煤礦軟巖工程地質(zhì)特征研究

摘 要：在工業(yè)蓬勃快速發(fā)展之下，對于能源的開采以及利用工作具有了更加艱巨的任務(wù)。尤其是煤礦的開采。由于煤礦開采所遇到的地理環(huán)境多樣，地質(zhì)特征復(fù)雜，在開采過程中經(jīng)常會遇到比較棘手的地質(zhì)狀況，軟巖就是其中之一。本文將針對煤礦軟巖工程地質(zhì)特征進(jìn)行研究分析，了解這一地質(zhì)特征為煤礦開采帶來的技術(shù)難題，希望可以提出相應(yīng)的有效的解決辦法。

關(guān)鍵詞：煤礦軟巖；工程；地質(zhì)特征

軟巖地質(zhì)在煤礦開采中是一種比較常見的疑難問題，最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)初，自發(fā)現(xiàn)之日起，被列為世界性的難題。在煤礦生產(chǎn)中，這一問題至今仍有待解決。由于軟巖的強(qiáng)度差，具有風(fēng)化膨脹、破碎、軟弱、松散的特征，在進(jìn)行煤礦開采時遇到這一狀況容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，在軟巖地質(zhì)的條件下進(jìn)行煤礦開采工作，對開采技術(shù)具有嚴(yán)格的要求[1]。

1 軟巖的物理力學(xué)特性

軟巖是一種強(qiáng)度較低、膠結(jié)程度較差、孔隙度大、受風(fēng)化影響與構(gòu)造面切割的作用較大的松、軟、散的巖石。這些巖石都是在地質(zhì)作用下天然形成的。軟巖的物理力學(xué)特征提出具有一階段性，最早軟巖的物理力學(xué)特性僅僅與其單軸抗壓強(qiáng)度有關(guān)，單軸抗壓強(qiáng)度為0.5-25MPa范圍內(nèi)的巖石被成為軟巖[2]，但是隨著研究的進(jìn)一步深入，許多學(xué)者認(rèn)為僅憑這一指標(biāo)對巖石進(jìn)行定性不具備科學(xué)性。目前，研究認(rèn)為，在上述條件下，巖石的工程巖體強(qiáng)度不大于工程荷載，并且?guī)r體的允許變形不大于巖體變形，當(dāng)這兩個條件同時成立時，才能判斷巖體是軟巖。

2 軟巖的特征

軟巖中具有大量的泥質(zhì)成分，這些是造成軟巖變形性較大的主要原因。軟巖的具體特征表現(xiàn)為膨脹性、流動性、可塑性、崩解性以及易擾動性[3]。下面將對這些性質(zhì)進(jìn)行具體分析。

（1）可塑性。在煤礦開采過程中，由于開采需要對軟巖施加了相關(guān)的工程力，軟巖在工程力的作用下產(chǎn)生變形的特性被稱為可塑性。不同節(jié)理的軟巖的可塑性不同，可塑性主要會引起軟巖在工程施工中的變形，產(chǎn)生不穩(wěn)定性。同時軟巖的可塑性會造成巖石含水過多，導(dǎo)致強(qiáng)度的下降，具有流動性的安全隱患。

（2）膨脹性是指軟巖在外力作用下會出現(xiàn)體積增大的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的不良影響是產(chǎn)生巖體的開裂，導(dǎo)致穩(wěn)定性以及強(qiáng)度下降，為煤礦開采帶來安全問題。

（3）易崩解性。軟巖在水作用以及其它外力的作用下容易出現(xiàn)崩解的現(xiàn)象。在進(jìn)行巷道工程施工時，這一特性會引發(fā)空面崩裂的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是軟巖易崩解性下的不均勻的裂隙發(fā)育產(chǎn)生局部集中的應(yīng)張力。在這種應(yīng)張力的作用下，裂隙尖端會發(fā)生擴(kuò)張與崩裂形成對巷道臺階對稱性的破壞力。

（4）流變性與易擾動性。軟巖的流變性與易擾動性的主要表現(xiàn)是其巖體的不穩(wěn)定性。對于煤礦開采中的巷道工程而言，軟巖的流變性與易擾動性所帶來的不穩(wěn)定性會對巷道工程的支護(hù)帶來不利的影響，為巷道支護(hù)帶來施工技術(shù)上的困難。

3 煤礦軟巖工程相關(guān)問題的解決方案

在軟巖地質(zhì)中進(jìn)行煤礦的開采，主要需要解決的問題就是巷道支護(hù)。由于軟巖的強(qiáng)度低、水理性較差、流變性較強(qiáng)、軟弱面較多、各項異性特征明顯，在煤礦開采中進(jìn)行軟巖地質(zhì)的巷道支護(hù)具有一定的難度[4]。經(jīng)過長時間的實踐研究，在對軟巖地質(zhì)進(jìn)行巷道支護(hù)時需要注意一下五個方面的問題。

（1）對巷道支護(hù)中所涉及的錨、網(wǎng)、梁、噴進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。這樣的一種支護(hù)形式將幾種工序集中在一起進(jìn)行，具有復(fù)合性，同時，這種支護(hù)方式也是一種主動式的支護(hù)形式。基于它的這樣的特點，其應(yīng)用范圍一般為：用于頂板初始變形比較劇烈、側(cè)壓小頂壓大的地質(zhì)條件支護(hù)。它與錨、網(wǎng)、噴相結(jié)合的支護(hù)形式具有一脈相承的特點，其支護(hù)工藝是在的錨、網(wǎng)、噴相結(jié)合的支護(hù)工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行發(fā)展而來。主要采取了將錨梁布置于巷道頂板上的方法，每兩根金屬桿為一組，每根錨梁使用4組金屬錨桿進(jìn)行固定。

（2）對巷道支護(hù)中所涉及的錨、網(wǎng)、噴進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。這是一種柔性主動支護(hù)。在地質(zhì)條件相對簡單，埋藏淺，沒有顯示明顯壓力的區(qū)域中進(jìn)行巷道支護(hù)通常會采取這一形式。主要工藝是通過冷把電焊鋼筋網(wǎng)、樹脂藥卷錨固結(jié)合金屬圓鋼麻花錨桿進(jìn)行，然后采取噴漿加固。

（3）對巷道支護(hù)中所涉及的U型鋼棚、工字鋼棚以及噴漿進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。這是一種柔性被動支護(hù)，在圍巖穩(wěn)定性不強(qiáng)以及地質(zhì)條件簡單的回采巷道支護(hù)中通常會用到這樣一種方式。這一支護(hù)形式的優(yōu)勢是：施工工藝簡單，對巷道頂板的維護(hù)快；提高了施工速度。

（4）對巷道支護(hù)中所涉及的U型鋼棚壁后充填混凝土進(jìn)行永久支護(hù)。這是一種復(fù)合支護(hù)且具有全斷面封閉式的特點。在圍巖初始變形劇烈，持續(xù)變形時間長，全斷面塑性擠入，斷層弱化帶及海域動壓影響條件下的巷道支護(hù)中常采用這種形式。這一支護(hù)形式的優(yōu)點是強(qiáng)度高，可塑性大，巷道有一定范圍的允許變形量，支護(hù)體處于整體承力的狀態(tài)，具有較好的支護(hù)效果。

（5）采取注漿加固支護(hù)的方式。這一支護(hù)形式主要是通過配合其他支護(hù)形式來發(fā)揮作用的。一般在復(fù)合支護(hù)中注漿加固支護(hù)具有主動性。被廣泛應(yīng)用于圍巖塑性變形后次生裂隙發(fā)育以及圍巖原生裂隙發(fā)育的巷道支護(hù)中。其注漿方式為滯后迎頭打設(shè)注漿錨桿。巷道圍巖的自撐能力通過圍巖注漿加固得到了提高。例如，在陽煤集團(tuán)寺家莊煤礦巷道加固工程中，針對軟巖狀況進(jìn)行了注漿加固技術(shù)方案的應(yīng)用，通過采用波雷因注漿材料，使該礦+510水平輔助運輸石門8號交岔點的破碎圍巖得到了有效控制，巷道支護(hù)效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，在煤礦軟巖工程中，由于軟巖的自身性質(zhì)，為煤礦的開采施加了阻力，尤其是在煤礦工程的巷道支護(hù)方面。在長期的實踐中的出相關(guān)經(jīng)驗，對巷道支護(hù)有了一定的對策，這對煤礦軟巖工程的發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。同時基于煤礦軟巖工程的一定的技術(shù)難題，在對軟巖的物理力學(xué)特征以及一般特征表現(xiàn)進(jìn)行分析之后，在未來的煤礦開采中一定會將這些問題各個擊破，促進(jìn)煤礦軟巖工程的開發(fā)、建設(shè)，實現(xiàn)煤礦開采的安全性以及高效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]何滿潮，景海河，孫曉明.軟巖工程地質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2010，01（30）：46-62.

[2]何滿潮.中國煤礦軟巖工程地質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展[J].煤，2010，01（34）：6-11.

[3]王子忠.四川盆地紅層巖體主要水利水電工程地質(zhì)問題系統(tǒng)研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報，2011，01（30）：12-15.

[4]趙術(shù)江.新疆沙吉海煤礦復(fù)合型軟巖破壞機(jī)理及支護(hù)對策研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報（北京），2014，02（30）：23-26.