深部軟巖巷道支護技術研究

摘要：隨著煤礦開采深度的不斷增加，巷道在高應力的復雜力學環境中，圍巖松軟破碎，巷道變形量大，難以控制，給礦井安全生產提出了更高的要求。通過研究深部高應力軟巖巷道的變形特征及最佳支護時段，改變傳統單一支護的局限性，提出了軟巖巷道的聯合支護技術，能夠有效的控制圍巖變形，提高巷道的穩定性，保障煤礦安全生產。

關鍵詞：深部;高應力;軟巖;最佳支護時段;聯合支護

中圖分類號：TD35

隨著煤炭行業不斷發展，淺部煤炭資源日益減少，煤炭開采深度不斷增加，礦井逐漸進入深部資源開采階段。隨著開采深度增加，巷道圍巖在“三高一擾動”的復雜力學環境下，巷道表現出底臌嚴重、兩幫移近量大，支護困難，給深部應力軟巖巷道支護提出了嚴峻的挑戰。[1-2]目前，深部軟巖工程已經成為國內外研究的重點領域。研究軟巖巷道支護技術，最佳支護時段，對控制巷道變形，保證礦井安全生產，開采深部煤炭資源的具有重要意義。[3]

1 軟巖巷道特征

根據圍巖松動圈理論，巷道開挖破壞了原應力狀態，造成圍巖應力場重新分布，在其周圍形成破碎區、塑性區和原巖應力區，區域大小與圍巖巖性及巷道斷面大小有關。深部高應力軟巖巷道開挖，破壞了圍巖的整體性，應力向其周圍釋放，巖體的承載力下降，如果支護不及時，巷道變形破壞嚴重，頂板下沉量增大。[6]

軟巖巷道開挖初期表現出變形速率大的特征。巷道掘進引起應力重新分布，且速度快。如果支護不及時，容易發生冒頂、片幫等事故。在高應力環境下軟巖的承載力大大降低，軟巖巷道變形表現出時效性。初期來壓快，自穩時間短，由于巖體松軟，流變時間長，增加了巷道支護難度和維護費用。[4-5]

2 軟巖巷道支護技術

2.1 軟巖巷道支護原理

軟巖巷道支護在于提高巷道圍巖的自承能力。為有效控制圍巖變形，提高巷道穩定性，要根據圍巖屬性，分析其來壓規律，及時調整支護技術，使支護結構及其技術不斷適應圍巖變形活動規律。

為有效控制巷道圍巖變形，提高巷道整體性。應改變傳統的單一支護結構，采用耦合支護，錨注結構、二次支護等技術。同時綜合考慮，采取卸壓、加固和支護相結合的方法，充分卸掉高應力區的壓力，對大變形區進行讓壓處理，整體加固松軟破碎的區域。再者，對巷道圍巖變形進行監測，并根據監測結果及時調整支護參數。

2.2 軟巖巷道聯合支護技術

巷道支護在于控制圍巖的破脹變形。采用單一支護方式效果差，無法保證煤礦的安全生產。因此，根據巷道地質條件、開挖斷面、服務年限、支護材料強度等因素，選擇合理的支護方案，有效控制圍巖變形，現針對軟巖巷道采取的支護技術加以說明。

（1）錨桿（索）網+鋼帶+梯形棚聯合支護。采用先讓后強的思想，有效的結合了傳統剛性支護和柔性支護。巷道開挖初期采用錨桿網+鋼帶支護，提高巷道圍巖的強度，控制圍巖變形。待變形穩定后，采用架棚剛性支護，為圍巖提供支護阻力，有效控制巷道變形。

（2）錨網噴二次支護。軟巖巷道圍巖的自身承載能力較差，加重了支護結構的負擔，必須通過有效的方法提高圍巖強度，改善圍巖的承載能力，提高支護效果。巷道開挖后首先進行錨索網支護。然后，噴射混凝土封閉暴露的巷道圍巖，與錨索共同形成承載環，既改變了圍巖的應力狀態，又可以讓巷道圍巖壓力充分釋放，最后對巷道進行二次噴漿支護。

（3）錨索網+U型棚聯合支護。巷道頂板比較復雜的情況下，采用錨索+梁+網聯合支護的方式。根據懸吊理論，首先將錨索錨固到上覆穩定巖層中，提高巷道圍巖的穩定性。然后再安裝支護梁，提高圍巖整體性，進一步改善支護效果。同時，在兩幫的棚腿安裝錨桿，提高兩幫支護強度。

3 最佳支護時間和最佳支護時段

3.1 最佳支護時間

即可以使（PR+PD）同時達到最大的支護時間，其中PR為圍巖支承力，PD為以變形轉化的工程力，其意義如圖1所示。圖中顯示，（PR+PD）～t曲線最大值點對應的時間TS就是最佳支護時間。同時，該點也是PD～t曲線和PR～t曲線的交點所對應的時間。[7]

3.2 最佳支護時間段

實際工程中難以準確掌握最佳支護時間，所以采用最佳支護時間段的概念，其意義如圖2所示。只要在最佳支護時間TS附近對巷道進行永久支護，基本上可以使PD和PR同時達到優化意義上的最大。這樣，（PR +PD）→MAX也就自動滿足。[7]

4 結語

巷道支護主要是采取有效方法對圍巖進行加固，改變圍巖的應力狀態，控制圍巖變形。支護形式改變單一支護，采用聯合支護，提高圍巖的整體強度，改善巷道圍巖的承載能力，有效控制巷道變形，達到控制巷道圍巖變形的目的，提高了軟巖支護效果。

參考文獻：

[1]孟慶彬，韓立軍，喬衛國，等.唐口煤礦深部軟巖巷道支護技術研究[J].西安科技大學學報，2012，32（02）：164-171.

[2]何滿潮，景海河，孫曉明.軟巖工程地質力學研究進展[J].工程地質學報，2000，8（1）：56-62.

[3]何滿潮.深部巖體力學與工程災害控制研究現狀與展望[A].2009—2010巖石力學與巖石工程學科發展報告[C].中國巖石力學與工程學會，2010：10.

[4]劉高，聶德新，韓文峰.高應力軟巖巷道圍巖變形破壞研究[J].巖石力學與工程學報，2000，19（6）：726-730.

[5]佟利.二次耦合支護技術在礦井軟巖巷道中的應用[J].科技風，2011（22）：145-146+151.

[6]王金龍.二次耦合支護技術在礦井軟巖巷道中的應用[J].科技信息，2012（30）：385.

[7]趙曉央.煤礦軟巖巷道支護應用管理[J].機械管理開發，2016-155（3）：62-63.

[8]何滿潮，景海河，孫曉明.軟巖工程地質力學研究進展[J].工程地質學報，2000（01）：46-62.

作者簡介：王猛（1998-），男，山東泗水人，本科，主要從事煤礦巷道變形破壞與支護研究。