煤矿巷道软岩工程特点及支护技术的探究

煤矿巷道软岩工程特点及支护技术的探

究

摘要：矿山开采过程中，矿井巷道软岩石支护，特别是高应力软岩巷道深部

的支撑，是矿井安全生产面临的一个重大难题。随着煤矿生产的发展和深度的提高，煤矿巷道的软岩支护问题越来越严重。煤矿井下的软岩石问题对矿井正常高

效生产具有重要的作用。本文阐述了软岩工程特点，对煤矿巷道软岩工程支护技

术进行了分析。

关键词：煤矿巷道；软岩工程；支护技术

引言

目前，国内的煤炭资源多以地下采矿为主，采矿时必须在矿山下面开挖充分

的巷道。矿井的开采、施工必须确保井筒的畅通和井筒的稳定。矿井巷道的支撑

困难主要受到地应力影响，被开采工作影响，围岩破碎情况，巷道横截面等多种

因素的作用。所以，在煤矿巷道中，必须继续完善软岩支护技术。

1软岩工程特点

地下施工是一种在岩层或土壤中进行的施工，其施工环境和工作状态与地表

施工有很大区别。所以，采用地表工程的设计理论与手段来解决这些问题，很明

显无法对各种不同的力学问题进行恰当的分析，从而得出相应的支护方案。与地

表施工相比，在许多方面都表现出明显的差异。由于煤矿的开采具有非选择性，

大量的煤矿开采会使地应力的均衡状况受到破坏。煤炭开采过程中，受其赋存条件、沉积环境、地质结构等因素的制约，导致了煤炭开采过程中存在的问题。煤

矿的采掘深度一般为500~600 m,千米以上的矿井也逐渐增多，有的矿山在浅层采

矿时，软岩石问题还不突出，而到了深层，则出现了较大的地应力和动压作用。

煤矿软岩组份中存在着较多的膨胀性矿物质，在软弱的环境下，岩体的硬度较差，容易在干燥、失水时发生塑性流动，特别是遇水变形、崩解和膨胀。矿井的使用

寿命一般可以达到一百多年，而矿井的巷道由于使用寿命的差异，往往比隧洞的

寿命要长，而且软岩巷道具有较大的时间限制。

2煤矿巷道软岩工程支护技术

2.1支护技术理论

一是加固岩体的力学性能。在改善围岩的围岩压力、增大围压、增强围压体

的受力的基础上，还改善了被锚岩体的力学特性，增强了岩体的峰值和岩体的参

与强度。二是采用新奥法进行支撑的方法[1]。运用新奥法的支护学原理，对矿井

进行了光面的爆破和开挖。在矿井掘进时，矿井周围的岩石会产生一个松散的环，而松散环的胀大对其产生的变形有很大的影响。在软弱带进行支撑时，其主要目

标为在围岩断裂时发生的膨胀和变形。根据软弱圈支护原理，根据围岩类型，有

针对性地给出相应的支撑方式。四是“联合支撑”的观点。联合支撑技术是一种

新的方法，它把传统的支撑方法从增加刚性转向刚柔并济，从而达到控制岩体变

形和稳定支撑作用。在较为复杂的巷道中，采用了以组合支撑为主的支护技术。

然而，由于矿井周围环境的地质状况日益严峻，采用此方法进行的矿井支护技术

已日渐式微。

2.2支护问题分析

从软岩巷道的变形来看，软岩巷道蠕变表现为三个时期，且具有很强的时效性。在变形早期，由于压力的快速生成和较大的形变，使隧道的稳定性受到了很

大的影响。软岩巷道受力不能得到有效地治理，很可能会发生岩石崩塌，从而对

巷道产生破坏。在没有考虑到软岩体的受力特点的情况下，采用刚性支撑，不仅

很难保证对巷道的正常养护，而且支架很可能会被压弯而导致塌方。另外，软岩

巷道围岩的应力分布以环形为主，且不具有对称性。在掘进施工中，由于顶板岩

体的发生位移，导致底板产生底鼓，导致底板不能有效地进行有效的防治，可能

破坏整体结构。随着煤矿开采的加深，软土巷的形变率也相应增大。在不同的矿

山和地质情况下，都会有一定程度的软化程度，而在此范围内，则需要更多的支撑。在软岩巷道受力情况下，其变形具有明显的方向。软岩石的吸水性和失水性

均可引起软岩的淤积或膨胀，从而对巷道造成严重的损害。在软岩巷道的支护中，

由于围岩的变形，使其力学机制受到了一定的影响。在全面认识岩体的变形机制

的前提下，合理地选取支护方式和支护参数，并及时采取相应的支护措施。在软、硬岩石条件下，岩体表现出明显的差异，应采取相应的防护措施。在施工过程中，常采用按工程类比法确定支护结构的优劣。采用工程类比法确定的支撑参数，在

一般的地质情况下可以达到最大限度的支撑，但在较为复杂的地质情况下，不能

达到其应有的支护效果。围岩自支撑层的厚度，由于采用了末端锚固，围岩中的

自支撑环较薄，很难到达锚杆的长度，从而产生了资源的浪费，而且对岩心的抗

性也不高。对于早期的支撑刚性，在掘进时，由于围岩的变形和应力的改变，会

给支护体带来一定的压力[2]。在某一方面，支撑结构的刚性会对岩体的压缩性能

产生一定的影响。提高支护结构的刚性，可以提高围岩抗压强度。但由于支撑刚

性大，导致巷道的变形速率和变形不能很好地配合，从而导致了隧道的损坏。在

围岩的约束上，由于受到结构和高强度的限制，在较为脆弱的地段，岩石的松动、过度变形、断裂，从而产生了一些破碎区域。但由于破裂带的影响，对围岩体的

支撑圈产生了某种程度的损伤。常规的围岩不能满足常规的锚网喷射，不能满足

工程需要，不能很好地约束围岩的成形，也不能很好地抑制围岩的局部损伤，也

不能很好地抑制住裂缝的蔓延，从而造成围岩的损坏。

2.3支护对策

2.3.1锚杆支护技术作用机理

在巷道的支撑中，锚的刚性尤为突出，特别是锚索的预应力，对其的支撑效

果有很大的影响。为了确保在矿井中使用锚杆支挡，必须对矿井的围岩状况有足

够的认识，并合理地选用锚索。在大的预应力条件下，必须对其进行相应的加固。锚杆支护法的目的在于：利用锚固带来有效地抑制岩体的离层、张开以及新的裂

纹扩展，从而保证岩体的承压，从而尽量减少问题的发生。采用锚杆支护法，可

以在某种意义上保障锚固区的安全，并改善锚固效果。锚杆的支撑效应，在很大

程度上取决于扩展预应力[3]。采用单一的锚索，其预应力的作用区域较窄，因此

必须添加金属网等其它部件，以充分利用锚索的预应力。在运用锚杆进行支撑时，要利用锚杆的预紧作用，压紧岩层中的节理和其它非连续性剖面，从而增强岩体