破碎軟巖回采巷道支護技術與設計原理

李軍軍

（晉煤集團晉圣鳳紅煤業公司,山西 晉城 048002）

破碎軟巖回采巷道支護技術與設計原理

李軍軍

（晉煤集團晉圣鳳紅煤業公司,山西 晉城 048002）

本文針對破碎軟巖回采巷道支護問題進行研究，從理論上分析支護技術機理以及支護技術的設計原則。對軟巖回采巷道變形的影響因素進行分析，實施支護過程中要結合礦區的地質構造和巖層分布情況決定具體選用何種支護方式。支護的出發點是充分發揮圍巖巷道的自承能力，采用多種支護技術的結合能夠增強支護效果，提高圍巖巷道的承載能力和抗壓能力，增強圍巖的完整性。

軟巖；回采巷道；支護；設計

早在20世紀50年代，軟巖問題就已經被提出。目前我國有30多個煤礦出現軟巖問題，軟巖巷道的圍巖控制已經成為影響煤礦生產的關鍵。事實上我國對軟巖問題非常重視，1958年便開始對軟巖巷道支護系統進行研究。并在“六五”、“七五”、“八五”期間陸續成為國家重點攻關項目[1]。幾十年來，在工程技術人員不斷創新、認真總結過程中形成了較為成熟的軟巖支護技術體系。但是隨著煤炭在不斷開采過程中，開采條件和開采難度不斷增加，部分礦區出現巷道圍巖變形、高應力環境以及持續流變的軟巖特性。這些問題的存在直接影響著煤炭開采工作的安全實施。因此，針對各個礦區的地質條件、圍巖應力等具體情況選擇合理的支護方式。探索正確的軟巖變形機理和圍巖控制理論，對礦區的高效高產具有重要的理論意義。

1 軟巖回采巷道變形因素和破壞形式

軟巖巷道發生變形后穩定性較差且難以控制，其影響因素是多方面的。涉及到到力學性質、環境因素、工程質量、應力作用等多方面。第一，軟巖回采巷道兩幫由煤組成，相比巷道頂部和底部巖層煤層的強度較低。巷道頂部和底部巖層多為砂質泥巖、泥巖或其他復合型巖層構成。其中最主要的礦物從成分是粘土，因此巖層多呈弱面發育，力學強度較低。第二，巷道開掘后，巷道環境發生變化，巖層中的裂隙水和靜水壓對軟巖層有侵蝕作用。軟巖產生物理化學反應后膨脹、濕化，圍巖的承載能力自然受到影響。軟巖巷道變形后周圍環境的不斷變化影響穩定性[2]。第三，施工過程中支護設計的不合理，施工管理不健全，用水管理較差等因素也會影響巷道不穩。保證施工質量加強工程管理能夠減少巷道失穩發生的幾率。第四，巷道開挖使圍巖的外力環境發生變化，圍巖從三個方向受力變為兩個方向受力，圍巖的平衡狀態被打破。軟巖回采巷道中，破碎區、塑性區和彈性區處于流變狀態。在地應力的作用下，加大巷道支護的難度，發生圍巖變形。地應力的作用也是影響巷道變形的基本因素，在各因素中起決定性作用。軟巖回采巷道發生變形的影響因素多種多樣，各因素是相互交叉、共同影響發生作用的。

破碎軟巖具有力學穩定性，但由于應力發生變化穩定性被破壞、抗拉強度變低等原因造成巷道變形。在圍巖受力條件發生變化后，在垂直應力作用下巷幫煤體發生變化遭到破壞，支撐力下降，抗壓強度降低。破壞形式主要是頂板巖石下沉出現裂縫和碎塊。

2 破碎軟巖支護技術

破碎圍巖承受力下降，要選用合理的支護方式，否則會造成巷道的嚴重變形。為保證礦井的正常運行，對圍巖加固保持其整體性，起到穩定支護的作用。破碎軟巖支護技術與硬巖不同，軟巖巷道支護要讓軟巖進入塑性狀態，通過塑性能的發揮增強圍巖自身的承載能力。支護設計原理有：錨桿支護、注漿作用支護、鋼筋網支護等。

錨桿支護法。主要通過錨桿與錨索共同加固圍巖的作用，提高圍巖支護體的承載力。錨桿—錨索支護技術的設計原理是保證圍巖達到穩定時的變形量小于錨索的延伸量。通過選擇錨桿支護形式和參數保持巷道圍巖的穩定[3]。如果是復合頂板和淋水大的巷道，為保證支護效果，要采用錨桿—錨索復合加固。其他形式可以單獨使用錨桿支護技術。具體使用過程中，一般在巷道開挖初期，圍巖破碎情況較少。這時可以采用錨桿技術進行支護。隨著開采量和強度的增加，圍巖變形增大軟巖，可以對破碎軟巖使用錨桿—錨索聯合支護，錨桿與錨索相互取長補短達到二次支護的作用，控制圍巖變形。在具體實施過程中還需要注意采用合理的支護方法和設計。錨桿錨索的支護參數按照力學特性進行設計，將二者結合設計，而不是單獨設計參數。使用此項支護技術的關鍵在于錨桿、錨索支護參數的設定要密切結合巷道圍巖條件。

注漿作用支護法。通過注漿支護法保證頂板和兩幫的穩定，增強支護的穩定性和整體性。注漿轉移頂頂上的壓力到兩幫，使其加固。同時也能減少底板的承載負荷、巖石應力。從而保證底板、兩幫和頂板穩定。注漿支護法的作用有：一是注漿能夠膠結破碎巖石，將破碎巖石變為一個新的整體性結構，增強巖體受力能力。此方法是通過改變圍巖自身的承載力來支護整體。二是注漿支護與錨桿支護結合，注漿后擴散到錨桿里，形成整體共同承擔壓力。加大了整個支護結構的承載力和支護范圍[4]。三是漿液還可以填充圍巖縫隙，加固圍巖，再與錨噴形成合力組成多層組合拱，增強完整性。四是注漿能夠將錨桿變為全長加固錨桿。錨桿的可靠性能增強。五是組合拱的形成增強了底板的厚度，減少底板巖石承受的壓力，提高支護結構的適應性和承載能力。

錨網支護技術。錨網支護技術與以往支護技術的不同在于，錨網支護是主動地控制圍巖變形，提高圍巖的完整性和抗壓能力，通過加固松動圈適應軟巖變形特征，充分發揮軟巖自身的承壓能力。對裂縫數量和寬度進行限制，使噴層更有柔性，均勻分布應力，防止局部受損。此外還能起到提高組合拱質量和支撐能力的作用。

3 軟巖回采巷道支護設計

針對趙莊煤礦破碎軟巖回采巷道的實際情況，對軟巖回采巷道的支護工作改變單一的頂板加固方法，還要注重巷道兩幫和底角部分的承壓能力。在設計支護方案時要將控制與適應相結合，不再是單純的被動的適應圍巖變形，而是采取主動與被動相結合的方式，設計新型聯合的支護結構提高軟巖回采巷道的承載能力。保護支護結構的完整性避免支護失效。注漿與其他支護技術的結合，對軟巖回采巷道底部裂隙和兩幫進行封閉，防止圍巖被水侵蝕和風化，保持巷道圍巖的穩定[5]。

設計軟巖巷道支護方案時要遵循以下原則：第一，要分析礦區軟巖巷道的特點，支護時充分利用軟巖自身的承載能力，支護目標是保持巷道受力均勻、減少變形。優先選擇錨桿支護、注漿支護等主動加固支護技術，強化圍巖支撐結構。第二，要做好充足前期準備工作，仔細分析當地礦區軟巖性質、力學特性和參數等。支架形式要可伸可縮，保證支撐力的同時也可以縮讓。第三，遵循及時性和適當性的原則。支護行為要及時，一旦發現有圍巖變形趨勢馬上采取支護措施，抑制圍巖變形。加固與支護相結合，針對變形程度進行讓壓和加固。加固與支護結合、讓壓與卸壓共用。第四，改變單一的支護方式，采取多種支護共用，不同支護技術相結合的方式。充分發揮各支護技術的優勢特長，把握時機優化選擇。第五，如果需要二次加護，則要合理確定支護計劃，注意兩次支護間隔時間要合理。第六，工程支護方案的確定要實事求是，結合地區地質構造、巖層特點、位置等因素。支護過程中及時調整，優化支護參數。保證工程質量的前提下，盡可能的降低成本，提高經濟效益。

[1]孫玉寧,周鴻超,周建榮等.半煤巖軟底巷道底鼓控制技術[J].采礦與安全工程學報,2007,24（03）：340-344.

[2]何亞男,賀永年,吳振業等.控制軟巖回采巷道變形與底臌的一種新型聯合支護.見:第二屆國際采礦科學技術討論會論文集[A].徐州:中國礦業大學出版社,1991：939-946.

[3] 陳炎光,陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業大學出版社,1994.

[4] 李沖,李德忠.軟巖回采巷道底鼓的機理和防治[J].煤礦安全，2006(06).

[5]盧學鋒,張紅軍,錢自衛.松軟煤幫巷道支護方案的比較分析[J].礦業安全與環保,2011,38（03）:45-47,51.

李軍軍（1976-），男，山西澤州人，研究方向：礦山開采。