淺談煤礦開采軟巖巷道支護技術問題

【摘 要】近年來，隨著礦山開采條件的日益復雜，所涉及的工程領域越來越多，我國的許多礦區，目前都存在著軟巖巷道支護困難問題，并成為影響礦區發展和礦井經濟技術效益的主要因素之一。軟巖巷道支護歷來是巷道工程的難題，通過對軟巖巷道的特征分析，及支護原理和方法的論述，對泉店礦回采巷道支護方式進行了設計，并給出了相應的建議和措施，取得了良好的效果。

【關鍵詞】軟巖巷道；圍巖；支護結構

隨著國民經濟的發展，煤的需求量逐年增長，開采的范圍也不斷擴大。無論新老礦井，在開掘巷道時都遇到了大量的軟巖層，特別是隨著開采深度的不斷增加，深部地壓明顯增大。加之開采條件愈趨復雜，給巷道的掘進與維護帶來了很多的困難。在開掘過程中，由于圍巖的變形、位移、膨脹，使巷道掘進速度減慢，每天僅能完成幾米。巷道竣工不久，支護受到嚴重破壞，某些礦的掘砌成本高達每米幾千元，甚至上萬元，是穩定圍巖中同類巷道的3～4倍而且維修困難。

在軟巖層中施工巷道，掘進容易，但維護極其困難，采用常規的施工方法和傳統的支護結構，往往不能奏效。因此研究軟巖支護問題便成為巷道施工的關鍵問題。

1 軟巖巷道的特征

軟巖巷道最明顯的特征是地壓顯現比較劇烈，巷道維護困難，主要表現在圍巖的自穩時間短、來壓快、圍巖變形量大、速度快、持續時間長、四周來壓、底鼓明顯、遇水膨脹、變形加劇，可以用4個字來概括：松、散、軟、弱。

2 松軟巖巷道支護原理

軟巖層巷道支護的著眼點應放在充分利用和發揮自承能力上。支護原理是：根據巖層不同屬性，不同地壓來源，從分析地壓活動基本規律入手，運用信息化設計方法，使支護體系和施工工藝過程不斷適應圍巖變形的活動狀態，以達到控制圍巖變形、維護巷道穩定的目的。具體的說，有以下幾個方面：

（1）必須改變傳統的單純提高支護剛度的思想，支護結構及強度應與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結合，與圍巖變形及強度相匹配，實踐證明，單純提高支護剛度的方法是難以奏效的；

（2）必須采取卸壓、加固與支護相結合的方法，統籌考慮、合理安排，對高應力區，要卸得充分，對大變形區，要讓得適度，對松散破碎區，要注意整體加固，對巷道圍巖整體要支護住；

（3）進行圍巖變形量測，準確地掌握圍巖變形的活動狀態，根據量測結果進行反饋，以確定二次支護結構的參數，確定補強時間，再次支護時間和封底時間；

（4）樹立綜合治理、聯合支護、長期監控的支護思想體系。

3 松軟巖巷道支護原則

早期的支護理論沿用地面結構工程原理設計支護參數，圍巖是支護的對象，支護只是人工構筑的承載結構而已。然而，現代巖石力學揭示，巖石破裂后具有殘余強度，松動破裂圍巖仍具有相當高的承載能力，圍巖既是支護壓力的根源，又是抵抗平衡原巖應力的承載體，而且是主要的承載結構體。支護的作用在于維護和提高松動圍巖的殘余強度，充分發揮圍巖的承載能力。因而，在松軟巖巷道支護中，要遵循以下幾方面原則：

（1）維護和保持圍巖的殘余強度原則；

（2）提高圍巖殘余強度的原則；

（3）充分發揮圍巖的承載能力的原則。

4 軟巖巷道支護結構的選擇

根據軟巖的不同類型、位移、壓力及使用條件等情況，軟巖支護結構有傳統支護、錨噴支護以及兩者組合的混合支護、緩沖支護、讓壓支護等多種支護結構。由于各礦區松軟巖層的地質條件及圍巖條件的復雜性和隨機性，目前尚無公認的理論計算方法。

所以必須從軟巖巷道支護工程的實際情況出發，應因地制宜選擇使用，使其在技術上、經濟上更加合理。

4.1 砌碹封閉式支護

采用圓形、橢圓形、馬蹄形等合理巷道斷面形狀與其相應的料石和混凝土塊砌碹封閉支護。

此種傳統的剛性支護結構，適用于淺部、位移及壓力不大的膨脹性軟巖巷道。碹的壁后充填軟矸或砂。云南省田壩煤礦二號井煤建公司礦建處施工隊采用生石灰、山砂、爐灰渣配比成的壁后充填柔性材料，經實際應用其支護效果較好。

4.2 圓碹加砌木磚封閉式支護

這種支護結構與砌碹封閉式支護的區別是在料石和混凝土砌塊之間均勻地加砌一定數量的木磚，使砌碹剛性支護形成一定的可縮量，增加了適應圍巖變形的可縮性能，每塊木磚厚一般為20～50 mm，當圍巖的壓力越大、變形量越大時，所需木磚的塊數就越多，木磚的厚度也就越大。

由于木磚受壓收縮，當圍巖反力作用在圓碹上，碹體作用在木磚上，碹體壓力超過木磚的抗壓極限強度時，木磚收縮，圓碹和圍巖一起內移。顯然，加木磚的圓碹支護改善了砌碹剛性支護的剛度，增加了軟巖的適應范圍，但木磚防腐耐久性差，只適用于服務年限不長，且不重要的軟巖巷道。

4.3 條帶碹支護

在松軟、膨脹軟巖中，采用圓碹加砌木磚仍不能滿足釋放較大能量的要求時，就可采用條帶碹，這也是解決軟巖支護問題的途徑之一。條帶碹就是用料石或混凝土砌筑成一定長度的支護碹體，稱之為“條帶”，條帶與條帶之間留有一定寬度的空隙，稱為“卸壓通道”，通道讓頂、幫圍巖暴露，允許圍巖向巷道空間方向擠出，起到能量或應力釋放的作用，為圍巖變形提供機會，以減輕對碹體的壓力。

4.4 離壁碹支護

離壁碹支護就是碹體和支架離開圍巖頂板及兩幫有一定距離的一種支護形式。離壁尺寸取決于圍巖釋放能量的大小，圍巖釋放能量大，變形量也大，離壁的尺寸也大。離壁碹之所以能支護軟巖巷道并穩定下來，就是它留出釋放能量的變形空間，讓圍巖變形。離壁碹支護適應于圍巖釋放能量較大的軟巖巷道。

4.5 可縮性U型鋼支護

U型鋼支護有多種結構形式，根據巷道斷面尺寸的不同分為4節、5節、6節等不同類型。一般常用18#～36#U型鋼制做，節與節之間搭接長度300～400 mm，用卡箍、螺栓或鋼楔鎖緊裝置來獲得摩擦接頭阻力。當圍巖變形壓力超過U型鋼接頭摩擦阻力時，U型鋼接頭發生收縮，圍巖釋放能量，巷道斷面收斂減小，形變壓力降低，U型鋼支架停止收縮。當圍巖變形壓力再次超過接頭阻力時，支架將再次重復上述過程，直到圍巖和支架達到穩定時為止。

4.6 置換支護

這種支護的實質是將軟巖多挖出一定深度，用高強度材料（混凝土、碎石、礦渣和砂子等）置換，然后再進行支護，使軟巖的位移壓力得到控制，獲得較好的支護效果。置換支護有兩種基本形式：當軟巖只占巷道斷面的一部分時，采用局部置換支護；當全斷面位于軟巖之中時，采用全部置換支護。

5 結語

（1）軟巖巷道支護問題是很復雜的，不能不分時間、不分地點、不分圍巖、不分深淺一樣看待，必須全面、系統地從多方面改善支護狀況。一是，盡可能將服務年限長的巷道布置在比較穩定的圍巖中，應盡量避免采動壓力的影響；二是，提高施工質量，優化施工工藝，盡量縮短掘與支之間的間隔時間，避免用水和濕氣通風，采用減震光面爆破快速施工；三是，要全面考慮圍巖構造的膨脹特性、抗壓強度、泊桑系數、賦存深度、采動壓力等因素，合理選擇最經濟的支護結構。

（2）對于強膨脹的軟巖巷道，特別是受構造應力與膨脹力綜合影響的巷道，選用一般聯合支護、U型鋼可縮性支架是不能使巷道保持穩定的，因此，必須考慮二次支護。

【參考文獻】

[1]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].北京：科學出版社，2004.

[2]董方庭，等.巷道圍巖松動圈支護理論及應用技術[M].北京：煤炭工業出版社，2001.

[責任編輯：劉帥]