煤矿软岩巷道支护方式研究

煤矿软岩巷道支护方式研究

王毅

淮沪煤电有限公司丁集煤矿 安徽淮南 232142

摘要：随着矿井开采深度的不断增加，使得大部分井下巷道的围岩呈现出膨胀性，强流变性，低强度性的特点，这些处于越来越高地应力环境中的巷道无形中加大了巷道支护难题，从而增加了开采作业的难度，软岩是大断面巷道支护不能回避的重点。能否有效地解决大断面巷道在软岩条件下的支护是现在煤炭安全生产面临的主要问题。因而，研究应对高地应力软岩巷道的支护技术已迫在眉睫。

关键词：煤矿；软岩；支护

1 煤矿软岩巷道支护的现状

煤矿软岩巷道支护是煤矿巷道回采并向深部延伸时经常面临的问题。软岩的种类和性质根据软硬程度的不同使得巷道所处的构造应力和地应力出现各式各样的差别。主要是由于组成煤层围岩的重要部分是软岩，而目前的软岩巷道支护方式比较被动，不利于煤矿的大力开展和深度回采。

1.1软岩的特征

一是软岩巷道具有流变性能，而且变形持续的时间长，变形量大。二是一般的软岩多为岩质泥岩、泥岩、粉砂岩以及砂质泥岩组成。软岩的孔隙率相对较高，稳定性差，强度小，而且结构疏松，松散破碎，容重低。三是软岩巷道的底鼓明显，变形范围广，变形速度快。四是软岩巷道的围岩压力较大，而且来压快，因此自稳性差，自稳时间短。五是软岩的膨胀性特别强，而且易吸水崩解。

1.2软岩巷道的基本特点

一是围岩的底鼓较为明显。由于强度低，结构疏松，松软岩层支撑不了其上覆岩层的重量，在地压的作用下，围岩以垂直变形为主，而垂直变形又以底鼓为主。因此，在松软岩层巷道中是四周来压，底鼓较为明显，但是在相对坚硬的岩层中，围岩对于支架产生的压力主要来自于顶板，而中硬岩层对支架的压力来自于两帮和顶板。

二是巷道围岩自稳时间的长短主要取决于地压的大小以及围岩的强度，同时也与巷道所处的位置，掘进方法、断面的形状有关。围岩从暴露起一直到开始失稳而冒落的时间，就是所谓的围岩自稳时间。自稳时间很短，而且来压很快，软岩巷道的自稳时间只有几十分钟到几个小时。由于巷道的来压快，因此要保证巷道围岩不冒落，只能立即支护或者超前支护。

三是软岩巷道的显著特点就是围岩变形量大，变形速度快，持续时间长。有的变形持续时间甚至长达半年以上还不能确定。

1.3软岩巷道的变形特点

一是软岩巷道的变形具有一定的方向性，因为它是在不同的应力作用下产生的。一般情况下，它是随矿井开采深度的加大而增加的，并且在不同的地质条件下，不同的矿区中都存在着相应的软化临界深度，一旦超过临界深度，支护的难度就会随之增大。

二是软岩巷道的变形具有明显的实效性。初期巷道的自稳性差，而且呈来压快，变形量大的特点，如果不及时加以控制，巷道的岩块很快就会冒落，最终破坏巷道。如果不适应软岩巷道大变形的特点， 一味地用钢性支架强行支护，巷道就会垮落，支架也会被压坏，巷道无法进行维护。

三是软岩巷道的受压多为环向性、非对称性。随着巷道的开挖，底板的底鼓也会随之产生，生产者必须对巷道底鼓加以控制，否则长时间的底鼓就会导致两帮的破坏，最终使得顶板冒落。

1.4软岩巷道的支护问题

一是支护的参数，巷道的稳定性对于支护参数的选择要求很高，通常情况下，基本上依据工程类比法对支护参数进行选取。对于普通的地质条件，可采用工程类比法，但是对于条件相对复杂的地质条件，该方法就不能再满足要求。

二是巷道围岩的变形破坏机理，巷道支护是一个与围岩变成相协调的过程，我们只有充分认识并能够合理利用围岩的变形机理，才能适时，适地地选择合适的软岩巷道支护形式以及最优的支护参数和时机。提高煤矿支护人员的理论素质也应该提到日程。三是支护对策，根据不同的巷道破坏性质和特征，应选用与之适应的巷道支护对策，特别是对于软岩巷道和硬岩巷道要严格区分。

2 软岩巷道的支护方式

2.1锚网支护

近年来，由于锚杆支护在提高围岩自身强度，控制支护成本，改善围岩应力状态等方面的优势，加之锚杆支护技术的不断发展以及工程学对于锚杆支护理论研究的不断深入，锚杆支护的应用相当普遍。但是锚杆支护也有其不利之处，锚杆支护依存的基础是围岩的赋存条件，因此，对于围岩破碎性很强的巷道，锚杆支护的锚固力就极易丧失，从而导致巷道严重变形。目前，锚杆支护主要是锚索支护、锚杆、高强度护表构件，这样的支护方式属于主动支护，并且主要针对那些围岩的可锚性较好的巷道条件。这样不仅能够提高岩体的残余强度，还能有效地改善煤矿巷道围岩的应力应变性和应力状态，从而充分发挥围岩的自承载能力。

2.2金属支架支护

目前，我国煤矿软岩巷道通常采用金属支架为U型的钢支架，它具有可缩性能较好，承载能力较大，结构较简单等优点。之所以这样选择是因为软岩巷道具有大变形，高应力的特点，这就要求金属支架既能够适应巷道大变形的特点，又能够抵抗巷道高应力的状态，即金属支架必须具备的高阻可缩性能。由于U型钢支架支护属于典型的被动支护，只能等到围岩变形之后被动承载，不能在支护初期提供支护阻力，这就容易在实际的承载过程中出现承载不均或偏载的情况，最终破坏围岩与支护之间的相互作用关系，从而无法有效地支护围岩变形的软岩巷道。

2.3联合支护

所谓联合支护就是同时采用多种具有不同性能的单一支护方式的组合支护。联合支护的支护方式多采用取长补短，优势互补的方式，保留各种支护方式的有点，摒弃其缺点，从而达到支护效果最优化。近年来，随着软岩巷道支护技术的大力发展，支护方式也随之不断改进，主要有型钢支架-锚网支护方式等。棚索联合支护是软岩巷道联合支护方式的一种，它以U型钢支架+锚索联合支护的支护技术，小孔径高强预应力的锚索联合支护能够充分激发杭大支护系统的整体效果和承载能力，并且还能最大限度地调用深部岩体的承载能力;而高阻可缩U型钢支架则可以有效地适应软岩巷道大变形，高应力的特点。两者结合，不仅能够有效控制顶板，还能够充分满足巷道的支护要求，并且安全性高，可操作性强。实验证明，该项支护采用之后，可以大大提高煤炭资源的回收率，为矿井的发展带来更大的利润空间。

3 结语

软岩支护是国内外面临的重要研究课题，尽管前人在此领域已进行了大量的探讨，取得了很多有价值的研究成果，但由于软岩受埋藏深度、赋存性状、水文地质、物相成份及矿山压力等因素的影响，致使软岩表现出不同的流变特性，这给软岩控制带来了非常大的困难。特别是煤矿向深部转移之后，在高应力的作用下，现有的单一的煤矿软岩巷道支护方式已经不能满足现状，甚至影响了煤矿的经济效益和安全状况。本文结合了几种单一的软岩巷道支护方式，并分析其优缺点，提出了一种更为有效的软岩巷道联合支护方式。

参考文献:

[1] 周华强.巷道支护限制与稳定作用理论及其应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.

[2] 张占涛.大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数的研究[D].北京：煤炭科学总院，2009.

[3] 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.