效益的主要因素之一。软岩巷道支护历来是巷道工程的难题，通过对软岩巷道的特征分析，及支护原理和方法的论述，对泉店矿回采巷道支护方式进行了设计，并给出了相应的建议和措施，取得了良好的效果。

关键词：软岩巷道;围岩;支护结构

随着国民经济的发展，煤的需求量逐年增长，开采的范围也不断扩大。无论新老矿井，在开掘巷道时都遇到了大量的软岩层，特别是随着开采深度的不断增加，深部地压明显增大。加之开采条件愈趋复杂，给巷道的掘进与维护带来了很多的困难。在开掘过程中，由于围岩的变形、位移、膨胀，使巷道掘进速度减慢，每天仅能完成几米。巷道竣工不久，支护受到严重破坏，某些矿的掘砌成本高达每米几千元，甚至上万元，是稳定围岩中同类巷道的3～4倍而且维修困难。

在软岩层中施工巷道，掘进容易，但维护极其困难，采用常规的施工方法和传统的支护结构，往往不能奏效。因此研究软岩支护问题便成为巷道施工的关键问题。

1 软岩巷道的特征

软岩巷道最明显的特征是地压显现比较剧烈，巷道维护困难，主要表现在围岩的自稳时间短、来压快、围岩变形量大、速度快、持续时间长、四周来压、底鼓明显、遇水膨胀、变形加剧，可以用4个字来概括：松、散、软、弱。

2 松软岩巷道支护原则

早期的支护理论沿用地面结构工程原理设计支护参数，围岩是支护的对象，支护只是人工构筑的承载结构而已。然而，现代岩石力学揭示，岩石破裂后具有残余强度，松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力，围岩既是支护压力的根源，又是抵抗平衡原岩应力的承载体，而且是主要的承载结构体。支护的作用在于维护和提高松动围岩的残余强度，充分发挥围岩的承载能力。因而，在松软岩巷道支护中，要遵循以下几方面原则：

（1）维护和保持围岩的残余强度原则。

（2）提高围岩残余强度的原则。

（3）充分发挥围岩的承载能力的原则。

3 软岩巷道支护结构的选择

3.1 砌碹封闭式支护

采用圆形、椭圆形、马蹄形等合理巷道断面形状与其相应的料石和混凝土块砌碹封闭支护。

此种传统的刚性支护结构，适用于浅部、位移及压力不大的膨胀性软岩巷道。碹的壁后充填软矸或砂。云南省田坝煤矿二号井煤建公司矿建处施工队采用生石灰、山砂、炉灰渣配比成的壁后充填柔性材料，经实际应用其支护效果较好。

3.2 圆碹加砌木砖封闭式支护

这种支护结构与砌碹封闭式支护的区别是在料石和混凝土砌块之间均匀地加砌一定数量的木砖，使砌碹刚性支护形成一定的可缩量，增加了适应围岩变形的可缩性能，每块木砖厚一般为20～50 mm，当围岩的压力越大、变形量越大时，所需木砖的块数就越多，木砖的厚度也就越大。

由于木砖受压收缩，当围岩反力作用在圆碹上，碹体作用在木砖上，碹体压力超过木砖的抗压极限强度时，木砖收缩，圆碹和围岩一起内移。显然，加木砖的圆碹支护改善了砌碹刚性支护的刚度，增加了软岩的适应范围，但木砖防腐耐久性差，只适用于服务年限不长，且不重要的软岩巷道。

3.3 条带碹支护

在松软、膨胀软岩中，采用圆碹加砌木砖仍不能满足释放较大能量的要求时，就可采用条带碹，这也是解决软岩支护问題的途径之一。条带碹就是用料石或混凝土砌筑成一定长度的支护碹体，称之为“条带”，条带与条带之间留有一定宽度的空隙，称为“卸压通道”，通道让顶、帮围岩暴露，允许围岩向巷道空间方向挤出，起到能量或应力释放的作用，为围岩变形提供机会，以减轻对碹体的压力。条带碹除了适用于塑性流变大，有粘土膨胀性矿物成分的软岩平巷或坡度较小的斜巷外，对受采动影响的巷道也有较大的适应性。而且条带碹还具有成本低、施工速度快、便于维修等优点。

3.4 离壁碹支护

离壁碹支护就是碹体和支架离开围岩顶板及两帮有一定距离的一种支护形式。离壁尺寸取决于围岩释放能量的大小，围岩释放能量大，变形量也大，离壁的尺寸也大。离壁碹之所以能支护软岩巷道并稳定下来，就是它留出释放能量的变形空间，让围岩变形。离壁碹支护适应于围岩释放能量较大的软岩巷道。

3.5 锚喷与U型钢可缩支架的联合支护

在流变、膨胀性较大的软岩中，仅采用锚喷网支护还不足以适应围岩的位移和压力，需在锚喷网支护的基础上，再架U型钢可缩支架构成联合支护结构，可发挥两者的特长，支护效果更好。联合支护在云南的许多煤矿成功地应用，充分说明此种支护方式能解决松软膨胀地层的软岩巷道支护问题。

3.6 缓冲锚喷砌碹支护

在流度、膨胀性很大的软岩中，采用缓冲锚喷砌碹支护是十分有效的。在这种结构中，先采用上述锚喷网支护，它具有良好的及时性、封闭性、柔性和较大的支护抗力。它既是一次并代替临时支护，又是永久支护的重要组成部分。在对一次支护监测补强的基础上，待围岩趋于平缓稳定变形阶段时，再及时进行内层砌碹支护。砌体要具有较好的防水封闭性，并与锚喷网支护共同作用成为永久性支护结构。

同时在外层锚喷网支护与内层砌碹支护之间，必须留有一定的缓冲间隙，用以吸收围岩在长时期内继续产生的缓慢变形位移与压力。当缓冲间隙最终消失时，围岩与支护达到稳定，确保围岩与支护的长期稳定正常安全使用。

缓冲间隙一般应充填压缩系数大的疏松物质，如炉灰、锯末等。因外层有可靠的锚喷网支护，围岩不会产生松脱失稳，故缓冲间隙不充填，即空气缓冲，则可收到更好的效果。

5 结语

（1）软岩巷道支护问题是很复杂的，不能不分时间、不分地点、不分围岩、不分深浅一样看待，必须全面、系统地从多方面改善支护状况。一是尽可能将服务年限长的巷道布置在比较稳定的围岩中，应尽量避免采动压力的影响;二是提高施工质量，优化施工工艺，尽量缩短掘与支之间的间隔时间，避免用水和湿气通风，采用减震光面爆破快速施工;三是要全面考虑围岩构造的膨胀特性、抗压强度、泊桑系数、赋存深度、采动压力等因素，合理选择最经济的支护结构。

（2）对于强膨胀的软岩巷道，特别是受构造应力与膨胀力综合影响的巷道，选用一般联合支护、U型钢可缩性支架是不能使巷道保持稳定的，因此，必须考虑二次支护。

参考文献：

[1]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.

[2]董方庭，等.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

[3]薛顺勋，聂光国，等.软岩巷道支护技术指南[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

（贵州中岭矿业有限责任公司 贵州纳雍 553302）