淺談軟巖巷道安全經濟支護技術

崔天龍

【摘? 要】巷道支護是井工開采工程的核心，是一切安全生產和效益的基礎。隨著開采條件的日益惡化，支護對煤礦開采的制約作用日趨明顯，先進采礦方法能否實現，在很大程度上取決于巷道支護狀況和有效斷面能否得到保證。隨著我國煤層的大力開發，軟巖礦井的數量也在與日俱增。論文針對軟巖巷道基本特性，結合曉南礦W2-723綜采工作面兩順支護情況進行論述。

【Abstract】Roadway support is the core of underground mining engineering and the basis of all safety production and benefits. With the deterioration of mining conditions， the restrictive effect of support on coal mining is becoming more and more obvious. The realization of advanced mining methods largely depends on whether the roadway support condition and effective section can be guaranteed. With the vigorous development of coal seams in China， the number of soft rock mines is also increasing day by day. In view of the basic characteristics of soft rock roadway， this paper discusses the support situation of W2-723 fully mechanized mining face in Xiaonan Mine.

【關鍵詞】軟巖;巷道;支護

【Keywords】soft rock; roadway; support

【中圖分類號】TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）01-0194-03

1 引言

曉南礦是國家“五五”期間重點建設項目，始建于1971年10月，1980年9月28日建成投產，原設計年產量90萬噸，1990年9月25日，礦井改擴建為150萬噸現代化大型礦井，2004年正式核定生產能力214萬噸，目前年產量在210萬噸。礦井煤炭主要以中厚煤層的長焰煤為主，有部分氣煤，屬低硫煤，適用于工業動力用煤和民用煤。現有兩個開采水平。本文主要針對軟巖的概念、特點及支護形式，結合曉南礦W2-723綜采工作面兩順支護情況進行論述。

2 軟巖的概念

我國對軟巖有著很多用語習慣，各個煤炭系統對其都有著多種定義。

第一種是根據巖石的單軸抗壓強度，小于20 MPa的巖層稱為軟巖;第二種定義是較軟較弱巖性的巖層是指膠結程度差、受結構面切割、孔隙度差、強度不高及風化較大影響或含有較多量的具有膨脹性質黏土礦物的散、松、較軟較弱巖層;第三種定義指的是軟巖在礦山壓力的作用下能產生明顯變形的工程巖體。

3 軟巖巷道的特點

第一，軟巖具有遇水膨脹、易風化等特點。開挖軟巖巷道時，要及時將圍巖封閉，盡可能保證圍巖的原始特征不被破壞，要通過噴射混凝土等措施防止圍巖吸潮、風化，這樣還可以為圍巖提供支撐力，避免圍巖變形、松動，為安全提供了保證。

第二，為適應軟巖巷道變形大、來壓快、變形持續時間長、低壓大等支護特點，可采取剛柔結合和多次支護的原則，讓先期的支護逐漸承受壓力分布，也就是所謂的柔性支護，后期可以采用剛性材料來避免出現軟巖持續變形造成的巷道大幅度變形。

第三，軟巖圍巖巷道承受載荷能力差。上覆巖層的壓力只有小部分承載于支架上，主要部分會由巷道圍巖來承受，因此要通過各種措施提高軟巖自身的承載能力，可以采用錨噴支護來提高圍巖承載能力，尤其是多次經過修復的巷道，圍巖承受載荷能力極弱，并且圍巖松動影響范圍大，更應該采取方式提高圍巖強度，提高自身承受載荷能力。

第四，軟巖巷道的周期來壓步距是28天，巷道四周均有壓力，因此軟巖巷道均會有底鼓現象發生，因此，針對軟巖巷道，除了頂板、兩幫需要支護，還要防止底鼓[1]加強底板支護。

4 工作面地質概況

西二采區723工作面為綜采工作面，地面相對位置、標高，區域內的建、構筑物及鄰近采區開采情況、煤層頂底板情況如表1和表2所示。

從上述表格可以看出，W2-723工作面為一水平采區，采區井下標高-308～-374 m，工作面西部和東部為采空區，北部為西二大巷煤柱，南部為F19-2斷層為界。工作面頂板偽頂為平均0.6 m厚泥巖、碳質泥巖，直接頂為平均3.2 m厚泥巖、炭質泥巖、7-1煤及泥質粉砂巖，偽頂與直接頂巖石特征屬松散破碎、遇水泥化，工作面地質情況復雜。

5 軟巖巷道的支護形式

針對曉南礦巷道工程歷史經驗進行分析、總結，分析出以往支護形式的優點和缺點，為改進和完善軟巖巷道支護提供參考依據，分析曉南礦軟巖巷道常用支護形式如下。

5.1 錨索支護

錨索支護以鋼絞線為主要支護材料，具有工期短、成本低、施工安全、錨固范圍大、錨固力高的優點，是軟巖巷道二次支護，尤其是解決大斷面硐室圍巖支護問題的有效技術，在煤礦領域取得了良好的效果。曉南礦W2-723綜采工作面兩順錨索支護的參數采用<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>28.6 mm×6 200 mm錨索進行頂板支護，確保錨索錨固在穩定巖層中。

5.2 錨網噴漿聯合支護

曉南礦W2-723綜采工作面兩順都采用了錨網噴漿聯合支護，錨網噴漿聯合支護針對軟巖巷道是較好的支護方式，采用錨網噴漿聯合支護的巷道，是在巷道掘進之后首先用錨桿、金屬網進行支護，然后將速凝劑、沙子、水泥按照一定比例混合形成混凝土，利用噴漿機對巷道巖體外部進行均勻噴打，起到保護巷道圍巖，對其密封、加固、風化等作用，達到維護巷道穩定性等目的，曉南煤礦W2-723工作面運、回順采用錨網噴漿聯合支護，通過該支護形式，巷幫圍巖應力得到了改善，避免了圍巖發生破碎松動，柔性支護起到了作用，最終保證了巷道的穩定性。

5.3 U型鋼可縮性支架支護

U型鋼可縮性支架支護不僅有可縮性，而且有較高的初承力和支撐能力，W2-723綜采工作面運順在大、小斷面交界處架設U型鋼可縮性支架支護頂板，運、回順巷道斷面都是三心拱形，采取這種架設方式，支架能與頂板及巷幫充分接觸，但是工作面回采時，采動壓力大，圍巖變形嚴重，支架受到集中荷載和偏心荷載的作用而產生失穩變形，支架受力狀況惡化，使支架出現壓彎、扭曲，甚至斷裂等變形而失效，出現這種情況支架很難進行修復，U型鋼可縮性支架支護鋼材用量大，支護、修復成本高。

5.4 砌碹支護

砌碹支護有直墻拱頂式等主要形式，由拱、墻和基礎構成。該砌碹支護本身會對圍巖增加支護強度，但砌碹支護的砌體允許變形小但剛度卻很大，所以該支護不適用圍巖變形明顯的區域，一般在服務年限較長的主要井巷采用這項技術。近年來，由于錨桿支護和錨噴支護技術的推廣應用，其應用在不斷減少。這種支護方式也不適用于工作面兩順維護，因為兩順隨著采動壓影響，頂板巷幫發生位移變化明顯，該支護方式適用于永久性且變化程度不大的巷道，同時該方式施工速度慢、工人勞動強度高，已經不能滿足現代化礦井生產需求。

5.5 單體棚支護

單體棚支護目前被許多礦井廣泛應用，該支護方式構造簡單，運輸及安裝方便，還具有可重復利用的特點，因此在煤礦井下施工中被廣泛采用。曉南礦W2-723綜采工作面兩順選取了架設單體棚支護方式，在工作面運、回順超前支護前方開始架設單體棚，隨著工作面的推進，重復備單體棚來對巷道頂板的圍巖進行補強支護。

單體棚單體數量的選擇：

每架棚所支撐頂板：5.0 m（巷道斷面）×0.8 m（架棚間距）=4.0 m2

來自頂板的壓力為：4.0 m2×252.1 kN/m2=1008.4 kN

點柱的支撐力取180 kN，一梁6柱支撐力為：180 kN×6=1080 kN

通過計算在達到一梁6柱的情況下能滿足頂、幫控制支護強度的要求，考慮到單體棚為在原有錨索網支護情況下的補強支護，一梁3柱足以達到補強支護要求。因此，要求每架棚梁下打3根單體液壓支柱，初撐力滿足要求。

6 工作面兩順支護設計參數

W2-723綜采工作面兩順支護形式為錨噴支護，噴漿厚度50 mm，頂板錨桿采用<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>22 mm×2 200 mm全螺紋等強錨桿，幫錨桿采用<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>22 mm×2 000 mm全螺紋等強錨桿，錨桿間排距800 mm，采用<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>28.6 mm×6 200 mm錨索進行頂板支護，間排距為1 600 mm，采用“5-3-5”布置方式，巷道斷面：三心拱形斷面。

通過支護方式可以看出，W2-723綜采工作面在掘進過程為最大限度減小巷道頂、幫的位移變形，該工作面針對軟巖巷道采取了多種支護。

7 補強支護及方法

在兩順巷道原有支護方式下提出以下維護工作面兩順支護方法。

在工作面回采期間，在超前支護前20 m設置固定觀測點來觀測頂板及巷道兩幫變化量，通過觀測發現，巷道每天存在著顯著變化，頂板與底板高度有150～300 mm的縮減，巷道兩幫凈寬發生150～300 mm的縮減，變化明顯，變化量大，后來通過更改巷道維修支護設計，在開幫作業施工中對巷道硬幫錨桿打注<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>22 mm×2 900 mm全螺紋等強錨桿及<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>21.6 mm×3 000 mm錨索，幫錨桿與幫錨索布置方式如圖1所示。在工作面兩順超前支護打頂板錨索吊梁的方式進行支護頂板，頂板吊梁采用36U型號U型鋼加工制作，長度根據巷道寬度選擇，可選擇3.6 m或4.2 mU型鋼，在U型鋼上切割3個

200 mm×40 mm方孔，使用<E：＼3月數據＼中小企業管理與科技·下旬刊202201＼中小2022.1 下旬最終FIT＼內文＼10209-2.jpg>28.6 mm×6 200 mm錨索固定U型鋼。錨索吊梁排距1.6 m，兩架吊梁之間使用2.4 m長木柈剎頂。在頂板下沉嚴重或頂板破碎區域內，可以減小吊梁排距，或在兩架吊梁中間架設單體棚來補強支護。

通過更改開幫后支護設計參數以及頂板吊梁或架設單體棚的方式，巷道兩幫和頂、底板變化量明顯減少，增強施工現場安全系數，并切實可行地滿足工作面回采的需求。

8 軟巖巷道支護的發展方向

通過常用支護技術特點對軟巖巷道支護的分析和總結，軟巖巷道支護有以下創新[2]和發展形式。

8.1 超高強度錨桿

超高強度螺紋錨桿比普通錨桿能夠帶來3倍以上的支護阻力，具有非常高的破斷和屈服強度，能夠為巷道圍巖在變形、層理裂隙、離層等方面提供較大約束力。另外，由于超高強度錨桿可以實現全長錨固，圍巖變形劇烈能夠得到有效控制，系統的可靠性能夠得到有效提高。

8.2 注漿加固圍巖支護

由于軟巖巷道圍巖具有巖體強度不高、松動范圍大等特點，所以注漿能夠使圍巖的整體性得到保證，讓破碎、松軟的圍巖支撐性和穩定性得到提高，具有支護效果好、投入少、工藝簡單等優勢。

8.3 聯合支護

聯合支護的類型有很多種，如錨噴加U型鋼可縮性支架錨噴或注漿加固，U型鋼可縮性支架加注漿加固等支護形式，在進行聯合支護的選擇時，根據現場的地質和生產條件，確定可行的支護參數和支護形式，經過對比，性能較好并適合軟巖巷道圍巖的錨噴支護是推薦支護方式。

9 結論

軟巖巷道支護應事先根據圍巖性質，選擇合理的支護對策，并不是單一的支護方式能滿足軟巖巷道支護的需求，要根據巷道圍巖破壞情況，合理選用超高強度錨桿，約束巷道圍巖離層和層理裂隙等弱面巷道圍巖大變形，對工作面兩順進行打頂板錨索吊梁的方式進行超前頂板支護，并對其實施注漿加固，使松軟、破碎圍巖的自支撐能力和自穩能力得到有效提高。有針對性地選擇合理的支護形式的同時，滿足能充分地釋放圍巖變形能和充分地保護圍巖的力學強度，以充分發揮其自承能力。

【參考文獻】

【1】康紅普.軟巖巷道底臌的機理及防治[M].北京：煤炭工業出版社，1993.

【2】付榮，范明建.煤炭軟巖巷道支護現狀及發展趨勢[J].煤，2007，16（6）：10-13.