破碎软岩回采巷道支护技术与设计原理

李军军

（晋煤集团晋圣凤红煤业公司,山西 晋城 048002）

破碎软岩回采巷道支护技术与设计原理

李军军

（晋煤集团晋圣凤红煤业公司,山西 晋城 048002）

本文针对破碎软岩回采巷道支护问题进行研究，从理论上分析支护技术机理以及支护技术的设计原则。对软岩回采巷道变形的影响因素进行分析，实施支护过程中要结合矿区的地质构造和岩层分布情况决定具体选用何种支护方式。支护的出发点是充分发挥围岩巷道的自承能力，采用多种支护技术的结合能够增强支护效果，提高围岩巷道的承载能力和抗压能力，增强围岩的完整性。

软岩；回采巷道；支护；设计

早在20世纪50年代，软岩问题就已经被提出。目前我国有30多个煤矿出现软岩问题，软岩巷道的围岩控制已经成为影响煤矿生产的关键。事实上我国对软岩问题非常重视，1958年便开始对软岩巷道支护系统进行研究。并在“六五”、“七五”、“八五”期间陆续成为国家重点攻关项目[1]。几十年来，在工程技术人员不断创新、认真总结过程中形成了较为成熟的软岩支护技术体系。但是随着煤炭在不断开采过程中，开采条件和开采难度不断增加，部分矿区出现巷道围岩变形、高应力环境以及持续流变的软岩特性。这些问题的存在直接影响着煤炭开采工作的安全实施。因此，针对各个矿区的地质条件、围岩应力等具体情况选择合理的支护方式。探索正确的软岩变形机理和围岩控制理论，对矿区的高效高产具有重要的理论意义。

1 软岩回采巷道变形因素和破坏形式

软岩巷道发生变形后稳定性较差且难以控制，其影响因素是多方面的。涉及到到力学性质、环境因素、工程质量、应力作用等多方面。第一，软岩回采巷道两帮由煤组成，相比巷道顶部和底部岩层煤层的强度较低。巷道顶部和底部岩层多为砂质泥岩、泥岩或其他复合型岩层构成。其中最主要的矿物从成分是粘土，因此岩层多呈弱面发育，力学强度较低。第二，巷道开掘后，巷道环境发生变化，岩层中的裂隙水和静水压对软岩层有侵蚀作用。软岩产生物理化学反应后膨胀、湿化，围岩的承载能力自然受到影响。软岩巷道变形后周围环境的不断变化影响稳定性[2]。第三，施工过程中支护设计的不合理，施工管理不健全，用水管理较差等因素也会影响巷道不稳。保证施工质量加强工程管理能够减少巷道失稳发生的几率。第四，巷道开挖使围岩的外力环境发生变化，围岩从三个方向受力变为两个方向受力，围岩的平衡状态被打破。软岩回采巷道中，破碎区、塑性区和弹性区处于流变状态。在地应力的作用下，加大巷道支护的难度，发生围岩变形。地应力的作用也是影响巷道变形的基本因素，在各因素中起决定性作用。软岩回采巷道发生变形的影响因素多种多样，各因素是相互交叉、共同影响发生作用的。

破碎软岩具有力学稳定性，但由于应力发生变化稳定性被破坏、抗拉强度变低等原因造成巷道变形。在围岩受力条件发生变化后，在垂直应力作用下巷帮煤体发生变化遭到破坏，支撑力下降，抗压强度降低。破坏形式主要是顶板岩石下沉出现裂缝和碎块。

2 破碎软岩支护技术

破碎围岩承受力下降，要选用合理的支护方式，否则会造成巷道的严重变形。为保证矿井的正常运行，对围岩加固保持其整体性，起到稳定支护的作用。破碎软岩支护技术与硬岩不同，软岩巷道支护要让软岩进入塑性状态，通过塑性能的发挥增强围岩自身的承载能力。支护设计原理有：锚杆支护、注浆作用支护、钢筋网支护等。

锚杆支护法。主要通过锚杆与锚索共同加固围岩的作用，提高围岩支护体的承载力。锚杆—锚索支护技术的设计原理是保证围岩达到稳定时的变形量小于锚索的延伸量。通过选择锚杆支护形式和参数保持巷道围岩的稳定[3]。如果是复合顶板和淋水大的巷道，为保证支护效果，要采用锚杆—锚索复合加固。其他形式可以单独使用锚杆支护技术。具体使用过程中，一般在巷道开挖初期，围岩破碎情况较少。这时可以采用锚杆技术进行支护。随着开采量和强度的增加，围岩变形增大软岩，可以对破碎软岩使用锚杆—锚索联合支护，锚杆与锚索相互取长补短达到二次支护的作用，控制围岩变形。在具体实施过程中还需要注意采用合理的支护方法和设计。锚杆锚索的支护参数按照力学特性进行设计，将二者结合设计，而不是单独设计参数。使用此项支护技术的关键在于锚杆、锚索支护参数的设定要密切结合巷道围岩条件。

注浆作用支护法。通过注浆支护法保证顶板和两帮的稳定，增强支护的稳定性和整体性。注浆转移顶顶上的压力到两帮，使其加固。同时也能减少底板的承载负荷、岩石应力。从而保证底板、两帮和顶板稳定。注浆支护法的作用有：一是注浆能够胶结破碎岩石，将破碎岩石变为一个新的整体性结构，增强岩体受力能力。此方法是通过改变围岩自身的承载力来支护整体。二是注浆支护与锚杆支护结合，注浆后扩散到锚杆里，形成整体共同承担压力。加大了整个支护结构的承载力和支护范围[4]。三是浆液还可以填充围岩缝隙，加固围岩，再与锚喷形成合力组成多层组合拱，增强完整性。四是注浆能够将锚杆变为全长加固锚杆。锚杆的可靠性能增强。五是组合拱的形成增强了底板的厚度，减少底板岩石承受的压力，提高支护结构的适应性和承载能力。

锚网支护技术。锚网支护技术与以往支护技术的不同在于，锚网支护是主动地控制围岩变形，提高围岩的完整性和抗压能力，通过加固松动圈适应软岩变形特征，充分发挥软岩自身的承压能力。对裂缝数量和宽度进行限制，使喷层更有柔性，均匀分布应力，防止局部受损。此外还能起到提高组合拱质量和支撑能力的作用。

3 软岩回采巷道支护设计

针对赵庄煤矿破碎软岩回采巷道的实际情况，对软岩回采巷道的支护工作改变单一的顶板加固方法，还要注重巷道两帮和底角部分的承压能力。在设计支护方案时要将控制与适应相结合，不再是单纯的被动的适应围岩变形，而是采取主动与被动相结合的方式，设计新型联合的支护结构提高软岩回采巷道的承载能力。保护支护结构的完整性避免支护失效。注浆与其他支护技术的结合，对软岩回采巷道底部裂隙和两帮进行封闭，防止围岩被水侵蚀和风化，保持巷道围岩的稳定[5]。

设计软岩巷道支护方案时要遵循以下原则：第一，要分析矿区软岩巷道的特点，支护时充分利用软岩自身的承载能力，支护目标是保持巷道受力均匀、减少变形。优先选择锚杆支护、注浆支护等主动加固支护技术，强化围岩支撑结构。第二，要做好充足前期准备工作，仔细分析当地矿区软岩性质、力学特性和参数等。支架形式要可伸可缩，保证支撑力的同时也可以缩让。第三，遵循及时性和适当性的原则。支护行为要及时，一旦发现有围岩变形趋势马上采取支护措施，抑制围岩变形。加固与支护相结合，针对变形程度进行让压和加固。加固与支护结合、让压与卸压共用。第四，改变单一的支护方式，采取多种支护共用，不同支护技术相结合的方式。充分发挥各支护技术的优势特长，把握时机优化选择。第五，如果需要二次加护，则要合理确定支护计划，注意两次支护间隔时间要合理。第六，工程支护方案的确定要实事求是，结合地区地质构造、岩层特点、位置等因素。支护过程中及时调整，优化支护参数。保证工程质量的前提下，尽可能的降低成本，提高经济效益。

[1]孙玉宁,周鸿超,周建荣等.半煤岩软底巷道底鼓控制技术[J].采矿与安全工程学报,2007,24（03）：340-344.

[2]何亚男,贺永年,吴振业等.控制软岩回采巷道变形与底臌的一种新型联合支护.见:第二届国际采矿科学技术讨论会论文集[A].徐州:中国矿业大学出版社,1991：939-946.

[3] 陈炎光,陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社,1994.

[4] 李冲,李德忠.软岩回采巷道底鼓的机理和防治[J].煤矿安全，2006(06).

[5]卢学锋,张红军,钱自卫.松软煤帮巷道支护方案的比较分析[J].矿业安全与环保,2011,38（03）:45-47,51.

李军军（1976-），男，山西泽州人，研究方向：矿山开采。