深井高應力軟巖回采巷道支護對策

李凱+楊長松

摘要：隨著社會對煤礦資源需求的日益增大，我國的淺層煤礦資源已經在逐漸減少。要想實現煤炭資源更好地開發和利用，煤礦開挖的深度就需要不斷增加，這也是目前煤炭行業發展的必然趨勢，但是這也帶來了較多的問題，比如形成了深井的高應力軟巖。針對高應力軟巖的性質，文章對深井高應力軟巖回采巷道支護對策進行了探究。

關鍵詞：深井；高應力；軟巖；回采巷道；支護對策

引言

新背景下，深部采礦已經逐漸成為了采礦行業所面臨的一個新的發展方向。現階段，我國已經進入了煤礦深部開采的階段，所以，對于深井高應力軟巖的防護方面逐漸累積了較豐富的實踐經驗，而且也在深部找礦方面獲得了較大的成就，但是在深井高應力軟巖工程回采巷道支護方面還存在較多的問題，要想更好地做好深井高應力軟巖回采巷道支護工作，相關企業就應該不斷對這方面進行研究。

1深井軟巖巷道變形特征與不穩定原因分析

1.1軟巖的定義

在我國煤炭行業中，還缺乏對軟巖的統一認知，但是一般情況下軟巖被視作“強度低、孔隙度大、膠結差、受構造面切割及風化影響顯著，或含有大量易膨脹粘土礦物的松、散、軟、弱巖層”。結合我國工程巖體的相關分類標準，可以將軟巖具體定義為“單軸抗壓強度在30MPa范圍以內的巖體”。對于軟巖來說，受強度、結構、礦物含量等因素影響，可以將其分為膨脹型軟巖、高應力軟巖、節理化軟巖和復合型軟巖四類。

1.2軟巖巷道的變形特征

軟巖巷道的變形特征主要包括以下幾方面：第一，圍巖的自穩時間短、來壓快自穩時間僅為幾十分鐘到幾個小時，巷道來壓快，需要立即支護或超前支護，方能保證巷道圍巖不致冒落；第二，圍巖變形量大、速度快、持續時間長一般巷道掘進后的第1-2d，變形速度小的5-lOmm/d，大的達50-100mm/d，變形持續時間一般為25-60d，有的長達半年以上仍不能穩定；第三，圍巖的四周來壓、底鼓明顯軟巖巷道四周來壓，如果底板不支護，支護結構將出現一個薄弱帶，巷道破壞首先就是從不設防的底板開始，又因底鼓導致兩幫移近和底腳失穩，直到片幫冒頂，巷道全部破壞；第四，圍巖遇水膨脹、變形加劇軟巖一般含有親水性很強的蒙脫石、伊利石等粘土礦物的巖石，這些巖石遇水后軟化，體積急劇膨脹，因而變形也更劇烈，產生很大的膨脹壓力。

1.3軟巖巷道不穩定原因分析

軟巖巷道不穩定原因主要包括以下幾點：第一，巖石膠結程度低煤層頂底板巖石都非常松軟破碎，易風化，遇水軟化、泥化；第二，巖石強度低煤礦軟巖多為泥巖、炭質泥巖等，單向抗壓強度都比較低由于巖石強度低，表現在圍巖松散、軟弱，在中等或稍高應力水平狀態下就能產生較大的圍巖變形，支護困難；第三，節理發育，巖體破碎雖然巖石強度高，但由于節理比較發育，巖體破碎，支護也十分困難所以，在巖塊強度高的節理化地層中，也可能表現出軟巖特征；第四，圍巖應力水平高巖石強度低是形成軟巖的重要因素，但這只是問題的一個方面巖石強度的高低是一個相對的概念，它與地應力緊密相聯如果巖體強度低，但地應力絕對值也低，就表現不出軟巖降征圍巖應力水平高，表現在：首先，隨著巷道開采深度的增加，一些原本穩定性較好的圍巖也顯現出軟巖的特征；其次，構造應力大主要是向斜、斷層所造成的擠壓應力和拉伸應力；最后，集中應力作用連接處巷道、受鄰近巷道掘進影響的巷道等，其圍巖均承受一定的集中應力，從而使圍巖由穩定狀態過渡到軟巖狀態。

1.4軟巖巷道支護原則

為了能夠較好地實現深部高應力軟巖巷道的支護，相關施工人員就必須遵循提高圍巖殘余強度、充分發揮圍巖自身承載能力、可縮性支護、二次支護等原則，這里的可縮性支護原則指的是結合柔性支護特點實現的可縮性支護，而二次支護原則則是指通過二次支護較好地保證巷道的穩定性。

2深井高應力軟巖回采巷道支護存在的問題

2.1巷道圍巖承受力不足

煤礦的巷道支護方式通常應用的是一種比較常見的錨桿支護形式，并沒有一定的加固處理，所以通過這種支護方式所形成的巷道圍巖本身的承受的能力就不足，負載的承受厚度不夠，一旦出現地質條件的變化或是圍巖的變動，就會給圍巖帶來較大的壓力，直接造成巨大的安全隱患。

2.2支護方式選取問題

若煤礦的支護采用工字型進行支護施工時，在建設初期，剛開始的時候支架所承受的壓力就是非常有限的，而且它對于巷道圍巖的約束能力也非常的有限，這就使得部分的變形是無法承受的，特別是在建設后期，圍巖壓力更大，支架往往也會由于不能承受住巨大的壓力而出現下沉、變形等現象，不僅使得原來的支護結構失去效果，同時給工程的進行帶來了阻礙，給巷道的通風、運輸、安全等帶來挑戰。

2.3高應力的增加

隨著巷道深度的不斷增加，高應力的產生和增加已經成為了一個主要問題，所以對于深井高應力軟巖的薄弱部位來說，會發生較大程度的變形或破碎現象，在受到其他的綜合性因素的影響之后，還會進一步擴散形成所謂的破壞區，使得圍巖的承重受到威脅。

3煤礦深井高應力軟巖巷道支護技術對策

3.1錨注支護機理

錨注支護技術其實就是一種使錨噴技術和圍巖注漿技術相結合的聯合支護技術，這一技術應用于煤礦深井高應力軟巖巷道支護工作中，具有較好的效果。對于錨注支護技術來講，錨桿既能用來錨固松散破碎巖層，也能將錨桿兼作為注漿管實現注漿加固，這就使得松散破碎巖體內錨注支護的運用能夠較好地形成堅實、牢固的著力基礎，進而提升圍巖的力學特性和強度，圍巖的自承能力也能得到較為充分的發揮，煤礦深井高應力軟巖巷道就可以得到較好的支護。

3.2注漿加固作用

錨注支護要想發揮出較好的支護效果，就需要注漿加固進行配合。對于注漿加固技術來說，若能夠保證注漿材料自身固結強度高、穩定性好、注漿工藝合理、裂隙充填密實、漿液與裂隙面粘結效果好，漿液就能夠較好地實現巖體的充實與強度的提升，自然就能夠較好地滿足煤礦深井高應力軟巖巷道的支護需求。

3.3選擇合理的錨桿支護形式

要想強化錨桿支護系統，就需要選擇科學、合理的錨桿支護形式。長時間的支護實踐表明，選擇高強度、高初錨力、高阻特性的錨桿系統，加強網梁帶的強度和剛度，以增強圍巖表面約束能力，限制圍巖變形破壞破碎區向縱深發展，這是進行深井高應力巷道支護需要解決的首要問題，也是支護的重要保障。

3.4實現巷道厚壁支護

要想實現深井高應力軟巖回采巷道厚壁支護，主要可以從以下幾方面進行：第一，要盡量采用全長錨固全螺紋鋼等強錨桿進行加固，這樣不僅可以增加圍巖自承圈的厚度，實現了厚壁支護，同時也增加了支護的安全性和使用價值；第二，要進行錨索加固，由于錨索長度較大，能夠深入到深部較穩定的巖層中，錨索對被加固巖體施加的預緊力高達200kN，限制圍巖有害變形的發展，改善了圍巖的受力狀態，增加圍巖自承圈厚度，實現厚壁支護；第三，改變支護結構，在巷道的兩底腳增加斜拉錨桿起到加固的作用。

結束語

總而言之，高應力的軟巖巷道具有較明顯的特征，特別是在巷道的變形方面。因此，要想確保深井礦的安全和穩定，相關企業必須做好軟巖回采巷道的支護工作，根據實際情況，制定科學支護方案，采取可行的支護對策，保障深部采礦工程能夠順利進行。

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