高應力軟巖下礦井巷道支護措施探討

＊李 靖

（華陽集團開元有限責任公司 山西 045400）

引言

由于我國采礦的深度越來越大，危險系數也越來越高。因此每年都會發生軟巖地質災害，經常存在著事故導致停產，所以應該在開采煤礦的過程中將安全問題放在首要位置。尤其在開采深度較大的煤礦時，由于煤礦上方與兩側承受的應力越來越大，保護的支護結構也非常的不穩定，就會在作業的過程中存在很大的安全隱患，所以應該采取相關措施對礦井巷道支護進行保護。

1.高應力軟巖概述

高應力是一種特殊的巖體，它與常規的軟巖有較大區別，有些研究專家認為高應力巖石位于應力較高的地區，這種巖體在不同情況下會表現出不同特征，如處在地表或者其他較淺的區域下會非常堅硬，表現出的并非軟巖的特征。處在應力較大的地下深處時會表現出多種力學特征。如巖石處于地表或者淺層區域，巖石的彈性與強度就比較大，巖石處于深層區域就會具有和普通巖石相似的特征。

有很大一部分高應力巖體表現出了和普通巖體不同的特征，因此被視為特殊巖體。這種巖體大多數都是非常堅硬的，因為它們處于地表深層，上端具有很強的壓力，要承受住巨大的應力，所以巖石的強度和彈性都較小，并且內部的流變性強，所以才呈現出了高應力狀態具有和普通巖石相似的特征。

高應力巖石多為碎裂結構，巖石強度較大，在挖道采礦時巖體會發生變形，巖石甚至會下落將巷口封住。因此為了完成深度開采，提高巷道結構的穩定性，相關技術人員應該根據實際情況調整礦井巷道的支護方案，采取恰當的支護作業對策。

2.高應力軟巖巷道的破壞特征

對于高應力巖石的闡述可知，在礦井巷道的挖掘過程中巖體的壓力越來越小，就容易讓周圍的巖石變成軟巖。所以在開鑿巖體的過程中會表現出于普通巷道不同的特征。它的變形特征主要體現在以下三個方面：首先，高應力巖石會產生幾厘米甚至幾十厘米的形變，這種形變在一開始挖掘時變化最快。因為在一開始圍巖的變化速度最快，高應力軟巖也快速變形。其次，在挖掘的過程中周圍物體的流變性逐漸變強，在巷道難以支撐住挖掘產生的流變力時就會使巷道支護結構失去支撐的作用，導致巷道變形嚴重，甚至坍塌發生危險事故。第三，變形具有一定時效性，如果變形已經超過了巷道支護結構的承受力，就會產生新的流變，這就會導致巷道難以適應，發生失衡，也會造成圍巖的嚴重變形。在對高應力軟巖巷道進行挖掘的過程中應該考慮它的埋藏深度越大，圍巖的強度越大，破壞性也非常大，所以在挖掘的過程中較為困難。并且巖石對應力干擾變化比較敏感，在軟巖形成之后，所表現出來的變形特點和硬巖是有本質區別的。軟巖的這一特點導致了它的開采難度較大，因此需要采取科學的手段進行支護結構的防護，將危險性降到最低。

3.高應力軟巖巷道支護原理

根據對軟巖屬性的研究以及巷道的特點可以看出軟巖有多種變形機制。圍巖一旦受到外力影響不可恢復形狀，就造成了塑性形變。如果施加的應力大于硬巖所能承受的極限，就會呈現出巖石的塑性特征，硬巖巷道中的圍巖就難以繼續再承載重力，這時候發生的形變是永久的，不可能在恢復到原狀。而軟巖有著特殊性，在挖掘軟巖巷道時可以發現軟巖的可塑性更強，在軟巖進入到可塑狀態之后還具有一定的承受能力，如果能夠將軟巖的塑性釋放出來，就可以讓巖石的彈性加強，在發生形變之后應力不會完全消失，還可以進行彈性變形。由此可見，在設計軟巖的支護設施時，應該考慮如何釋放軟巖空間與時間。根據研究表明，在挖掘巷道的過程中圍巖會發生變形，其中變形的速度在每個階段是不同的，通過形變速度進行劃分，可以將其分為加速、恒定、減速三個階段，在進入到加速變形階段時，首先在變形過程中有減速現象的發生，這一階段圍巖的應力強度不大。第二個階段是在恒速變形階段，這一個階段圍巖的彈性較大，即使發生了形變也能夠支撐住。第三個階段進入到了減速階段，這一階段圍巖由于承受住了太多的重力，巖石表面和內部都增加了裂紋，圍巖的整體結構都發生了變化。由此可見，在一開始減少變形的階段，巖石還沒有產生太大的變化，所以不是最佳防護的階段，在進入加速變化階段已經發生了嚴重的形變，失去了防護的效果，也不應該在這一階段進行防護。而在恒速變形階段能夠讓巖石發生變形產生的應力以及圍巖的彈力都達到最優，所產生的損失最小，所以應該在恒速變形階段建立防護。

4.高應力軟巖下礦井巷道支護措施

(1)對低應力地段進行研究

煤礦開采是一項高危險性的生產活動，所以支護防護工作在采礦工程中具有重要的價值意義。我國的很多采礦研究人員對支護防護手段進行了大量研究，但是還是存在著很多方面的問題，而在采礦過程中地應力是影響采礦工作的最直接影響因素。在傳統的采礦工作中很少認識到地應力的影響，在造成了嚴重的后果之后就會影響到礦井的安全性能。所以相關安全防護工作人員在開采巷道的過程中應該意識到低應力會導致采礦工程的變形與破壞，并采取不同措施應對低應力地段。而低應力地段是不易檢測出來的，需要專業技術人員進行檢測。相關人員需要了解巖體力學等方面的知識，準確的對巖體的特征、穩定性進行分析和計算，這樣能夠對礦井可能發生的情況進行預測，從而有效的解決掉采礦和設計中存在的問題。其次，有些地段有很多破碎點，內部的紋路數量繁多，研究人員應該具備豐富的理論知識和實踐經驗，能夠對低應力地段的情況進行分析。如重力以及構造運動都會造成低應力，相關工作人員應該對物理學知識進行研究，還應該使用專業的勘察工具隨時檢驗巷道環境，從而保證施工的安全性[1]。

(2)提高軟巖開采技術

軟巖巷道的開采是一個復雜的技術問題，也是采礦工作面臨的較大的問題，能否解決好這項問題決定了能否進一步的進行礦井開采。在開發煤礦的過程中對于較深地段開采不足，所以很多開采技術隊伍已經進入深度開采方向，煤礦業發展既然樹立深度開采的目標，就要研究如何安全高效的進行開采，從而發揮出最大的經濟效益。在開采煤礦的過程中最重要的是維持加固防護技術的穩定性，如果要保證較深地段軟巖的穩定性，應該對傳統的支護技術進行改良，探索先進的巖石加固技術，但是與其他發達國家相比我國深度采礦的技術存在很多不足，比如，采礦位置與地理環境不同，在施工中也應該采取不同的開采措施。當前我國對于采礦的位置與地理環境沒有進行深入的研究，這是我國深度采礦的技術的缺陷。為了提升巖石巷道的穩定性能，應積極的探索深部軟巖巷道開采方式，為礦山的深度開采提供一定的技術支撐。如今出現了注漿加固技術，能夠將其應用在施工過程中從而解決在采礦過程中遇到的難點，還應該通過技術創新，研究出更為經濟合理的支護結構。

(3)采取科學的采礦措施

要解決好傳統采礦過程中存在的問題，應該進行縱深方向的開采，使施工技術適應高應力巖石的要求。比如，在采礦的最初階段變形會非常大，在應力作用之下會逐漸減少形變程度，在穩定之后只有少量的變形發生，對于巷道的這一變形特點，應該進行縱深的開采方式并采取特殊的巷道支護措施。比如，可以盡可能減少對圍巖的破壞，在金屬網中加上塑料網進行防護，提高圍巖的自身承重能力。還可以選擇強度與剛度較強的錨桿，增加圍巖表面的約束力，從而增加圍巖的防護強度，讓圍巖減少破壞[2]。另外，利用錨索能夠有效的對巷道的局部地段加強防護，所運用的原理是在支護體內設置剛性和柔性層，在兩層之間能夠留出一定的距離，這樣可以吸收掉軟巖的壓力，讓軟巖的變形量減小。因為使用的材料同時具有間隙和柔度，能夠有效的轉化高應力，讓圍巖的保護最大化，是一種良好的支護保護技術，當前并沒有發現這種剛柔并濟的支護方式存在很大的安全隱患，可以投入在采礦工程中廣泛使用。此外，在開采煤礦的過程中使用先進的材料和開采方式有助于提高效率。錨固劑能夠實現高應力巖石回采巷道厚壁支護，采用加長錨固方式能夠深入到深部的巖層中，有效的改善圍巖的受力狀態，因此可以將這一先進的技術手段應用在采礦工作中。

5.結束語

綜上所述，如今隨著經濟的發展，工業生產和人們生活都需要用到技術能源，對于煤炭的需求也在增加，由于淺層已經充分開發，煤礦不得不向深度開采，這些地區的圍巖條件差，應力高，采礦的環境十分惡劣，煤礦開采極深，因此采礦工作的危險性增加，為了解決好采礦的安全性問題，應該做好礦井的支護防護工作。由于礦井挖掘巷道較深，在采礦的過程中會引起巷道變形，并使軟巖遭到嚴重的破壞，所以相關安全技術人員應該深度研究軟巖的特征，并及時調整巷道的支護方案，在深井開采的過程中做好安全防護工作。盡可能提高圍巖和支護之間的作用，應減少返工量，降低返修率，以保證生產的安全。盡管我國意識到了軟巖巷道是至關重要的一項問題，但對于這方面的研究仍不夠深入，相關技術人員應該加大深部軟巖巷道的穩定性研究，尋找科學合理的軟巖巷道的支護方式，從而為深度開采礦山提供技術支撐，促進礦山開采工作的可持續發展[3]。