軟巖巷道支護技術分析

代發(fā)坤

【摘 要】在煤礦生產(chǎn)建設的過程中，軟巖巷道的支護與加固一直是一項建筑難題，尤其是在高應力軟巖巷道的支護中，控制起來比較困難。對軟巖巷道支護技術的相關問題研究，不僅夠提高軟巖巷道控制水平，對整個軟巖工程建設也有重要的現(xiàn)實意義。

【關鍵詞】軟巖巷道；支護；技術

我國煤炭產(chǎn)量與消耗量都居世界第一，煤炭工業(yè)對我國的經(jīng)濟發(fā)展與人們的生產(chǎn)生活息息相關。大量的煤炭需求，使得我國煤炭的開采進度逐年加快，而伴隨著煤炭資源的減少，其開采難度也進一步加大，煤炭開釆面臨著更為復雜的地質(zhì)條件與開采難度。其中，很多巷道都需要布置在軟巖中或巷道的圍巖較為破碎的地質(zhì)區(qū)域中。這樣的結構通常比較松散且容易破碎，抗高壓的能力較低，在防護與維修方面，不但頻率較高，控制技術也有困難。據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭巷道年掘進量已經(jīng)超過6000千米，其中軟弱及破碎圍巖中的巷道掘進量大約占10%，其中每年需要返修、維護的軟巖巷道大約在100千米左右。軟巖巷道的維護，不但影響了煤炭生產(chǎn)效率，給煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益帶來較大影響，最重要的是給巷道的安全帶來了巨大的隱患，危及井下工作人員的生命安全。

一、軟巖巷道概述

1.軟巖的概念與分類

軟巖是一種復雜的巖石力學介質(zhì)，在特定環(huán)境下的具有明顯塑性變形。我國地質(zhì)研究中，將軟巖劃分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖兩大類。地質(zhì)軟巖即強度低于25MPa的結構松散、節(jié)理發(fā)育、孔隙度大、膠結度差、容易風化膨脹性的一類巖體。工程軟巖是在工程力作用下，巖體發(fā)生顯著塑性變形的巖體總稱，是在地質(zhì)軟巖的基礎上，強調(diào)工程力的作用效果。

2.巷道圍巖變形破壞機理分析

對于煤炭開采工程中，巷道圍巖的變性因素要成為人們主要的考慮內(nèi)容，圍巖的變形和破壞主要受到地質(zhì)因素和技術因素的影響。在地質(zhì)因素方面，不同的圍巖巖性和結構狀態(tài)使得巷道圍巖受到應力有區(qū)別，形成應力差，加上巖體本身的強度、結構、膠結程度等等方面的影響，都會對巷道圍巖變形破壞。應力作用是造成巷道圍巖變形破壞的外因因素。包括表層垂直應力、構造應力等等。巖層積水也造成巷道圍巖粘土軟化，強度降低，產(chǎn)生形變的原因。流變力學特性，這是巖石結構中重要的力學特性，對巖體工程的長期穩(wěn)定緊密相關，隨著巖體工程的時間與巖體內(nèi)部結構的變化而加劇。

對于工程技術層面，一是施工方法對巖層的影響，不同的巷道開挖順序、施工工藝對巷道圍巖的穩(wěn)定帶來了不同的影響。二是巷道斷面的形狀，工程對于不同的巖體應力大小和方向所選擇會決定巷道斷面的應力與穩(wěn)定性。三是支護方式及參數(shù)，以及對其合理的判斷與選擇。四是對于采空區(qū)處理方式的選擇，對于崩落、封閉、加固、充填等內(nèi)容的處理。

產(chǎn)生巷道圍巖穩(wěn)定性下降的因素是多方面共同作用的結果。例如，構造應力會影響圍巖穩(wěn)定，當遇到水時會共同作用會加劇結構的松動，另外水的物理化學作用下改變軟巖特性會與軟巖的流變性共同作用影響圍巖穩(wěn)定。

二、軟巖巷道支護技術研究

1.巷道支護設計

巷道圍巖工程的穩(wěn)定性取決于采場地壓顯現(xiàn)特征以及圍巖的物理力學原理。人們要通過調(diào)整采礦方法、開采工藝及巷道支護等手段對巷道的穩(wěn)定進行控制。巷道支護的設計與實施能否能有效的對巷道進行有效的控制，有以下幾個方面。一是支護設計必須具有很強的針對性，既要考慮到圍巖類型，又要考慮工程所處的應力環(huán)境。二是支護設計與施工，必須具有正確的理論與指導思想作為實施原則。正確的支護指導思想是建立在正確的圍巖破壞機理認識的基礎之上。三是要明確支護對象，例如松動圈軟破巖體還是塑性區(qū)巖體，對于不同的巖體，承載層的穩(wěn)定維護方式不同。四是建立相應的計算方法和穩(wěn)定性判斷方法。對于支護設計要通過科學的計算與調(diào)研作為科學設計施工的依據(jù)。對于圍巖破壞機理和錯桿力學作用通過統(tǒng)計與現(xiàn)場監(jiān)測信息技術相結合的方法，為支護設計提供支撐。

2.巷道支護技術研究

軟巖巷道地應力大、巖石強度低、圍巖結構松散、礦井水侵蝕、采動壓力以及地質(zhì)構造應力的影響明顯是很多礦井的巷道圍巖變形量大的主要因素。對于巷道的加固與支護技術要根據(jù)具體情況具體分析，一般有以下幾種支護技術。

2.1封閉式支架

封閉式支架具有整體承載、可縮的優(yōu)點，形成“先柔后剛”的支護結構，有一定卸壓作用，同時封閉式支架的底梁可給底板巖層施加反力，改變底板附近巖層的應力狀態(tài)。從而阻止底板巖層向巷道內(nèi)位移。在軟巖巷道解決底臌問題中被廣泛應用，取得了明顯的效果。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架，煤礦巖巷一般采用U型鋼可縮性支架。U型鋼可縮性支架屬于被動支護，其最大優(yōu)點是當圍巖作用于支架上的壓力達到一定值時，支架便產(chǎn)生屈服縮動，縮動的結果使圍巖作用于支架上的壓力下降，從而避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導致支架的破壞。

2.2注漿加固

注漿加固是具有很強實用性、應用范圍很廣泛的底板加固技術。它通常通過釆用一定的壓力手段，在巖層的孔隙注入某些能與圍巖固結的楽液，從而增強巖體強度，使巷道圍巖體形成穩(wěn)定性高的新結構體，從而達到改善圍巖物理力學性質(zhì)的目的。注楽楽液可充填圍巖裂隙，將破碎巖體固結，改善圍巖結構，增加圍巖自身承載能力。目前注裝材料主要有兩大類型：水泥基材料和高分子材料，可根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件選取。

2.3卸壓支護

卸壓支護是在巷道掘進及服務期間，釆用人工的方法對圍巖的碎脹變形進行有控制的釋放，使巷道周邊形成的應力峰值向遠離巷道周邊的圍巖深部轉(zhuǎn)移，使巷道處于應力降低區(qū)中，以此達到有效維護巷道的目的。目前國內(nèi)外常用的卸壓方法主要是，在巷道圍巖中開槽、切縫、鉆孔或松動放炮；在受保護巷道附近開掘?qū)Ｓ玫男秹合锏馈?/p>

2.4錨注支護

錨注支護是兼有錨桿支護與注裝加固共同優(yōu)點的一種支護方式。在巷道開挖以后，對巷道圍巖進行噴楽封閉，防止圍巖進一步風化；然后在圍巖中打入注衆(zhòng)鋪桿進行注菜加固。注衆(zhòng)銷桿既有鋪桿支護的特點，又能通過此描桿對圍巖進行注衆(zhòng)。通過注裝、漿液充填、壓密裂隙空間，使圍巖由注裝前的無約束松散狀態(tài)變?yōu)橛慑^桿、裝體和圍巖共同作用的具有承受抗壓、抗剪切、抗拉等適應復雜應力、應變狀態(tài)的支護體。如焦作礦區(qū)古漢山礦主要運輸大巷布置在軟巖層位上，巷道變形破壞十分嚴重。

2.5鉆孔卸壓

通過在被保護的巷道圍巖內(nèi)鉆孔，使掘進引起的支撐壓力峰值向圍巖深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道處于應力降低區(qū)。同時，鉆孔還為巷道圍巖變形提供了一定補償空間，吸收一部分變形，從而減小巷道變形量。卸壓效果取決于鉆孔深度、鉆孔直徑、鉆孔的間距和排距。

2.6鉆孔松動爆破卸壓

在底板內(nèi)進行松動爆破后，出現(xiàn)眾多的人為裂隙，使得底板附近的圍巖與深部巖體脫離，原來處于高應力狀態(tài)下的底板巖層內(nèi)出現(xiàn)卸壓區(qū)，使應力轉(zhuǎn)移到圍巖深部。按照爆破位置的不同可分為底板爆破、側幫爆破及全斷面爆破等形式。卸壓爆破不僅能夠釋放煤巖體中所積聚的彈性變形能，而且卸壓爆破產(chǎn)生的松動圈本身存在受壓致密過程。在一定時間內(nèi)，可以使周圍煤巖體受壓變形量直接被爆破產(chǎn)生的松動圈吸收，從而減小表面巷道變形。

綜上所述，對于軟巖巷道的支護要以實際情況與科學測算為基礎。巷道支護的選擇必須以煤層和頂?shù)装宓牧W參數(shù)為依據(jù)，詳細研究軟巖巷道的圍巖穩(wěn)定性，分析原巖應力特點，以便采取科學的，合理的支護理論與支護技術，達到有效的巷道支護控制。

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