浅谈软岩巷道支护

浅谈软岩巷道支护

作者：张法兵

来源：《科学与财富》2016年第13期

摘要：随着煤矿开采深度的加大，矿山压力显现明显，巷道支护十分困难，许多原本不是软岩的岩体成为工程软岩。软岩巷道问题长期困扰着矿井正常的生产接续。通过对软岩巷道稳定性研究，可对复杂条件下巷道的支护、施工技术起到补充、完善的作用。研究软岩巷道支护、施工对煤矿安全生产和经济效益有着重大的意义。

关键词：煤矿巷道掘进软岩支护方式

一、前言

深井地压问题是矿井开采达到一定深度后出现的一大技术难题。当开采深度达到一定深度后，巷道周边的集中应力超过了巷道围岩的强度，巷道周边会产生各种形式的破坏，矿压显现变得更剧烈，与浅部岩层相比，差异较大。在矿井深部，即使在岩体本身强度较高的岩层内，也会出现类似软岩问题，即围岩压力大，支护困难。

二、软岩巷道的特征及支护

1、软岩巷道的特征

软岩巷道最明显的特征是地压显现比较剧烈，巷道维护困难，主要表现在围岩的自稳时间短、来压快、围岩变形量大、速度快、持续时间长、四周来压、底鼓明显、遇水膨胀、变形加剧，可以用4个字来概括：松、散、软、弱。

2、软岩巷道支护困难原因

造成软岩巷道矿压显现明显，支护困难的原因是多方面的，最主要的原因有以下几个方面。

（1）岩层成岩年代晚，胶结程度差

我国软岩矿区主要分布在开采新生界第三纪褐煤和开采中生界上侏罗纪的褐煤的矿区，这些矿区岩层非常松软破碎，易风化，因此怕风、怕水、怕震。

（2）岩石强度低

煤矿软岩多为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩等，单项抗压强度都比较低。由于岩石强度低，在中等或稍高应力水平状态下就能产生较大的围岩变形，支护困难。

（3）节理发育，岩体破碎

有些矿区，虽然岩体强度较高，但由于节理比较发育，岩体破碎，支护也十分困难。所以，在岩体强度高的节理发育地层，也会出现软岩的特征。

（4）围岩应力水平高

岩石强度低是形成软岩的重要因素，但这只是问题的一个方面。岩石强度高低是一个相对概念，它与地应力紧密相联，如果岩石强度低，但地应力绝对值也低，就变现不出软岩的特征。围岩应力水平高，表现在以下三个方面：

①巷道埋深大②构造应力大③集中应力作用

（5）岩石吸水膨胀

遇水膨胀地层多含有蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物成分，亲水后产生明显的体积膨胀，巷道开挖在这种地层中，若治水措施不当极难支护。

3、软岩巷道围岩变形破坏机理

巷道为典型的软岩巷道，围岩强度低、自稳时间短、变形速度快，破坏前总变形量大，对震动的敏感性强，流变性明显。当巷道开挖以后，由于自身的围岩性质差，承载能力弱，岩性易碎，对水作用敏感，遇水后强度急剧降低软化，岩石流变明显，在巷道周边围岩内将形成一个松动圈。围岩应力在巷道开挖后平衡状态遭到了破坏，围岩应力重新分布，随着时间和空间位置的变化，应力应变又于不断调整状况中。软岩开挖后，其压力显现规律：①围岩变形与压力显现随时间有明显的阶段性。软岩开挖后，围岩初期变形速度快，逐步过渡到比较稳定，之后变形速度又急速增加，最终使巷道受到破坏。②围岩变形与压力变化有明显的空间效应。软岩巷道变形受空间的影响主要是埋深和所处的位置。

4、松软岩巷道支护原理

软岩层巷道支护的着眼点应放在充分利用和发挥自承能力上。支护原理是：根据岩层不同属性，不同地压来源，从分析地压活动基本规律入手，运用信息化设计方法，使支护体系和施工工艺过程不断适应围岩变形的活动状态，以达到控制围岩变形、维护巷道稳定的目的。具体的说，有以下几个方面：

1）必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想，支护结构及强度应与加固围岩、提高围岩自承能力相结合，与围岩变形及强度相匹配，实践证明，单纯提高支护刚度的做法效果不理想；

2）必须采取卸压、加固与支护相结合的方法，统筹考虑、合理安排，对高应力区，要卸得充分，对大变形区，要让得适度，对松散破碎区，要注意整体加固，对巷道围岩整体要支护住；

3）进行围岩变形量测量，准确地掌握围岩变形的活动状态，根据测量结果进行反馈，以确定二次支护结构的参数，确定补强时间，再次支护时间和封底时间；

4）树立综合治理、联合支护、长期监控的支护思想体系。

5、松软岩巷道支护原则

早期的支护理论沿用地面结构工程原理设计支护参数，围岩是支护的对象，支护只是人工构筑的承载工具而已。然而，现在岩石力学揭示，岩石破裂后具有残余强度，松动破碎围岩仍具有相当高的承载能力，围岩既是支护压力的根源，又是抵抗平衡原岩应力的承载体，而且是主要的承载结构体。支护的作用在于维护和提高松动围岩的残余强度，充分发挥围岩的承载能力。因而，在松软岩巷道支护中，要遵循以下几方面原则：

1）维护和保持围岩的残余强度原则。

2）提高围岩残余强度的原则。

3）充分发挥围岩的承载能力的原则。

6、软岩巷道常用支护形式

针对软岩的基本属性和围岩压力特点，国内外广大地学工作者们通过多年的实践与努力，已探索出许多适宜于软岩巷道的行之有效的支护措施及支护方法。

软岩巷道支护方法，并不是单一的支护可以奏效的，也不是一次支护最终可以实现的，必须采用联合支护的方式。由于全国各矿区松软岩性质多种多样，井下地质条件及生产条件多变，加上施工习惯也不尽相同，因此，软岩巷道的支护形式也是多种多样的。归纳起来，主要有下列几种形式：锚杆喷射混凝土支护（简称锚喷支护）；锚杆、金属网、喷射混凝土支护（简称锚网喷支护）；锚杆、金属网、钢架、喷射混凝土支护（简称锚网喷架支护）；锚杆、喷射混凝土和锚索联合支护（简称锚喷索支护）；锚杆、金属网联合支护（简称锚网支护）；锚杆、金属网、可缩性金属支架联合支护（简称锚网架支护）；锚杆、金属网、桁架支护（简

称锚网桁支护）；锚、梁、网、喷、注浆联合支护；可缩性金属支架。针对深部巷道的围岩地质条件，按照不同岩性，让围岩分为稳定、不稳定和极不稳定三类进行巷道支护设计：

（1）稳定围岩巷道支护

对于稳定围岩巷道，围岩开掘后巷道变形小，围岩松动圈较小，一般情况下，用锚、网、喷支护即可满足支护要求。

（2）不稳定围岩支护

对于这类围岩，锚、网、喷、索进行支护，围岩开掘后先打锚杆，后挂钢筋网、喷射混凝土；最后，待围岩变形稳定后再打锚索进行加固。

一次支护采用锚网喷支护，锚杆采用高强预应力锚杆，并增设底脚高强锚杆；二次支护根据巷道变形监测情况而定，巷道变形稳定时，在巷道顶部设置预应力锚索。

（3）极不稳定巷道围岩支护

对于这类围岩，采用锚、网、喷、索、注进行支护，围岩开掘后先打锚杆，后挂钢筋网、喷射混凝土；最后，待围岩变形稳定后再打锚索和注浆锚杆进行加固。

补充加固措施：

对于及其破碎围岩，应设置反底拱。还需根据施工实际情况及时架设U型钢棚进行加固，确保施工安全，棚距0.5m。

三、结论

本文分析了煤矿井下巷道顶板遇软岩支护方式。针对软岩的特性，给出了巷道顶板遇软岩的支护原理。最后进入本文的核心内容：给出了煤矿井下巷道顶板遇软岩支护方式。分析研究表明，多方式联合支护方法是比较有效方案。论文从三个方面，全面、系统的介绍了支护的理论与设计方法，具有重要的理论与实际意义。

五、参考文献：

[1]张农，侯朝炯，王培荣.深井三软煤巷锚杆支护技术研究.岩石力学与工程报.

[2]何满潮.中国煤矿巷道支护理论与实践.徐州：中国矿业大学出版社，1996

[3]杨孟达，刘新华，王瑛，胡绍祥.煤矿地质学[M].北京：煤炭工业出版社