煤矿井下软岩巷道施工支护技术研究应用

煤矿井下软岩巷道施工支护技术研究应用

摘要：在我国煤矿底层中软岩分布广泛，煤炭储量在1000M以下的占比55%左右，随着我国开采深度的增加，我国大部分矿井巷道基本岩层结构多为软岩，深

部巷道受高应力和高温度等影响，容易出现开采困难和巷道明显变形的问题，为

解决软岩巷道下出现的巷道围岩变形大、稳定性差的问题，软岩支护成为困扰我

国煤矿生产的问题之一，软岩巷道支护措施不当易造成巨大的返修量，还使得整

个矿区陷入困境，因此，做好巷道软岩支护工作是煤矿矿井采掘工作的关键。

关键字：煤矿井下；软岩巷道施工；支护技术；研究应用

1软岩的特性

1.1软岩的临界荷载

临界荷载是软岩固有的一种物理属性，通过软岩的工程力学实验表明：当软

岩外部压力低于临界荷载时，岩体内部结构不会发生明显改变，整个岩体呈现出

相对稳定的状态，力学曲线保持平直；随后，人为增加岩体外部工程压力，使压

力逐渐趋近于临界荷载，则岩体内部预应力增加；通过继续增加工程压力，当工

程压力超过软岩的临界荷载时，岩体就会发生明显的变形特性。

1.2软化临界深度

临界深度与临界荷载是一组相互对应的概念，从两种软岩特性的支护应用上

来看，临界深度更能反映软岩的塑性变形情况：在巷道位置较浅的情况下，软化

临界深度较小，软岩不会出现明显的变形，此时开展软岩巷道的支护施工较为简单；但是当巷道位置达到软化临界深度时，围岩会产生大的塑性变形，并伴随有

支护难、大地压等问题。相关技术人员应当在岩体软化临界深度之前开展支护施工，以便于降低工作难度，保证支护施工质量。

2巷道变形的原因和支护原理

2.1软岩巷道变形的原因

煤矿开采中面临的一大难题是在高应力作用下的软岩巷道有效支护方式，巷

道顶板的不稳定情况会影响到巷道顶板的稳定性，巷道两边的移动或顶板下沉容

易导致巷道断面收缩，使得两帮的变形更加严重，从地板岩层方面的受力情况看，巷道地板处于未支护状态，随着巷道的不断挖掘，原本作用于地板岩层上的应力

会恢复弹性，但水平应力却增加，会出现变形的情况；若挖掘的方向处于倾斜状态，巷道顶板的岩层会受到较大水平应力影响，出现顶板破坏的现象。根据地质

力学的评估，地应力和高应力是导致围岩和支护发生变形的主要原因，随着采矿

深度的不断增加，地应力影响严重的会导致变形甚至是坍塌情况发生。

2.2支护原理

巷道采掘中，岩体的原始岩应力会重新分布并会出现被破坏的情况，不仅促

使围岩自身的裂痕扩展和向巷道空区变形，随之而来的受力情况也会发生变化；

对于硬岩巷道由于其高强度可以控制松动区的出现，而软岩巷道的支护，要求向

回应力形成一定的塑形区且达到最大承载力为最佳。软岩支护主要产生的力学效

应之一是围岩使作用于支护体上的承载力减小，另一个是应力由集中向围岩深部

偏移。因此，软岩巷道支护的关键点在充分利用和改善围岩的自承受能力。

3煤矿软岩巷道掘进支护中的施工技术

3.1锚杆联合支护技术

锚网喷技术实施期间，需把锚杆固定在坚硬、固定的岩石层面上，以免周围

岩石发生松动而产生破坏，在此基础上，将混凝土喷射在受力的围岩表层，形成

封闭的围岩整体。锚杆喷层时，铺设好1层钢筋网，以此来提高喷层支护的强度，且要具备一定的柔韧性，保障整个锚杆联合支护的强度。锚杆联合支护中，锚杆、混凝土、钢筋网等，都是软岩巷道掘进支护中的重要因素，起到较强的支护作用，配合运用到围岩内，既可提高巷道围岩的承载性能，又可预防围岩变形，在围岩

变形时，提供可靠的辅助能力，全面保护软岩巷道，具有辅助保护的作用，以免

围岩结构中出现变形。

锚杆联合支护中，另外一项技术是锚柱支护，其在软岩巷道掘进时，需要采

取喷浆封闭处理，避免软岩巷道掘进后有风化、损坏的情况。锚杆联合支护时，

应注重加固施工，在围岩内，实行锚杆注浆，通过注浆的手段，加固软岩巷道围岩。锚注支护中，既有锚杆的特点，也有注浆的特点，锚注过程中，浆液需填充

到软岩巷道掘进围岩的缝隙内，利用加压密封的处理方式，直接改变围岩岩体结构，促使原本比较松散的围岩具备足够的承载能力，保证围岩在软岩巷道中具有

抗压性的特征。即使在复杂软岩巷道掘进项目上，也能体现出锚杆联合支护的作用，提高了煤矿软岩巷道掘进工程的安全性，预防煤矿风险。

3.2锚网喷支护技术

a)锚网喷支护技术在煤矿软岩巷道掘进中的特征，包括紧密性、柔韧性和及

时性等，采用先进的工艺技术。近几年，锚网喷支护技术发展中，研究出了高强

锚杆，用于提高锚网喷支护在巷道掘进中的性能，扩大锚网喷支护在煤矿软岩巷

道中的使用范围。高强锚杆的锚网喷支护，分为喷层、锚杆、钢筋网，喷网应紧

贴着围岩，防止围岩有风化、潮解的情况，强化围岩的固定性。喷网可以选择钢

筋网，增加喷网的柔韧性能，一方面加固软岩巷道的围岩，另一方面提高锚网的

整体性能和抗变形能力，避免围岩中出现裂缝，锚网喷支护的应力较为均匀，其

可直接改变围岩的整体受力结构，体现出稳定性的特征。

b)喷网支护体系中的锚杆结构，属于较为关键的结构。软岩巷道掘进中，喷

网支护体系在预防围岩变形方面表现出较大的作用，不采用过度的修复，就能实

现变形控制。煤矿软岩巷道掘进过程内，要根据煤矿软岩的实际情况，选择喷网

支护的体系，如果岩层结构稍好，可运用分次的工艺，支持巷道支护，相反，岩

层结构弱，就要一次性实现岩体支护，避免围岩结构遭到二次破坏，保障煤矿软

岩巷道掘进的有效性和高效性。

c)U型钢与锚网喷的相互结合。煤矿软岩巷道掘进中，岩体松软区域比较多，且面临着岩体破碎的情况，单纯选择一种技术，支护效果不明显，应将U型钢和

锚网喷结合起来，先安排锚网喷支护施工，再设置U型钢实行二次支护。例如：

A煤矿软岩巷道掘进案例中，运用喷网封闭岩石的方法加固软岩巷道周围的岩体，促使岩体具有初步的锚固力，预防软层巷道掘进时出现变形，之后灵活地配置U

型钢材，同时使用伸缩支架，实行第二次围岩支护，更深层次地预防围岩变形，

因为该煤矿软岩巷道规模相对较大，所以采用了结合式的锚杆支护方法，积极维

护软岩巷道，预防变形，全面保护该煤矿软岩巷道的结构。

d)砌碹技术。一般情况下，砌碹技术起到辅助作用，当煤矿软岩巷道掘进中，已实施了锚杆支护，但围岩中还存在部分破碎点，此时要选择砌碹支护，直接改

善软岩巷道的状态，避免顶部岩石发生破碎。煤矿软岩巷道，结构不规则，支护

体系无法与围岩密切接触，而砌碹支护是一类刚性支护方式，其可最先找到围岩

发生变形的位置，防止围岩压力过大而引起岩层解体，全面保护软岩巷道掘进的

安全度。

总之，在煤矿开采过程中，随着开采深度和开采规模的增加，软岩巷道会出