浅谈煤矿开采软岩巷道支护技术问题

【摘 要】近年来，随着矿山开采条件的日益复杂，所涉及的工程领域越来越多，我国的许多矿区，目前都存在着软岩巷道支护困难问题，并成为影响矿区发展和矿井经济技术效益的主要因素之一。软岩巷道支护历来是巷道工程的难题，通过对软岩巷道的特征分析，及支护原理和方法的论述，对泉店矿回采巷道支护方式进行了设计，并给出了相应的建议和措施，取得了良好的效果。

【关键词】软岩巷道；围岩；支护结构

随着国民经济的发展，煤的需求量逐年增长，开采的范围也不断扩大。无论新老矿井，在开掘巷道时都遇到了大量的软岩层，特别是随着开采深度的不断增加，深部地压明显增大。加之开采条件愈趋复杂，给巷道的掘进与维护带来了很多的困难。在开掘过程中，由于围岩的变形、位移、膨胀，使巷道掘进速度减慢，每天仅能完成几米。巷道竣工不久，支护受到严重破坏，某些矿的掘砌成本高达每米几千元，甚至上万元，是稳定围岩中同类巷道的3～4倍而且维修困难。

在软岩层中施工巷道，掘进容易，但维护极其困难，采用常规的施工方法和传统的支护结构，往往不能奏效。因此研究软岩支护问题便成为巷道施工的关键问题。

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 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方法是难以奏效的；

（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，准确地掌握围岩变形的活动状态，根据量测结果进行反馈，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。

3 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结构而已。然而，现代岩石力学揭示，岩石破裂后具有残余强度，松动破裂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。

4 软岩巷道支护结构的选择

根据软岩的不同类型、位移、压力及使用条件等情况，软岩支护结构有传统支护、锚喷支护以及两者组合的混合支护、缓冲支护、让压支护等多种支护结构。由于各矿区松软岩层的地质条件及围岩条件的复杂性和随机性，目前尚无公认的理论计算方法。

所以必须从软岩巷道支护工程的实际情况出发，应因地制宜选择使用，使其在技术上、经济上更加合理。

4.1 砌碹封闭式支护

采用圆形、椭圆形、马蹄形等合理巷道断面形状与其相应的料石和混凝土块砌碹封闭支护。

此种传统的刚性支护结构，适用于浅部、位移及压力不大的膨胀性软岩巷道。碹的壁后充填软矸或砂。云南省田坝煤矿二号井煤建公司矿建处施工队采用生石灰、山砂、炉灰渣配比成的壁后充填柔性材料，经实际应用其支护效果较好。

4.2 圆碹加砌木砖封闭式支护

这种支护结构与砌碹封闭式支护的区别是在料石和混凝土砌块之间均匀地加砌一定数量的木砖，使砌碹刚性支护形成一定的可缩量，增加了适应围岩变形的可缩性能，每块木砖厚一般为20～50 mm，当围岩的压力越大、变形量越大时，所需木砖的块数就越多，木砖的厚度也就越大。

由于木砖受压收缩，当围岩反力作用在圆碹上，碹体作用在木砖上，碹体压力超过木砖的抗压极限强度时，木砖收缩，圆碹和围岩一起内移。显然，加木砖的圆碹支护改善了砌碹刚性支护的刚度，增加了软岩的适应范围，但木砖防腐耐久性差，只适用于服务年限不长，且不重要的软岩巷道。

4.3 条带碹支护

在松软、膨胀软岩中，采用圆碹加砌木砖仍不能满足释放较大能量的要求时，就可采用条带碹，这也是解决软岩支护问题的途径之一。条带碹就是用料石或混凝土砌筑成一定长度的支护碹体，称之为“条带”，条带与条带之间留有一定宽度的空隙，称为“卸压通道”，通道让顶、帮围岩暴露，允许围岩向巷道空间方向挤出，起到能量或应力释放的作用，为围岩变形提供机会，以减轻对碹体的压力。

4.4 离壁碹支护

离壁碹支护就是碹体和支架离开围岩顶板及两帮有一定距离的一种支护形式。离壁尺寸取决于围岩释放能量的大小，围岩释放能量大，变形量也大，离壁的尺寸也大。离壁碹之所以能支护软岩巷道并稳定下来，就是它留出释放能量的变形空间，让围岩变形。离壁碹支护适应于围岩释放能量较大的软岩巷道。

4.5 可缩性U型钢支护

U型钢支护有多种结构形式，根据巷道断面尺寸的不同分为4节、5节、6节等不同类型。一般常用18#～36#U型钢制做，节与节之间搭接长度300～400 mm，用卡箍、螺栓或钢楔锁紧装置来获得摩擦接头阻力。当围岩变形压力超过U型钢接头摩擦阻力时，U型钢接头发生收缩，围岩释放能量，巷道断面收敛减小，形变压力降低，U型钢支架停止收缩。当围岩变形压力再次超过接头阻力时，支架将再次重复上述过程，直到围岩和支架达到稳定时为止。

4.6 置换支护

这种支护的实质是将软岩多挖出一定深度，用高强度材料（混凝土、碎石、矿渣和砂子等）置换，然后再进行支护，使软岩的位移压力得到控制，获得较好的支护效果。置换支护有两种基本形式：当软岩只占巷道断面的一部分时，采用局部置换支护；当全断面位于软岩之中时，采用全部置换支护。

5 结语

（1）软岩巷道支护问题是很复杂的，不能不分时间、不分地点、不分围岩、不分深浅一样看待，必须全面、系统地从多方面改善支护状况。一是，尽可能将服务年限长的巷道布置在比较稳定的围岩中，应尽量避免采动压力的影响；二是，提高施工质量，优化施工工艺，尽量缩短掘与支之间的间隔时间，避免用水和湿气通风，采用减震光面爆破快速施工；三是，要全面考虑围岩构造的膨胀特性、抗压强度、泊桑系数、赋存深度、采动压力等因素，合理选择最经济的支护结构。

（2）对于强膨胀的软岩巷道，特别是受构造应力与膨胀力综合影响的巷道，选用一般联合支护、U型钢可缩性支架是不能使巷道保持稳定的，因此，必须考虑二次支护。

【参考文献】

[1]何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京：科学出版社，2004.

[2]董方庭，等.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.