煤礦軟巖巷道掘進支護技術探討

（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司 山西 030001）

前言

在煤礦開采過程中不僅對煤礦企業的采礦技術和設備提出了很高的要求，而且其開采時會造成一定程度的地質破壞，從而導致事故發生。為了防止事故發生，需要采用科學的掘進支護技術保護采空區，避免巖層出現破壞從而導致塌落等問題，保證相關人員的安全，提高開采效率。

1.煤礦軟巖巷道掘進支護的難點

地下巖層的結構特征和地質特征給煤礦巷道軟巖的掘進支護帶來一定的困難，主要有：（1）軟巖強度不高，在力的作用下很容易變形和破碎、坍塌，嚴重影響巷道掘進支護的穩定性；（2）在圍巖的高應力作用下，巖層處于軟巖狀態，而開采面積的加大和開采深度的增加，會使巷道圍巖的應力更為集中，從而對巷道掘進支護造成影響；（3）軟巖層含有許多吸水力強的粘土礦物，與水接觸后會膨脹，從而使巖體松散，因此需要在掘進過程中，采取一定的防水措施，以防止采煤過程中頂板在與水接觸時膨脹坍塌。

2.煤礦軟巖巷道掘進支護要點

為了保證煤礦軟巖巷道掘進支護的安全性，需要根據實際情況分析地質構造，然后針對性的進行煤礦軟巖巷道掘進支護施工，主要如下：（1）在施工過程中，必須準確計算施工時間。施工過程中的主要困難是軟巖強度低，巖體失穩和圍巖應力大。但是，在軟巖巷道掘進時，會有較短的圍巖自穩定時間，因此必須充分考慮圍巖的自穩時間并將其用于施工計劃中，嚴格控制施工時間，克服施工困難；（2）巷道的位置也對掘進支護技術有所影響，在巷道掘進施工之前，應仔細檢查圍巖的類型和巖性分布，必須根據軟巖的分布位置和礦山的地質特征計算和巷道受力的大小和方向，巷道掘進路線應選擇最合理的應力區，以避免低強度巖層上高應力，充分優化巷道的位置；（3）當前，許多煤礦在軟巖巷道掘進支護構造中使用半圓拱斷面，分為兩種類型：橢圓形和馬蹄形，選擇時根據巖石應力和巷道斷面尺寸使支護段合理，避免巷道掘進支護結構強度不足的影響；（4）施工過程中存在軟巖強度低的困難，為克服這一困難，為提高圍巖強度，提高巷道支護性，操作人員通常采用錨桿和注漿相結合的方法來穩定和加固圍巖，使實際施工過程圍巖具有一定的自支護能力，從而增加圍巖的強度。

3.煤礦軟巖巷道掘進支護技術

在應用煤礦軟巖巷道掘進支護技術的過程中，考慮到當前支護管理的內容和要求，在后續設置中必須注意控制過程的實施，嚴格按照支護管理指標和實際要求進行設置。現階段煤礦中機械操作已成為巷道掘進的工作方式，綜掘機掘進和鉆爆法掘進是當今的主要掘進方法，每種方法都有其自身的優勢。選擇有效的掘進方法時，應考慮煤礦現場的實際情況。軟巖巷道的掘進支護施工過程可以概括為初次支護、二次支護和底板支護管理。在施工過程中，必須嚴格按照相關規范進行施工，以增加圍巖的強度和自承能力，使支護結構更穩定，確保巷道平整。目前，主要有以下煤礦軟巖巷道掘進支護技術。

(1)煤礦軟巖巷道掘進技術

由于機械自動化技術的不斷發展，煤礦軟巖中的大部分巷道掘進是機械進行的，主要采用鉆爆法。常規的機械化設備包括氣腿式鑿巖機、耙斗式裝巖機，液壓鉆頭+履帶式挖掘裝卸機、液壓鉆頭+側卸式鑿巖機等。與傳統掘進方式相比進行機械化作業可以大大提高工作效率，減輕施工人員的負擔，有效縮短煤礦巷道的施工時間。在煤礦中進行掘進之前，有必要對圍巖條件和巷道路線進行系統的研究。根據實際條件，結合煤炭企業的施工設備，選擇科學合理的掘進方法和施工設備。鉆爆法掘進通常用于堅硬巖層中的巷道掘進施工，而綜掘機掘進具有很高的平均速度，可以獲得光滑的巷道外壁，為支護施工提供極大的便利，并提高支護結構承載能力。

(2)錨網噴支護技術

錨網噴支護技術是一項復雜的技術，在煤礦軟巖巷道掘進時，可分為4部分，結合軟巖煤礦巷道的特點和分析錨網噴支護技術的應用。

①錨網噴支護技術在軟巖巷道的特點是緊湊、靈活、及時等。錨網噴支護技術的施工非常簡單、經濟且使用安全，通常用于煤礦的軟巖巷道掘進支護中。近年來，隨著錨網噴支護技術的發展，已開發出高強度錨桿，以提高錨網噴支護性能，并擴大了應用范圍。在煤礦軟巖巷道掘進支護中，高強度錨網噴支護分為噴層、錨桿、鋼筋網。噴層應靠近圍巖的位置，以防止圍巖風化，并增加圍巖的穩定性。鋼筋網以增加柔韌性，一方面加固了軟巖巷道，另一方面提高錨網噴支護整體性能和抗變形能力，從而避免了周圍巖石的裂縫。錨網噴支護的應力是相對均勻的，可以直接改變圍巖的整體應力結構并反映穩定性特征。

②錨網噴支護系統中的錨桿結構更為關鍵，將錨桿連接噴網后，可以大大提高巖石的穩定性，并可以防止軟巖巷道的破裂區和塑性區的擴張。在巖體變形之前，將錨網噴支護系統引入巖石中，以確保巖體結構的穩定性并提高巖體本身的承載能力。在軟巖巷道掘進時，錨網噴支護系統在防止圍巖變形方面發揮巨大作用，無需過度修復即可實現變形控制。軟巖巷道掘進時，必須根據煤礦軟巖層的實際情況選擇錨網噴支護系統。如果巖石結構稍微好一點，則可以使用分次技術來支持巷道掘進支護。相反，巖石的結構較弱，必須一次實施巖石支護，以避免對周圍巖石結構造成二次破壞，并確保煤礦軟巖巷道掘進高效性。

③U型鋼與錨網噴支護組合應用，在巷道掘進期間，煤礦中軟巖區域多，僅選擇支護技術不會產生明顯的效果。U型鋼應與錨網噴支護結合使用可以極大提高支護效果，一般首先錨網噴支護施工，然后安裝U型鋼以輔助支護。

④砌碹技術，此技術更為傳統，可以為煤礦中的軟巖掘進提供穩定的支護系統，承受圍巖的壓力，并在軟巖中提供抗壓屏障，從而使圍巖具有足夠的穩定性。在正常情況下，砌碹技術起輔助作用。在煤礦軟巖巷道掘進時，錨網噴支護實施后，但在周圍的巖壁上仍然有斷裂點。此時，應選擇砌碹支護以直接增強軟巖，防止巖層開裂。煤礦中的軟巖巷道的結構是不規則的，并且支護系統不能與周圍的巖石緊密接觸。但是，砌碹支護是一種剛性支護方法，可以首先確定圍巖的變形，以防止圍巖過壓并充分保護軟巖巷道的安全。砌碹支護技術是一種被動支護方法，主要分為兩種形式：混凝土砌塊和現澆筑式。在控制過程中，進行機械化施工，在實踐中，具有很高的抗壓強度。該技術的效果顯而易見可以在相對固定的巷道上大規模使用。

(3)錨注支護技術

為了充分利用錨桿的優勢并在軟巖巷道掘進支護時增加圍巖的強度，可以將錨桿用作注漿管，進行外部錨固和內部注入，實現錨固和注漿一體化。錨注支護技術可以優化圍巖的松動程度，從而使巖體中的固結力明顯，內摩擦增大，從而提高了圍巖的強度，激發了圍巖的潛在承載力。由錨注支護技術形成的加強環可以為錨桿提供堅實的基礎，從而使錨桿可以加固松散的圍巖。錨注支護技術注漿使破裂的圍石之間的間隙變得更為緊密，從而可將載荷均勻地施加到圍巖上在實際應用中，錨注支護技術具有很高的抗壓強度和承載能力，可以提供增強的支護作用。與單支護法相比，錨注聯合支護法具有明顯的優勢，在錨桿支護的基礎上，充分合理的注漿位置可以提高整體承載能力，將圍巖本身的主承壓層與由錨桿支架形成的承壓層相連，增加巖體的承壓面。在應力支護分析中，錨注支護技術可以將參數設置與實際條件結合起來以改善總體支護效果。

(4)棚式支護技術

這種方式是一種被動支護方法。在整個過程中，使用諸如木材，優質石材和金屬保護層之類的材料，適應與淺部圍巖支護，石材與木材的比較，整體性能優勢明顯，相對安全。考慮到變形量和支護成本，可以將其應用于使用壽命長的煤礦巷道。金屬材料是主要的元素，可用作控制煤礦支架的剛性材料，由于相對較高的成本和地質環境的影響，巖石表面和金屬不能適當地結合，會引起許多問題。

4.煤礦軟巖巷道掘進支護技術應用分析

煤礦軟巖巷道掘進后，原始圍巖的自然應力被破壞，應力效應被重新分配，考慮到煤礦軟巖層中的初始承載力不足，應使用支護系統進行補償以提供整體支護，同時確保圍巖的承載力。在分析軟巖巷道掘進支護技術，必須分析錨桿和托盤的可靠性，并且托盤的厚度必須符合標準，如果托盤上有問題將影響支護穩定性，從而導致預緊不足。在分析支護效果時，有必要根據軟巖層中的特定巷道條件規劃斷面位置，支護錨桿的長度和直徑，靈活地更換錨索和支護，并改善支護參數應用，控制支護效果，滿足軟巖層煤礦巷道的基本需求。當煤礦軟巖巷道掘進支護時，通常會出現新的支護參數。這些參數需要分析以確定合理。通過科學地預設錨桿，可以控制圍巖。由于可能會在預設設置中滑動，因此會造成圍巖不同程度的損壞。在預設錨桿過程中，利用支護的現有優點，在錨固區構建剛性支護結構。圍巖內的實際應力分布更為復雜，為了更好地控制外部巖層的異常響應，錨桿支護系統必須確保連續釋放圍巖。全面的理論分析，數值模擬和日常試驗是煤礦軟巖巷道掘進支護技術成功應用的關鍵。

5.結束語

在煤礦軟巖巷道掘進支護中，有必要重視對支護效果的持續性評估。通過結合煤礦的實際情況，選擇合適的安全評估方法進行實時監控，為保證煤礦的安全施工以及支護技術的總體進步打下基礎。