深部矿井软岩巷道支护探究

范忠明，张金山，马 猛

深部矿井软岩巷道支护探究

范忠明1，张金山2，马 猛2

(1.神华乌海能源 平沟煤矿，内蒙古 乌海 016013;2.内蒙古科技大学 矿业工程学院，内蒙古 包头 014010)

随着我国矿井开采深度的逐渐增加，深井软岩巷道越来越多，地应力也相应增加;同时也对深部矿井软岩巷道支护和维修带来了不利因素，直接影响着矿井安全生产和经济效益。因此，深部矿井软岩巷道支护成为矿井亟待解决的问题之一。通过分析软岩巷道的特性，影响巷道围岩稳定性的因素，深部矿井软岩巷道矿压显现的特点和软岩巷道的支护原则，对支护方法进行探究。

软岩巷道;支护原理;复合支护

深部矿井的软岩巷道围岩稳定性问题是我国深部矿井煤炭开采所面临的难题之一，能否有效地解决好深部矿井软岩巷道的支护问题，是煤矿安全生产和取得良好经济效益，保证国家主体后备能源供给的关键。目前，从我国深部矿井软岩支护现状和前景来看，可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护无疑将有良好的发展研究价值。

1 软岩的分类及特性

根据软岩的强度特性、结构面特点、泥质含量等的不同及其发生显著塑性变形的机理不同，工程中软岩分为四大类，即高应力软岩、膨胀性软岩、节理化软岩和复合型软岩。

软岩的力学属性表现为膨胀、可塑、崩解、流变和易扰动等特性［1］。

2 影响巷道稳定性因素分析

2.1 围岩强度对巷道稳定性的影响

围岩强度是影响围岩稳定性的重要因素之一，围岩强度越大，也就是巷道岩体内部的凝聚力和内摩擦角越大，岩体内部岩块相对位移的阻力也就越大，从而保障了巷道围岩的稳定性;相反，围岩强度愈小，巷道围岩的稳定性愈差。

2.2 矿井深度对巷道稳定性的影响

矿井的开采深度越大，其岩体的原岩应力也对应增大，原岩应力包括自重应力、构造应力等;自重应力和矿井深度直接相关、和矿井深度成正比关系。构造应力就是构造残余的应力，当开采深度比较大时，就会引起构造应力释放比较困难，再加上原岩应力过大，可导致矿山压力显现剧烈，巷道围岩稳定性受到影响。

2.3 其他因素对巷道围岩稳定性的影响

1)井下爆破：井下爆破工作产生的巨大震动，可能会导致原岩应力状态重新分布，影响巷道稳定性。

2)水的因素：巷道围岩有淋水现象，水的侵蚀使岩石软化和膨胀，导致巷道变形急剧增长。

3 深部矿井软岩巷道的矿压显现特征

1)巷道围岩变形量大且变形快速，主要表现为底鼓，顶板下沉。

2)煤矿采深越大，开采影响波及范围也就越大。

3)支柱的变形与折损，随着顶板的下沉，巷道支护物受载也逐渐增加，一般能用肉眼观察到木柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损。

4)顶板容易破碎，常常发生局部冒顶，工作面顶板沿煤壁切落等矿山压力现象。

4 控制深部矿井软岩稳定性的机理

对于受采矿扰动影响比较明显和开采深度大的软岩巷道，软岩巷道的围岩容易破碎、变形、出现底鼓的实际情况，目前，采用锚网支护，已经不能有效地保证巷道围岩的稳定性，鉴于安全生产与保证工程质量，需要探索支护深部矿井软岩巷道的方法，以保证深部软岩巷道有较好的稳定效果。实践表明：可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护方式可以很好地解决软岩巷道稳定性维护的问题，即采用锚杆控制软岩巷道中的破碎围岩体，尽量使围岩体保持形状较大的整体，用来提高围岩的强度、力学性能与增加岩体间的相互铰合的能力;再通过具有可缩性的金属支架来阻止围岩体变形或者移近等现象，达到维持巷道断面积与形状，满足巷道设计的要求;最后通过实施注浆技术，促使松散破碎的围岩体进一步形成较为稳定的整体，力学性能进一步提高［2］。

5 深部矿井软岩巷道围岩支护的技术方案

有关专家提出利用可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护方式对深部矿井软岩巷道进行控制;向帮底、巷道两帮、顶板处打锚杆加固→手刨巷道壁进而架设可缩性金属U型钢棚→打注浆孔、向围岩内部注入硫酸盐砂浆或者煤矿安全用高分子化学注浆材料(马丽散、罗克休、艾格劳尼等)→达到控制和加固软岩巷道的作用。

5.1 锚杆支护加固

在深部矿井开拓软岩巷道时，其围岩稳定性遭到破坏。利用合理的锚杆支护可以将破碎的围岩体锚固成多个锥形整体，它们相互摩擦、相互铰合、相互挤压，进而使开拓的巷道周边形成一个个整体。在破碎岩石相互摩擦、相互铰合、相互挤压的过程中，由于破碎岩石多含有裂隙，其变形性能较大，可以释放部分矿山压力。其释放压力强度几乎与原岩体的强度接近，中国矿业大学董房庭教授试验结果表明：锚杆对破碎围岩加固后，围岩体的强度可达原强度的94%以上。

5.2 可缩性金属U型钢棚加固

深部矿井软岩巷道受上覆岩层自重应力和原岩应力的影响，经开拓影响后，不仅会出现顶板下沉量大、下沉速度快，巷道两帮移近量大，而且巷道底板可能会鼓起。这种情况下，可采用可缩U型钢棚加固巷道，因为U型钢棚有足够的可缩量，也能满足不同的可缩方向的要求，另外有较好的增阻速度及支护阻力，可以形成具有高支撑力和整体性的先柔后刚的支护体系，能适应沿空留巷的要求。

5.3 注浆加固

5.3.1 注浆原理

软岩巷道中围岩的强度和变形主要由弱面控制，因弱面的强度及弹性模量均较低，所以巷道围岩变形量大，维护困难。注浆可以将松散的岩石胶结成整体，提高岩体的内聚力及内摩擦角，以加强岩体的力学性能。注浆能封闭岩石自身，不但可以防止软岩风化和吸水软化，也将岩体强度大大增强，达到提高围岩的承载能力的目的。

5.3.2 注浆量及注浆时间确定

由于围岩岩体的裂隙发育不同和围岩岩体受扰动范围的不均匀性，围岩岩体吸浆量也有较大的差异，通常情况下以不发生大量跑浆为注浆时间。为了能够有效防止浆液在注浆压力的作用下可能沿围岩体弱面扩散，造成漏浆、窜液等现象的发生。注浆过程中在控制注浆量和注浆压力的情况下，也要适当控制注浆的时间，在一般情况下注浆的时间不能过长［3］。软岩巷道的围岩岩体裂隙不发育或发育程度低将导致注浆速度慢和注浆浆液扩散更困难等问题，为了达到近似理想的注浆效果，必须改进注浆压力、注浆时间延长。

5.3.3 注浆工艺

注浆工艺在一定程度上影响巷道围岩注浆加固的质量。工序过程如下：

1)打孔：根据巷道围岩体的周边因素与具体工程情况，按照注浆设计的打孔参数，采用锚杆钻机打注浆孔。

2)封孔：封孔质量是保证注浆压力的关键，注浆时一般采用胶管封孔器封孔。

3)注浆：在保证封孔安全可靠的情况下进行注浆，注浆顺序为底板→两帮→顶板。

4)管路清洗：应吸入清水对注浆泵和注浆管路进行清洗，防止因浆液凝结导致堵塞注浆泵和注浆管［4］。

6 研究结果

实践表明，矿井深部软岩巷道通过可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护之后，巷道变形量显著降低，巷道两帮的移近速度明显放缓，底鼓也得到了有效的控制，顶板下沉速度大大减缓。围岩变形基本得到了控制，保证了矿井安全生产的需要。

7 结语

1)“可缩性金属支架结合锚注支护”的复合型支护思路是从加固围岩体的角度出发，有效地利用围岩的自身支撑能力，达到维护围岩稳定性的目的;而锚注支护使巷道支护实现了支护特性的转变(被动支护转变为主动支护)，大大提高了支护结构的承载能力，提高支护结构的稳定性。

2)“可缩性金属支架结合锚注支护”的复合型支护，通过注浆不仅可以提高围岩自身承载能力的强度，而且为锚杆支护提供稳固的基础，可以有效地控制复杂的软岩巷道变形大的问题，是解决深部矿井软岩巷道矿压显现问题的有效方法。

3)注浆技术的应用能够加固巷道围岩，改变围岩的松散结构的物理状态，提高围岩体的一体性。

［1］ 王小庆.矿山软岩巷道中拱形支架的受力分析及应用［D］.西安：西安科技大学，2011.

［2］ 张 浩.深井核心硐室“二次锚网注”围岩控制技术［J］.煤矿安全，2011，42(2)：45－48.

［3］ 王正才.注浆加固技术在及软岩巷道支护中的应用［J］.采矿技术，2010(10)：124－126.

［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，2007，35(12)：32－35.

Study and Exploration on the Soft Rock Tunnels Support in Deep Mine

Fan Zhong－ming，Zhang Jin－shan，Ma Meng

With the gradual increase of mining depth in China coal mines，deep soft rock tunnels are becoming more and more，so the ground stresses also increase accordingly.At the same time，it brings the unfavorable factors of soft rock tunnels support and maintenance in deep mine，which will have a direct impact on the mine safety production and the economic efficiency.Therefore，the support of the soft rock tunnels in deep mine is one of the problems which should be solved immediately.The essay is studying the support methods by analyzing the characteristics of soft rock tunnels，the factors that affect the stability of surrounding rock，features of soft rock tunnels in deep mine appeared and the principle of soft rock tunnels supporting.

Soft rock tunnels;Support principle;Compound support

TD353

A

1672－0652(2012)07－0038－03

2012－04－29

范忠明(1970—)，男，内蒙古乌海人，1993年毕业于山西矿业学院，高级工程师，主要从事采矿领域的工作(E －mail)mamengjovy@163.com