煤矿软岩支护技术的探讨与分析

[摘 要]软岩巷道的支护一直是困扰我国煤矿的难题。软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称，软岩分为地质软岩和工程软岩。本文主要对软岩巷道支护技术进行了探讨。

[关键词]软岩 支护技术 底鼓 高应力 联合支护

中图分类号：td813.1 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2014）25-0050-01

引言

随着我国煤炭资源的日益减少，大中型矿井的开发逐渐向深层及海域发展，而随着开采深度及广度的增加，处于成岩松软强度低易风化 潮解遇水膨胀的软岩巷道，在高应力地压的作用下，稳定性变的极差，支护更加困难，给安全生产带来了前所未有的严峻考验使煤炭开采成本不断增加，严重阻碍了我国煤矿工业的生产建设和发展，因此探索一套切实可行解决软岩治理难题的新途径。

1.软岩分类及特性

软岩分为地质软岩和工程软岩。地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量的膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱层；工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体，工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水平作用力和工程扰动力以及膨胀应力等，显著性塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值，并影响了工程的正常使用。工程软岩定义揭示了软岩的相对性实质，即是否为软岩取决于工程力与岩体强度的相互关系。当工程力一定时，不同岩体可能表现为硬岩特性，也可能表现为软岩的特性，而对于同一种岩石，在较低工程力的作用下可表现为硬岩的变形特性，在较高的工程力作用下可能表现为软岩的大变形特性。工程软岩与地质软岩的关系为：当工程载荷相对于地质软岩的强度足够小时，地质软岩不产生显著塑性变形的特征，此时不作为工程软岩。只有在工程力的作用下发生了显著塑性变形的地质软岩，才视为工程软岩。

2.软岩支护理论与技术

2.1 新奥法

新奥法为新奥地利隧道施工法，国际上称为natm。20世纪70年代传入我国。在铁路、水电、煤矿等工程领域推广应用。新奥法的概念是接岩石力学围岩支架共同作用的基本原则制定的。其主要意图是调动围岩自身的承载能力。尽可能地控制围岩变形，防止围岩松动。以达到施工最大安全度和最好的经济效果。新奥法主要内容有：围岩与支护共同发挥承载的作用；初始支护应采用柔性结构；建立二次支护的概念；调整支护参数和重视涌水处理等。

2.2 二次支护理论

实践表明，在高应力、膨胀性软岩巷道用一次支护，特别是使用强刚性支护均不可行。包括双料石碹，600mm厚的钢筋混凝土支护等等.原因是它们都不适应软岩初期大变形的特点。由此一次支护主要是提高围岩自身承载能力。保证巷道在安全的条件下允许围岩在控制下释压变形，以适应软岩的变形力学机制。为了保证巷道的较长时间的稳定和服务期的安全，在围岩变形稳定后必须进行二次支护。给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。

2.3 锚喷网支护

锚喷网支护是目前软岩巷道有效且实用的支护形式，锚喷网支护具有以下优点与作用：喷射混凝土能及时封闭围岩和隔离水、风对围岩的破坏，减少膨胀泥化剥落的条件；锚杆能实现主动支护加固围岩，提高围岩自身承载能力和围岩一起形成一个加固圈，网不仅可以支承锚杆之间围岩，同时将单个锚杆连结成整体锚杆群，和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。锚喷网总体和围岩共同形成一个支承圈共同支承围岩，保持巷道稳定。锚喷网支护允许围岩有一定变形，所以锚喷支护的性能十分符合软岩对支护的要求。特别是一次支护性能的要求。锚喷网支护是目前软岩巷道有效、经济、实用的支护形式。

3.软岩巷道的治理

3.1 掘进

由于软岩的遇水易泥化膨胀的特性，钻眼采用干式钻眼法，以控制围岩的膨胀变形，消除膨胀压力，也可以有效的防止底鼓的发生；爆破法掘进巷道，在围岩中产生爆破震动，甚至形成炮震裂缝，周边围岩常因凹凸不平而加剧应力集中，从而加速了围岩的松动破坏，造成过大的围岩压力，尤其对地质条件较差的围岩影响更为严重因此，在爆破施工中采用浅眼光爆技术，打浅眼，少装药，放小炮，毫秒爆破，减小震动波对围岩的扰动，使巷道软岩具有一定的自稳时间，并能迅速转入支护工作对于松散破碎较

重的岩层，如不能采用全断面放炮掘进时，应采用只放掏心炮然后用风镐扩刷的掘进方法，加强巷道的成型管理和顶板管理，防止围岩因冒落片帮而失稳，从而产生应力集中现象。

3.2 锚网喷

巷道掘刷成型后，尽快喷浆封闭围岩，巷道围岩曝露时间越长，围岩松动愈往深处发展，围岩应力就越大，易风化的围岩更是如此 及时封闭不仅能保持围岩的原岩状态，而且能防止围岩表面被水软化，对易风化的岩层还能起到防止风化的作用及时锚网喷支护锚网喷结构直接接触围岩，及时锚网喷可以在巷道发生破坏前限制围岩的变形与位移，改变其应力状态，提高岩体的强度，使围岩不进入松动状态，充分发挥岩体自己支护自己的能力，使其较快向稳定状态转化原岩应力状态经历了从平衡到不平衡到新平衡的变化过程，锚网喷积极参与了这个应力变化的全过程，使围岩在新的应力平衡条件下处于稳定状态。

3.3 施打锚索

锚索采用长度8米的钢绞线锚索，因为锚索较长，可以锚固在巷道松动圈以外较稳定的岩层中，锚固力比锚杆更大，使原来由锚杆支护形成的承载圈更大，增强了围岩的自身稳定性，起到了悬吊作用，及对锚网喷支护和围岩的补强加固作用。

4.巷道基本地质条件

煤矿巷道埋深608m，顶、底板岩性为，煤层，煤层厚度变化小，平均6.0m；煤层强度中等。煤层直接顶为2.0m的砂质泥岩；老顶为厚度8～10m的中粗粒砂岩，岩性好，强度较高。煤层直接底为1.5m的砂质泥岩；直接底下部为厚度2.0m的泥岩。

泥岩和砂质泥岩吸水后强度明显降低，泥岩干燥状态下抗压强度24～30mpa，吸水后3.9～12.8mpa，砂质泥岩干燥状态下强度13～36mpa，吸水后6～24mpa。

5.巷道破坏特征及原因分析

5.1 巷道破坏特征

在该矿地质条件下，面临深部开采引起的巷道位移量大、返修剧增、巷道维护困难等一系列问题。根据现场矿压观测，该矿巷道出现的矿压显现特征为：巷道变形量大，变形速度快，顶底板总变形量1.2～1.8m，变形速度达10～39mm/d；掘进20d后表面水平移近速度才小于10mm/d，之后移近速度比较小，但仍然保持在2.0 mm/d左右。其中底鼓量占巷道总变形量的65%～75%，岩体中的应变随时间逐渐增长，并不趋近于某一稳定值，达到某一阶段应变率会急剧增加，最后导致破坏。

5.2 巷道破坏原因分析

5.2.1巷道底板无支护或支护强度不够，导致巷道岩体流变难以得到控制。流变性围岩体巷道要求巷道进行全断面支护，避免底板出现围岩体的粘性流动通道。由于底板积水和耙斗机装岩的作用，底板岩体强度弱化较严重。底板流变极易发展，并导致巷道两帮整体移动，帮、顶支护强度也难以发挥有效作用。

5.2.2锚杆没有发挥有效作用。从现场安置的2个锚杆测力计观测结果知，锚杆实际工作阻力均为2.0mpa×0.55t/mpa=1.1 t，锚杆基本没有发挥作用。在其它矿区大变形巷道进行的锚杆工作阻力测试结果，同样存在锚杆工作偏低，没有起到控制围岩稳定的作用。

5.2.3混凝土喷层和围岩体变形不匹配，导致提前破坏；和锚杆没有起到共同支护作用，并导致锚杆工作阻力损失。围岩体力学性质相对较弱的深井巷道，巷道初期产生一定的变形是塑性区形成、围岩应力峰值向深部转移的必然过程；也是锚杆工作阻力迅速增加，锚杆发挥作用、减少巷道变形速度的过程。

结束语：

软岩巷道支护是一个复杂而又细致的二作，要针对围岩情况，软岩的特性，因地制宜地对症下药，软岩支护的困难是可以解决的。同时要改变传统的硬岩支护理念，正确理解和应用软岩立护理论，把软岩巷道支护技术大胆地应用到实践中去。