关于软岩矿井开拓巷道支护的研究

关于软岩矿井开拓巷道支护的研究

杨晓光

开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司河北唐山063000

摘要：在现阶段，国内深部矿井煤炭开采过程中最为困难的就是如何保证软岩巷道围岩的稳定性，也就是要确保软岩巷道支护的实际效果，如此方可使得煤矿生产的安全性得到提升，进而获得令人满意的经济效益。当前时期，国内深部矿井软岩支护通常采用的就是可缩性金属支架结合锚注支护的方法，其效果是较为显著的。本文即针对软岩矿井开拓巷道支护展开深入的探析。

关键词：软岩矿井；开拓；巷道支护

目前，我们国家矿井开采的深度增加了很多，而这就导致软岩巷道也随之增加，如此一来，支护工作所要面对的困难自然也就变得更多，一旦支护不到位，矿井安全就难以得到保证。从这点来说，摆在面前的首要任务就是要切实解决深部矿井软岩巷道支护的相关问题。

1软岩的特点

所软岩即是松软的岩石，其具有膨胀、崩解的特征。在对巷道进行开掘的过程中，岩石就会受到浸水、风化，继而出现体积变大的状况，此时压力也就随之增加，出现塑性变形的概率自然就变大，巷道的稳定性就无法得到保证。围岩出现膨胀，支护就会变形，此时就要采用锚杆支护，其能够对变形加以阻止。如果围岩出现松动，其自承力就会消失，这样一来，锚杆支护就难以发挥效果。锚固层可以使得自身稳定性得以强化，同时也能有效承受上位岩层的载荷，对变形、松动能够产生一定的抑制作用。然而对于受到浸水、风化的松软岩层来说，可通过锚喷的方式在进行支护。因为围岩的膨胀持续增加，巷道变形量也会变得更大，一旦围岩塑性区超过了锚固的有效范围，锚杆自然就难以产生作用。此时，岩石以及上覆岩层的重力就会超过锚固的支撑，巷道此时就必然会出现变形的情况，安全难以保证。

2开拓准备巷道支护问题

2.1岩石膨胀破坏型。导致此种破坏出现的原因主要是矿井开拓的方式以及准备巷道层位的选择不正确等。因为开采水平地层-645m，9槽和11槽煤间的泥岩、黏土岩、炭质泥岩等均为膨胀性岩石。这就导致巷道在比较短的时间内会出现压垮的情况，底板会鼓起，拱顶则下沉，两帮收敛，此时巷道就会呈现出较大的变形，甚至全部压垮，即是进行翻修也很难投入使用。

2.2近距离巷道相互扰动破坏型。导致此种破坏出现的原因就是局部工程的设计出现了问题，巷道的密度比较大，但支护的强度却不够，这就使得近距离巷道出现交替破坏的状况。水平大巷出现一定程度的干扰，岩层的稳定性就变差，即使持续展开翻修，变形仍旧会出现。

2.3断层干扰破坏型。出现此种破坏主要是因为在掘进之时，顶板的超前支承压力朝向巷道传递，而巷道支护在强度方面却存在不足。比方说某个轨道大巷的支护是直墙半圆拱喷锚梁，在静压期，巷道不会出现变形，但在动压之下，巷道变形就会十分严重，此时就要通过一些特殊的方法来完成施工任务，花费的时间回更多，而且在施工完成后的不长时间内，巷道就会出现很大的变形，此时就要再次进行翻修。

3软岩矿井开拓巷道支护方法

3.1锚杆支护加固。深部矿井开拓软岩巷道之时，必须要保证围岩十分稳定。采用锚杆支护就可对已经破碎的围岩进行锚固，形成一定数量的锥形体，而且这些锥形体会相互摩擦、挤压，从而产生整体效应。破碎岩石在摩擦、挤压以及铰合之时，因为岩石当中存在着裂隙，这就使得变形性能会变大，矿山压力自然也就能够得到释放。压力的强度和原岩体强度是大致相同的，对相关的研究成果进行分析可知，通过锚杆来对破碎围岩进行加固，可使得围岩的强度能够恢复到原来的94%以上。

3.2软岩巷道支护设计

（1）软岩巷道围岩加固设计。首先就是要切实完成注浆加固以及围岩处理的相关工作。如果围岩的发育并不完全，则要先进行灌浆，提升围岩强度；其次就是要完成好锚固工作。通过锚杆或是锚索来展开加固，若想使得加固更具实效，锚杆可加长，密度也可增加，还可通过钢筋梯、钢梁等来使得锚杆成为支护整体；再次就是要做好围岩封闭的工作。如果围岩膨胀较大，那么就要增加底拱，同时还要将巷道涌水予以排出；最后就是要使用锚注一体的形式，要进行超前支护设计。

（2）使用可伸缩性的金属支架。因为围岩变形的状况并不是完全相同的，因此所选用的支架必须是最为适宜的。两个支架间要设置拉杆，至少为6副，所有支架接头处要使用卡缆来进行衔接，至少为4副，支架下还要敷设一层钢筋网。

（3）使用联合支护与耦合支护相结合的方法。一是锚网处施加１个Ｕ型的钢联合支护，也可以在锚网位置处喷加１个锚索，并同样施加１个Ｕ型的联合支护；二是锚网上喷加网壳耦合防护，也可以喷加锚索加网壳耦合支护；三是锚网上喷加桁架联合支护或者在锚网位置处增添１个桁架联合支护。

3.3巷道断面形状的优化。巷道断面的形状也会对围岩稳定性产生较大的影响。将岩石的抗拉强度与抗压强度进行比较可以得知，后者是远远大于前者的。在确定巷道断面形状之时，要在保证生产的基础上，依照围岩应力状态来确定。当支护体对围岩的顶和帮所产生的支护强度是完全一样之时，围岩两帮的移近量就会比顶底板移近量要大一些。单从大雁矿区的情况来看，其原岩地应力当中的最大水平主应力要高于自重垂直应力，而且达到了1.30至2.03倍。在巷道遭到破坏之时，两帮的移近量相较于顶底板移尽量要高出许多。巷道的曲线断面与折现断面相比较，其所承受的拉应力会小很多，稳定性也会有所提高。在下阶段，大雁区巷道的断面形状有了很大的改变，在过去一段时间中采用的是体型、直墙半圆拱形，而现在采用的则是圆形、马蹄形，这种改变所带来的经济效益是较为显著的。从这个实例可以看出，在选择软岩矿井巷道断面形状之时，要选用曲线型的断面，能够将岩石所具有的抗压性能较大的优势充分利用起来，从而使得巷道断面的形状和围岩的应力状态是相适应的。

3.4掘进工艺的选择。如果选择的工艺不正确，就会造成围岩变形，稳定性变差。爆破所产生的震动会使得围岩塑性圈变大，进而造成围岩变形的速度变快，巷道就无法处于稳定状态之中。所以说，在进行软岩巷道施工之时最好使用机械来掘进。这样可使得围岩塑性圈范围变小，巷道能够更好的成型，围岩应力也会均匀分布。在采用机械施工有困难的施工地点也要尽量选用定向断裂爆破和周边密打眼少装药预留周边二次成型巷道的爆破技术。这样能在一定程度上减少巷道的超挖,消除应力集中,减少围岩的反复扰动。大雁矿区近年推广应用的定向断裂爆破技术已取得了良好效果。水对软岩巷道变形的影响很大,主要表现在使岩石软化和膨胀。由于大雁矿区岩层中蒙脱石含量高,巷道围岩在水的作用下造成围岩应力增大,自承能力降低导致巷道失修的现象更为严重，设计中力争做到巷道水通畅。巷道没有明显的积水也要在巷道内按一定的间距设置渗水井,降低底板岩层中的含水。

4结论

要依据现实状况来进行整体考虑，选择最为适宜的支护方法，同时要依照使用的情况来展开适当的调整，如此方可使得软岩巷道得到有效的控制，进而能够将困扰矿井安全生产的开拓巷道支护的相关问题予以有效化解，确保生产更为安全，并且能够使得煤矿深部开拓准备工程软岩支护获得更为丰富的经验。

参考文献：

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［4］张连福，周学斌，王多春．软岩巷道锚注支护机理及现场支护研究［J］．煤炭科学技术，2016，35(12):32－35．