深部松軟煤層巷道支護技術研究

摘要：在煤礦開挖工程中，對于煤礦深部松軟煤層巷道支護施工時，掘進過程會伴有大量的頂幫劈冒、相對位移量大，造成嚴重的圍巖破壞。因此，必須針對煤層巷道采取加強支護措施。文章就深部松軟煤層巷道支護技術進行研究，結合工程實際特點，制定合理的巷道支護方案，有效控制圍巖變形，提高施工質量。

關鍵詞：深部松軟煤層；巷道支護技術；煤礦開挖；圍巖變形；巷道穩定性 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD353 文章編號：1009-2374（2015）01-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0079

通常在煤礦挖掘過程中，如果遇到深部松軟的煤層巷道施工，在圍巖承載結構中，兩幫與底板松軟、破碎都是主要的薄弱因素。在進行巷道開挖施工時，兩幫很可能發生破壞，失去穩定性，也造成巷道頂底板穩定性受到威脅。因此，有效地控制松軟煤層中的巷道穩定性，就必須采取合理的措施對煤幫進行加固，目的是為防止圍巖產生過大變形量，保證巷道維持其穩定性。

1 深部松軟煤層巷道支護技術的研究意義

深部松軟煤層巷道的特點主要為：布置巷道工作困難，巷道的圍巖強度低，一般的巷道都是呈拱形或者梯形斷面的結構，且大部分都是回采巷道，采礦影響很大，礦壓顯現劇烈。在實際的施工過程中，往往會因為遇到一些斷層、火成巖等地質構造原因，影響巷道圍巖的性質，比如造成煤體碎裂、支護困難等。在一般的回采巷道中，支護施工基本都是采用U型鋼等棚架支護方式，這種方式不僅成本較高，支護效果不好，而且使用過程中還要經常性地進行翻修，大大降低了生產效率。

一般而言，傳統的巷道支護設計存在圍巖荷載不明確、支護參數選取不規范、缺乏針對性等問題。同時，由于支護方式過于單一，且多數是被動支護，施工過程缺乏對圍巖和支護結構動態的實時監控，造成無法及時反饋的情況；另外，施工時，缺乏準確、及時的險情預報工作等都是造成煤礦生產種種問題的因素。對于煤礦深部松軟煤層條件的巷道支護技術控制更是當前多數煤礦企業主要關注的問題。

2 煤層巷道圍巖的主要破壞類型和影響因素

2.1 煤層巷道圍巖的主要破壞類型

煤層巷道圍巖破壞類型一般分為剪切與復合破壞、拉伸破壞、重剪破壞以及潮解膨脹破壞四種。其中剪切破壞一般發生在巷道兩幫中，如果支護結構強度不足以承受剪切應力的時候，巷道的兩幫圍巖就會產生剪切破壞。而另一種常見的拉伸破壞則還可以分為拉裂破壞與折斷破壞，一般發生在矩形的巷道頂板中，因拉應力與上部圍巖應力作用導致巷道頂板徑向受拉而產生的冒頂現象。另外，因為巖層的節理裂隙結構弱面的強度不夠，受到的剪切力大于抗剪強度，就會導致圍巖沿結構弱面產生剪切破壞，這種現象就稱之為重剪破壞。而潮解膨脹破壞則是由于煤層巷道的頂底板巖層中，因為常常有泥巖、頁巖等巖層，且這些巖層中含有大量的膨脹性礦物，一旦在潮濕的井下環境中，就會發生風化潮解，遇水后嚴重影響圍巖的強度。

2.2 煤層巷道失穩變形的主要影響因素

在實際的煤礦開挖過程中，圍巖自身強度與完整性、工程的地質條件、巷道開挖與支護方式以及巷道位置等都是造成煤層巷道失穩的主要因素。另外，巷道的斷面結構與尺寸、相鄰工程的影響、護巷煤柱的尺寸以及采動影響等因素也會對巷道造成一定的變形。根據林西礦的巖性分析來看，煤礦深處的松軟煤層中，揭露出來的煤巖體比較松軟，裂隙逐漸發育，一旦遇到水就會形成少量的膨脹變形。由于兩幫煤體呈現較為松軟、破碎的性質，在巷道開挖后的短時間內會出現大量的片幫，這樣不僅會加劇頂板下沉，更會造成不同程度的底鼓。此外，巷道穿越構造破碎帶的圍巖也比較破碎，會產生高強度的碎脹壓力導致碎脹變形。

3 深部松軟煤層巷道支護技術設計研究

3.1 巷道支護錨桿施工工藝

錨桿施工技術是巷道支護施工的重要技術，錨桿技術施工時需要注意以下六點：（1）要保證錨桿眼的準確，允許眼位誤差在50mm范圍內，錨桿眼深度應與錨桿長度相匹配，并且要嚴格按照規程要求來操作。在錨桿眼確定定位后，應及時清理眼孔，把眼內的煤（巖）粉等渣滓清理干凈；（2）在錨桿的鉆孔底部采用CK2333樹脂錨固劑經充分攪拌后錨固，采用錨桿拉力計來測定錨桿的錨固力，設計出科學合理的預緊力與施工安裝扭矩；（3）合理設計頂幫錨索的預緊力和錨固力，嚴禁隨意截短藥卷或者鋼絞線；（4）錨桿的托盤必須保證已經壓緊金屬網，再用錨桿機帶動專用連接套來緊固，以免松動造成離層；（5）在進行打錨桿的環節中，必須保證要在有臨時安全支護條件的環境下進行，并且還應安排專人對頂板進行監護，發現問題及時進行處理；（6）適時采用加密錨索聯合支護，該支護方式的優點在于能夠通過錨索將挖掘出深部松軟煤層的強度，與淺層的支護結構、巖體形成多層有效結合，兩者共同作用，達到控制頂底板及兩幫相對移近量的目的。此套技術是目前用來解決深度松軟煤層巷道支護困難的有效

措施。

3.2 深部順槽耦合支護設計工藝

耦合支護設計有幾個支護參數設計需要特別注意：頂錨桿、幫錨桿、錨索、鋼筋網以及復合托盤等參數。錨桿長度應根據巷道表面的位移監測結果來判斷，如果巷道表面的位移變化趨勢超過了巷道的運行變形范圍，就需要加大錨桿的長度來改善支護效果。圍巖的變形主要有兩種：一種是錨固范圍內巖體自身的體積膨脹，另一種則是錨固區的巖體相對于穩定區巖體的相對移近量。另外，為保證巷道的穩定性，錨索應該保證要錨固到穩定的巖層內，如果圍巖比較破碎，需要適當加密網孔，使得網與網之間逐扣連接。而根據錨桿的變形量來看，錨桿的收縮量越小，圍巖的變形量就會更大，采用復合托盤的方式就可以解決兩者的差異變形，達到錨桿和圍巖耦合的目標。

3.3 現場支護監測分析

煤礦的巷道開挖會在一定范圍內影響圍巖的原始應力平衡狀態，會導致應力重新分布并出現應力集中的現象，由原來的三相應力變為雙向應力狀態，導致力學性能降低，圍巖強度也隨之降低。經過重新分布的圍巖應力大于圍巖強度時，就會出現一定區域的破壞，圍巖出現了塑性變形，并且有可能向深度擴展成為塑性區。而塑性區的范圍的圍巖強度降低，就會發生破裂和滑移，導致頂板離層、底板鼓起等現象。

采用現場支護監測主要就是聯合監測巷道圍巖的表面位移與錨桿軸力，在圍巖的表面設置測量點，在錨桿上安裝測力計，通過分析圍巖的收斂變形量與測力計的觀測值來確定圍巖和支護結構的穩定性。該種監測方法不僅能節約成本、節省時間，更是反映錨桿工作實時狀況的重要技術。

4 結語

總之，對于控制煤礦深部松軟煤層巷道支護的施工質量還有很多種方式，只要充分運用工程地質學、巖體力學或者軟巖工程力學等進行分析，理論知識與工程實際有機結合，給出科學合理的控制機制與綜合措施，就能有效提高工程質量，達到一次成巷的目的。

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作者簡介：吳培益（1973—），男，安徽人，唐山開灤林西礦業公司安全管理部采煤工程師，研究方向：井工煤礦安全技術。

（責任編輯：蔣建華）endprint