对目前煤矿开采软岩巷道支护技术问题研究

徐昊子

[摘要]随着我国经济的发展，对煤炭的需求也在日益的增大，我们煤炭在国内化石能源的占比依旧很大。针对这种情况，加大对煤炭开采技术的研究迫在眉睫。煤矿软岩巷道的支护工程，一直是困扰煤炭生产的一个难题，特别是随着矿井开采范围的增大和开采深度的加深，软岩巷道的支护问题愈加突出，如果对软岩巷道支护不合理，有时会直接影响到煤矿的安全生产。本文主要根据软岩的基本特性，分析和总结煤矿在软岩巷道的支护问题，并以高强度锚杆、锚注技术以及联合支护形式作为例子为大家推广。为大家在以后的遇到类似的问题时做参考或者借鉴。

[关键词]煤矿软岩 巷道支护 技术问题 分析研究

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-374-2

0引言

软岩巷道是指与塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，煤矿软岩巷道也就属于其中的一种形式。煤矿软岩巷道的支护一直是困扰煤炭发展的一个大问题，亟待解决。随着科技的发展和技术的进步，国内外专家学者通过现场实践、实验室模拟等手段在软岩巷道支护方面已经取得了很大的进步。在新形势下，特别是随着煤炭价格的下滑和煤矿企业效益的腰斩，如何合理的选择软岩巷道的支护形式至关重要。如果选择不恰当有可能会出现资金浪费等现象，更有甚者，甚至会造成巷道支护强度不够，影响安全生产等事故。所以作为煤炭生产者，更应根据整个矿井实际，合理的选择支护形式。本文主要依据软岩的基本特性和近期科学研究成果，以高强度锚杆、锚注技术及联合支护形式作为实例，向大家介绍在软岩巷道支护方面的内容。

1软岩工程简介

工程软岩是指在工程力学的作用下产生显著的塑性变形的工程岩体，目前比较流行的软岩定义是按照软岩的软、弱、松、散等的特征进行定义，但是在工程上对软岩不仅强调软岩的强度特征还强调软岩的工程载荷情况。对在这种岩石基础上进行的施工称之为软岩工程。进入煤矿矿井，矿井软岩种类的不同，直接影响到岩石的强度特征、泥质含量、结构面特点以及塑性变形力学特点。我们可以根据性状将软岩分为四大类，如下表：

在工程施工过程中，必须根据施工现场的软岩形式选择合理的支护手段。不能盲目的随意选择，否则就会造成支护强度不高或者支护质量过高等不合理现象。

2软岩巷道工程支护的不足

上个世纪60年代，软岩的理论技术取得了长足的进展，为煤炭、采矿、地下建筑等工程施工提供了宝贵的科学基础。但是因为各方面的因素，软岩巷道施工在理论、设计、技术上仍然存在很多缺点，继续我们改正，下面我们列举几个方面：

（1）软岩工程推广不彻底。目前来说，对软岩技术有充分掌握还是少数，大多数的基层生产单位还是凭借经验进行支护，当掘进过程中越到软岩，仍然使用传统的老办法进行应付，支护质量不好，如果支护形式被破坏，那么就重新的维修。这种老旧的作业理念不仅浪费工程时间，增加工程费用，对人员的安全也是一种威胁，必须要进行淘汰。

（2）项目施工地质资料不足。在一些不具备条件的小煤矿中，地质资料稀少。工程人员无法对前方的岩石属性进行预判，特别是对膨胀性的软岩进行预判，这样就造成在设计巷道支护时的盲目选择，最终造成支护质量不过关。

（3）软岩地应力测试方法不足。现在，对软岩的地应力测试方法主要还是观察矿区附近的构造和软岩工程变形破坏的程度来衡量对，构造地应力的测定还没有很好的方法。有些单位在较硬岩石上进行钻孔进行测定岩石地应力，但是得到的误差还是较大，所以，在地应力的测定上，科技人员还应加强研究。

3软岩巷道的支护形式及分析

3.1煤矿软岩巷道常见的支护形式及不足

我们根据常见的软岩巷道支护形式，通过分析他们的优缺点。从而找出改进软岩巷道支护形式的方式方法，为软岩巷道支护方式的完善提供基础，下面列举几种常见的软岩支护形式。

（1）整体性刚性支护。在煤矿软岩支护中，整体性刚性支护有全封闭钢支架支护、现浇混泥土钢筋支护、整体模板支护等三种形式。整体刚性支护解决不了巷道围岩与支护支护之间的矛盾，虽然支护的刚度增大，但是随着岩石压力的增加，支护的变形和破坏情况并没有得到解决。

（2）刚性加柔体垫层支护。这种支护形式主要包含原料砌碹加缩层或者条带碹等形式，这种支护形式不仅具有一定的支护强度而且还具有一定的可伸缩性。但是不足之处在于砌体本身较大，能够允许的变形很小，对软岩巷道这种大变形巷道不适应。同时该施工方案施工成本高，且速度较慢，不利于煤矿的生产任务完成。

（3）U型钢可缩性支架支护。这种支护形式是根据软岩的膨胀性特点设计出来的。这种方法主要用在膨胀性岩体、断层等地带的支护。这种支护形式不仅可缩性良好，而且具有很好的承受力和支撑作用。当岩石下沉、压力增大时，作用在支架上的作用力和围岩的移近量成反比，也就是说在一定条件下，支架收缩，支架上的载荷反而降低。这种方式比较适合于现在煤矿的生产，但是这种支护形式也有其不足之处。主要表现在U型钢的支撑力不能均匀的分布在架身上，由于掘进过程中，U型钢周围难免形成很多空洞，这就使得支架和岩石的接触是一些点和块，不会整体和支架接触。还有这种支护形式需要的钢材量十分巨大，生产成本高。

（4）锚喷支护。锚喷支护是对软岩巷道支护的比较合理的方式。煤矿支护进场将锚杆支护作为主动支护使用，但不是所有的锚杆都属于主动支护。主动支护或者被动支护主要的区别在于支护的体能能否主动给围岩以预紧力。煤矿工人在安装锚杆时，必须给锚杆施加足够的预应力，这样不仅可以消除锚杆的初始滑移，而且还可以为周围岩石提供预紧力，从而降低受拉岩石拉截面的拉应力。

3.2软岩巷道支护新技术

下面我们主要介绍三种新的软岩巷道支护技术：超高强度螺纹钢锚杆支护，锚注支护、联合支护。我们针对这三种支护形式的优点和创新点进行分析。

（1）超高强度螺纹钢锚杆。这是一种利用超高强度螺纹钢锚杆支护为围岩提供支护阻力的方法。这种方法比一般普通锚杆支护力提高三倍。可以大大降低巷道围岩离层、离析等的发展。同时，可以在作业中使用高强度和超高强度螺纹钢锚杆实现全长锚固，从而降低巷道围岩的大变形和移动，保护巷道顶板的稳定。

（2）锚注支护。单纯的使用锚杆技术难以控制软岩巷道的位移。软岩巷道一般顶板破碎面积大，锚杆支护难以使大面积的顶板破碎岩石完全处于受压状态而形成组合拱。在软岩巷道支护过程中，我们可以利用锚杆兼注浆管，实现外锚内注，锚注一体化，是保证解决破碎软岩巷道支护的一种形式。锚注支护有下面几个好处。

①在节理发育的软岩巷道中，通过注入混泥土可以改变围岩的破碎状态，提高岩石的整体性和自身围岩强度，从而达到支护目的。

②利用注浆锚杆注浆。这种方式可以有效的利用混泥土堵住顶板裂隙，隔断空气、防止围岩受到水、风的侵蚀，降低围岩受地质作用力的影响。

③锚注支护后可以为锚杆提供可靠的主力基础，充分发挥锚杆的作用，注浆加固可以实现全长锚固，提高锚注效果。

④锚注支护可以提高巷道围岩破碎岩石的强度和弹性变形量。在松动岩石中，岩石的强度和变形量主要是受破损岩体面影响，导致岩石强度和变形范围降低。但是，当使用混泥土进行锚注后，由于液浆的粘接力，可以显著提高岩石的强度，为保证岩石的稳定性提供基础。

⑤锚注充实了破碎孔隙，保证巷道的顶板压力均匀的分布在巷道周围，避免了局部受力导致的不稳定或破坏。

⑥锚注混泥土填实孔隙后，在顶板处形成一个加固拱，这个拱和喷网层、锚杆压缩等组成多层组合拱，加强了巷道的支护强度。

⑦锚注后，顶板的压力可以转移到拱周边，分摊上部载荷，同时通过锚注拱两边的传递，可以将上方载荷压力传导到地下。

综上所述，在节理地形、结构破碎松散、断层等软岩巷道，使用锚注支护时最佳的支护形式。但是对于含有大量的膨胀性矿物的巷道，锚注技术不能使用。

3.3联合支护形式

联合支护形式就是同时使用多种支护方式对同一地点的顶板进行支护，联合支护的主要形式有：锚注加固、锚喷和U型钢联合支护、锚喷和注浆型钢可伸缩性支架联合支护法、三联锚杆支护等支护形式。煤矿设计人员在选择联合支护时，必须根据现场的地质条件和生产作业形式，选择合理的联合支护方式。在这几中联合支护中，锚喷支护是性能优越、性价比最高的一种支护形式，应作为首要选择。

4结语

综上所述，煤矿应根据自身的发展选择适当的方式进行软岩巷道的支护。软岩是一种十分困难的支护岩体，在进行支护过程中，必须满足支护后有足够的作用力改善顶板的围岩状态，使围岩趋于稳定，从而提高围岩的承载能力。随着科技的发展，锚喷支护是我国巷道支护的发展方向，锚喷技术具有超高强度、可伸缩、全长锚固等优点，对软岩巷道的支护效果明显。所以，在以后的工作中，我们应广泛使用锚喷技术，提高巷道的支护质量，为煤矿的安全生产垫定基础。

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