联合支护形式在软岩掘进巷道中的探索应用

联合支护形式在软岩掘进巷道中的探索应用
分析了苇子沟煤矿矿井巷道易变形、支架失稳等软岩特性及巷道矿压显现特点，针对软岩巷道掘进顶板控制需要，提出了软岩巷道联合支护的技术措施。

标签：软岩巷道顶板联合支护矿压显现规律压力释放缓冲区措施
新疆鸿新煤业公司苇子沟煤矿距呼图壁县城约55km的天山北麓的苇子沟内，位于县道147与省道S101交岔口的西南侧，该矿始建于1996年，矿井原规划生产能力0.09Mt/a，矿井原为斜立、平峒综合开拓；井田面积1.7675km2 。

苇子沟煤矿属改扩建工程，井田位于天山北麓的中低山区。

总体地势南高北低，南北向岭谷相间，山岭挺拔，坡陡路险，沟谷狭窄，地形切割强烈。

海拔在+1200～+2060m之间，最大相对高差为860m，一般相对高差在350～450m之间，侵蚀基准面海拔高度+1200m，属侵蚀剥蚀中低山地貌。

1含煤地层
煤层赋存于侏罗系中统西山窑组（J2x）地层中，并且均赋存于西山窑组下段（J2x1）地层。

主要可采煤层6、7、8号煤层，沿走向厚度变化不大，延伸稳定，6号煤层整体由西向东煤层由薄变厚，北西部边缘一带为薄煤层再由中厚煤层过渡到东部为厚煤层；7号煤层由西南向东北煤层逐渐变薄，由特厚煤层过渡到厚煤层；8号煤层总体以厚煤层为主，西北部为巨厚煤层。

2地质构造
根据地质勘探报告井田含煤地层总体上为构造简单的单斜带，地层近东西走向，倾向350°～10°，倾角12°～25°。

井田西部和南部产状平缓，向东北部逐渐变陡。

根据三维地震勘探报告，井田地质构造应为中等～较复杂类型。

2.1断裂构造
井田内地表未见断裂构造。

2.2褶皱
井田南部及北部地层倾角略陡，中间地带（含煤地层西山窑组分布区）地层倾角略缓，东南部见有小型褶曲，对井田构造无影响。

3井田开拓
开拓方式
采用斜井开拓方式；共布置有三个井筒。

工业场地内共布置两个井筒，分别为主斜井、副斜井；
风井场地内布置有一个井筒，回风井。

4软岩掘进过程中顶板支护遇到的突出问题
（1）围岩变形大，支护破坏严重。

苇子沟煤矿副井+1010m水平井底车场掘进施工154米至218米段和集中回风联络巷8米至105米段，巷道穿越B6号煤层；由于B6号煤顶底板均为泥岩和炭质泥岩，此类岩性遇水后膨胀的矿物成分，膨胀力较大，强度降低，极易软化；层理、节理等结构面较发育，泥质含量高，岩石内部聚合力较小，层间结合力较弱；再加上该地域原始褶曲侵蚀，巷道掘进后，围岩挤压变形大，造成了喷浆体巷道变形垮落，支护结构破坏严重；井底车场巷道返修率达到90%以上，回风联络巷巷道返修率达到100%。

（2）围岩易失稳，巷道支护困难，危及井下巷道运输及通风和行人安全。

针对井底车场和回风联络巷围岩变形大，巷道变形严重，我们联系设计院，通过了多次进行支护设计变更，先后采用了锚网支护、金属支架，墙抬梁等支护结构，在原始褶曲侵蚀小，岩石完整，地压较小的地段中使用效果尚可，但在地压较大，岩石较软，原始褶曲侵蚀严重地段中使用返修多次均难以达到理想想状态，支护方法未能彻底解决巷道继续变形的问题。

（3）顶板零星碎块垮落伤人，软岩强度低，节理和层理较发育，爆破后煤炮频繁不断，极易片帮、冒顶，临时支护困难。

5软岩掘进巷道矿压显现主要特点
为了解决副井井底车场软岩地层中的掘进顶板临时支护和巷道永久支护结构，先后选择了锚网、金属支架、墙抬梁、锚网加喷浆和U29拱形支架联合支护形式进行了实验和支护结构检验，依次找出了各种支护的适应范围及适用条件。

以井底车场和回风联络巷采用了金属支架和直墙半圆拱支护形式，已不适应于软岩巷道支护的要求，现采用锚网索、喷浆和U29拱形金属支架联合支护形式，从已施工结束的巷道情况来看，效果较好，巷道基本上没有大的变形破坏。

软岩巷道受压变形主要有以下几个特点：
（1）巷道变形其初速度较快；破坏性大，危害性大。

（2）矿山压力显现流变时间长。

巷道受膨胀压力和挤压压力的作用发生了
变形，随着围压的增加，三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变；但不是立刻发生的，而是过一段时间后变形才加剧，最终导致巷道塌落破坏。

在该矿副井井底车场和回风联络巷软岩巷道中软岩的流变特性显得较为明显。

（3）巷道底鼓严重，膨胀压力大。

由于B6煤层顶底板围岩为泥岩和炭质泥岩，砂质泥岩，巷道掘进过程中围岩容易产生膨胀位移，致使作用在支护体的膨胀压力大，压力流变在巷道底板尤为突出，通常是产生底鼓，继而引起墙拱变形，最终导致支护巷道严重破坏。

（4）掘进巷道围岩一旦失稳，巷道破坏急骤加剧。

在软岩中掘进的巷道，因围岩变形的影响，支护体发生变形破坏塌落，鼓腰、鼓底等现象的发生。

6影响软岩掘进巷道支护的因素
（1）原岩的地应力。

一条巷道掘进施工后破坏了原岩的地应力平衡，在此段如果在开掘一条巷道，航道密集度增加，彼此互相造成应力叠加。

（2）水侵。

软岩的侵水性强，泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩遇水后会产生碎裂、膨胀，变成泥状和颗粒状，泥岩不仅丧失了岩石的强度而且还具有很强的膨胀性，对巷道的破坏性大。

（3）风化。

软岩中开掘巷道，围岩揭露后若不及时喷浆封闭，就会风化，然后在吸水更加快膨胀的速度。

（4）爆破方法。

巷道爆破开挖时尽可能使围岩保持原始沉积状态，对巷道支护将十分有利。

往往采用普通爆破方法掘进巷道，炮眼密度稀，周边炮眼角度不一致，炮眼深度不一致，装药集中，放大炮，这样会使巷道周边形成破碎区，震裂区；从而扩大了围岩的松动范围，巷道破坏尤为严重。

（5）岩石的力学性质。

软岩的岩石单向抗压强度都比较低，当应力值超过岩石强度的极限时，在开挖的围岩巷道里就会出现强度的下降区和松动区，由此引起了巷道的破坏。

7软岩掘进巷道顶板控制措施
7.1控制顶板的必要性
在软岩巷道掘进过程中，及时控制顶板是一件十分艰难的过程，由于掘进过程中，软岩冒落无裂缝、无声响，随时都有掉落的可能，给施工人员安全造成较大的危害；积极控制顶板是解决安全施工的必须条件，在此期间我们采取了多种方法进行顶板控制施工。

7.2保护顶板增加顶板围岩的自承力
实践证明：最有效的方法是尽可能的采用光面爆破来掘进巷道，用锚喷方式
进行支护，以最大限度地保持围岩的完整和稳定性，减少上覆岩层的松弛压力和对围岩原岩应力状态的扰动，充分调动围岩顶板的自承能力，使围岩与支护共同承载。

7.3锚网、喷U型钢支架联合支护的应用
在掘进爆破施工采用缩小循环进度，超前撞楔法进行支护及时控制顶板的冒落；然后进行锚网支护控制顶板，加大锚索支护密度控制顶板，在锚网支护结束后立即进行喷浆封闭，避免岩石风化吸水膨胀；
在浆体的外围架设U29钢拱型支架进行永久支护，支架架设时，两帮各留有200mm压力释放缓冲区，使用软岩（煤）部分充填，此种联合支护的方法使用后有效的解决了软岩巷道支护变形大的问题。

7.4控制软岩流变，保持支护长期稳定
在软岩巷道掘进时都强调顶板松软，要求“短掘短砌”巷道掘进后立即进行永久支护，此时软岩因流变膨胀发生变形，使刚性支护没有达到强度前就破坏了，对于软岩巷道要求及时支护达到封闭围岩，避免围岩风干吸水膨胀，仰制围岩流变的扩大是很必要的，此时，最好采用锚喷技术进行临时支护然后利用巷道收敛变形，围岩压力和支护结构的相互作用，随找适合允许的临时支护变形范围内进行永久支护的最佳时间。

8联合支护在软岩巷道支护效果
在副井井底车场154米至218米段及集中回风联络巷8米至105米段，采用了锚网、索喷浆加U29钢架联合支护，和井底车场后部及水仓存车线77米的锚网喷支护，经过了7个月的现场观察对比，锚网支护的副井井底车场后部133米，因断面整体缩小38%，严重失修率为53%，严重影响了巷道的使用；采用锚网索加U型钢联合支护的副井井底车场154米至218米段及集中回风联络巷8米至105米段，未发现大的支架压垮、变形等现象，只有局部底鼓、帮裂现象，严重失修率只有4%，一次成巷支护效果较好。

9结束语
（1）软岩巷道支护技术在井巷工程施工中仍不断地进行探索，以锚网索喷施工工艺为主的联合支护结构将是解决软岩巷道支护的有效措施之一。

（2）软岩矿井巷道掘进顶板支护有别于硬岩矿井，必须掌握其软岩的特性，摸清其应力应变的规律，寻求与之适应的支护方式，才能有效的控制顶板，保持其稳定性。

在刚体支架和支护帮壁之间留有一定的岩体变形压力释放缓冲区也是解决软岩支护的有效办法之一。

（3）让压和先柔后钢的支护、避让主应力方向的巷道布置、三防（防风干、
防水侵、防大炮振动）施工工艺等是近年来软岩巷道掘进顶板支护的新工艺、新实践、新理论。

利用岩石力学理论，指导施工实践，不断吸取教训，总结经验软岩巷道掘进顶板支护水平必将得到较大的提高。

参考文献
[1]苇子沟煤矿改扩建初步设计说明书【2011】.。