深部破碎巖層巷道支護技術研究

＊賈 升

（山西寧武榆樹坡煤業有限公司 山西 036700）

1.深部破碎巖層巷道支護的問題

通過對深層巷道的研究來看，由于受到深部巷道圍巖的影響，在深層巷道的周圍，會存在一定深度的“破碎圈”。正是由于在巷道深層處存在著一些破碎的巖層，因此，逐漸加大了巷道在支護方面的施工程度，在實際的過程中，使其無法達到正常的施工標準和施工效果。因此，應該采用相應的支護控制技術，削弱破碎圈所帶來的影響[1]。

(1)深部巷道圍巖的條件

通過對巷道的研究來看，在軟巖巷道的周圍巖層處，不僅表現為風蝕、高地應力的特征，同時也存在碎裂、松散等特征。

(2)深部破碎巖層巷道支護中的問題

從目前的支護材料現狀來看，由于該處巖層埋藏在比較深的巷道內部，因此，在巷道周圍的圍巖處，都呈現為一種高應力的狀態。對深部破碎巖層巷道的支護，是無法實現一次性支護的控制效果的[2]。

對于大部分巷道而言，在應用支護設備時，由于圍巖所產生的壓力在支護材料所承受的范圍之內，因此，對支護材料的破壞強度不大。一般來講，可以利用一次支護來實現。但是對于深部巷道而言，它的構成階段有三種，表現不統一，分別是不變形階段、一次支護變形階段和二次支護變形階段。在應用支護設備時，由于圍巖所產生的壓力遠遠超過支護材料所承受的范圍，因此，對支護材料的破壞強度足夠大[3]。一般來講，不可以利用一次支護來實現。雖然大部分深部巷道都需要經過二次支護，但是，當經歷了一次支護后，能夠有效提升圍巖整體的承載能力，同時，也會使圍巖的特性曲線發生相應的變化。越早維護深部巷道圍巖，就能使它的特性曲線改變的越早，從而有效提高整體的支護效率。根據巷道圍巖的巖性來看，圍巖的性質會發生相應的改變，因此，當進行一次支護以后，能使二次支護得到完全控制[4]。

2.現有聯合變形控制支護技術及其局限性

近幾年來，巷道的聯合支護技術被廣泛應用。聯合支護是通過采用主動支護和被動支護的形式來實現的，例如，注漿和錨網支護聯合技術、注漿錨索和錨桿的聯合支護等。對于聯合支護技術而言，它既能顯現出主動支護的種種優勢，也能顯現出被動支護的種種優勢。主動支護的優勢在于能從一定程度上提高圍巖的穩定性，增強圍巖的承受壓力，減少圍巖的變形程度。聯合支護技術能夠應用于各種復雜的地質巖層巷道和深部巖層巷道中，在應用的過程中，有著很好的支護效果[5]。

現如今，與傳統單一的支護方式相比較，雖然由主動支護和被動支護形成的聯合支護技術在支護強度上有所增加，但是。當遇到特殊條件的時候，也會暴露一些缺陷。例如，倘若巖體發生破碎，在實際挖掘的過程中，會出現無法支護的現象[6]。因此，我們需要將聯合支護的方式進行重新設計與改進。在本文中，主要用到注漿錨索和錨桿的聯合支護。

3.深部破碎巖層巷道支護技術及原理

(1)深部破碎巖層巷道支護技術

在巷道中，存在一些明顯的屬性，例如，蝕變，風化等。正是由于巷道中這些特性的存在，有效的提升了破碎周圍巖層的承受能力，是對深部破碎巖層巷道進行支護前的重要措施。另外，在破碎周圍巖層承受能力提高的過程中，還應該阻止破碎周圍巖層與空氣、水等直接接觸。阻止接觸的主要措施是，通過使用錨桿和金屬網進行聯合支護，并在巷道的測幫和頂板上面的部分噴混凝土。通過采用聯合支護和外噴混凝土的形式，能夠有效提高破碎周圍巖層的承受范圍，有效避免巷道中破碎的巖體發生垮落。在支護的過程中，有效提高了巷道表面的整體性，改變了周圍巖層的受力狀態，提高了錨桿支護的擠壓力[7]。

在深部破碎巖層巷道中，周圍的巖層一直處于高應力的狀態下，因此，并不能僅依靠一次支護來實現巖層的控制。但是，當進行了一次支護以后，巷道深部周圍的巖層會發生很大程度的變形，周圍巖層的巖性也會發生改變，這時，巖層表現為塑性的狀態，在這種狀態下，圍巖的破碎范圍會逐漸擴大。因此，當進行一次支護以后，應該等到巷道周圍巖層具備穩定的變形程度以后再去進行二次支護。在二次支護的過程中，用到了錨桿錨索聯合支護技術。聯合支護技術的應用，能夠有效提升深部巷道破碎周圍巖層的承重能力[8]。另外，在二次支護的過程中，還可以通過利用錨索支護將深部圍巖和錨桿支護形成的承載拱進行聯系。

圖1

(2)深部破碎巖層巷道雙承載拱支護原理

進行一次支護和二次支護以后，在深部破碎巖層巷道中會產生雙承載圈。雙承載圈的原理是通過錨桿的支護而實現承載的過程。在承載圈內部，存在一次力源，應該對一次力源進行錨桿支護。當然，由于一次承載圈的限制，會使二次承載圈受到一定的變形影響，完全避免了深部破碎巖層會發生二次破壞。另外，在支護的過程中，應用錨桿錨索支護技術也需要一些參數來衡量，可以根據深部破碎巖層巷道的地應力來進行測試。

4.深部破碎巖層巷道支護方案

在深部破碎巖層巷道的支護方案設計上，主要是根據模擬測試和研究來進行分析與設計的。倘若沒有對巷道進行支護，就會對巷道圍巖造成十分嚴重的破壞。因此，在實際過程中，可以通過模擬測試和研究來進行分析，這樣能更有效的進行一次支護和二次支護。通過模擬測試和研究，能夠比較深部巷道的圍巖應力和破壞變形程度[9]。例如，為了提高巷道的承受能力，可以使用錨網和噴漿的方式，為了強化承載圈，可以使用注漿錨索和錨桿的聯合支護技術。

(1)掘進與支護難度分析

在掘進深部巷道的過程中，所采用的工具是綜掘機。在巷道內部，會產生劇烈變化的礦壓，導致巷道頂板發生離層和塌落現象。在這種情況下，掘進機的施工效率極其低。因此，為了提高掘進的效率，應該對巷道進行支護。主要分為兩種形式，一種是臨時支護，另一種是永久支護。

①臨時支護

對于堅實的煤層而言，臨時支護是有效的支護形式。但是，倘若所處的煤層容易發生破碎，那么，則不建議使用臨時支護的形式，倘若使用臨時支護，會使采空區表現為劇烈的礦壓顯現，容易使巷道頂板發生離層和破碎現象。

②永久支護

在挖掘的過程中，短時間之內，巷道的頂板很可能會出現破碎和離層的現象。因此，為了實現高效的開采工作，應該提前對巷道進行支護。

(2)錨網索耦合支護

在實際工作的過程中，對于錨桿而言，應該選取合適的長度。長度選取的依據是煤壁和頂板的破壞范圍大小。

(3)短掘短支及超前支護

開采深部煤層的過程中，由于頂板壓力會發生明顯的變化，極易出現離層和破碎的現象，因此，應該采用短掘短支的方式挖掘深部煤層。當綜掘機工作時，應該給兩側流出足夠的空間，避免兩幫的圍巖發生破壞。另外，應該注意的是，在掘進深部煤巷時，應該對巷道提前進行支護，進一步強化臨時支護[10]。

(4)效果分析

在深部破碎巖層巷道中，采用上述的支護方式能從一定程度上提高巷道的穩定性，有效減少巷道頂部出現離層和破碎的現象，提高掘進工作的效率。另外，在實際挖掘的過程中，應該為現場安裝礦壓監測系統。通過礦壓監測系統監測巷道內部圍巖壓力的變化，一次來判斷支護效果，這樣能更有效的進行一次支護和二次支護。

5.結束語

綜上所述，在挖掘深部巷道的過程中，僅僅實現一次支護的形式很難控制圍巖的變化，還應該進行二次支護。在實際挖掘的過程中，由于現場煤質較為松軟，容易發生破碎，對于一般的掘進方法而言，是無法保障巷道的掘進工作的。因此，在進行支護時，我們應該選擇科學合理的支護方法和手段，這樣才能有效確保深部圍巖挖掘的高效性。