煤矿软岩巷道支护方式研究与应用

张传宁　张胜功

摘 要：我国煤矿地层中有广泛的软岩分布，大部分甚至全部矿井开采区域基本属于软岩矿井，随着开采深度的不断增加，软岩的范围也不断增加；而矿井下的软岩巷到由于高压力影响会出现围岩松软或支护困难等问题造成巷道稳定性差和容易变形的问题，这就要求煤矿在开采中对巷道围岩的力学特征和支护技术进行更加深入的研究，只有选择适合的支护材料和支护方式才能发挥支护的支撑和承载作用，本文主要根据软岩巷道稳定差和难支护的缺陷，深入探究软岩巷道支护的方式，对开采中常见问题进行分析，为有效解决软岩问题提供参考。

关键词：软岩；支护；高压力；支护方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.072

0 引言

随着我国人们生活水平的不断提高，对矿产资源的需求量越来越大，伴随煤矿开采深度的不断增加，煤矿井下大部分为软岩岩层结构，受高应力影响存在围岩松软和支护困难等问题，为解决软岩巷道的围岩变形大和稳定性差的问题，软岩支护方式的选择与应用成为煤矿开采的重要问题之一，因此，本文对软岩巷道的支护方式进行探究，为达到提高煤矿开采效率和降低支护成本的目的。

1 软岩巷道变形的原因

煤矿软岩支护是煤矿井下开采的关键技术之一，也是煤矿井下开采的难题之一，软岩巷道两边移动或顶板下沉等问题会导致巷道断面出现变形的问题，从地板岩层受力情况来看，巷道地板不稳定会直接影响到顶板的稳定性，而传统的支护技术可以对地板下沉进行一定的控制，但对低鼓仍然没有有效的方法，从地面岩层受力情况来看，巷道地板处于未支护状态，随着巷道的不断挖掘导致原本作用于地板岩层的应力减弱，地板岩层会恢复弹性，若高应力量超过岩层的强度，巷道会出现变形严重的情况；根据水平应力理论得知，巷道的挖掘方向出现倾斜，巷道顶底板岩石会出现偏向导向一侧的情况，这种情况容易导致巷道顶板出现破坏，顶板的破坏还会引起巷道岩层的内移，软岩变形会使得地板岩层发生较大的破坏，使得巷道变形情况继续发展。

2 软岩支护技术概况

软岩具有稳定性差、松脆膨胀等特点，软岩对巷道挖掘常出现较大变形，部分西方国家采用新奥法理论解决支护问题，而部分国家则多运用金属支架来处理软岩巷道支护问题，这些技术不能从根本上解决支护问题；这些支护方式存在施工复杂的问题，原有巷道遭到破坏会再进行修复比较困难，因此传统技术无法满足软岩技术的需求，新型支护技术应用越来越广泛。

3 软岩巷道支护方式的选择

3.1 全钢型支护

全钢型支护，该支护方式主要分为全封闭钢支架支护、整体预制模板支护、现浇封闭钢筋混凝土支护等，全刚性支护无法很好的解决巷道围岩应变与支护体形变之间的问题，钢性支护可以为巷道围岩提供一定的支护强度，但不适合变形量较大的软岩巷道支护。

3.2 U型钢支架支护

U型钢支架支护由于软岩巷道有形变量大的特点，这要求金属支架需要具有较高的可缩性能，在抵抗巷道高应力的同时也可以发挥形变量大的优势。为满足高阻和可收缩的特点，我国软岩巷道支护方式多选择具有结构简单、承载能力强和可缩性强的U型钢支架，该支护方式多应用于围岩破碎较为严重的巷道中，但U型钢支护方式属于被动支护，无法在支护初期提供支护作用力，在围岩变形作用于U型钢支架之后方可承载压力，因此存在一定的缺陷。

3.3 锚杆支护

锚杆支护常被称为主动支护方式，但并非所有锚杆支护均是主动支护，区分主被动支护方式的关键在于看支护体能否主动给围岩预紧力，在安装锚杆支护时，给锚杆施加足够预应力，可以消除锚杆的拉伸滑移，直接对围岩提供一定的预紧力，起到提高围岩整体稳固性，达到支护目的。

3.4 联合支护

巷道软岩是一种支护极为困难的岩层结构，联合支护技术需要从外改变围岩受压能力，控制围岩变形，从内部要增强岩体强度，提高承载力，联合支护指采用不同性能的单一支护方式进行组合，随着软岩技术的不断改进，，保留多种支护方式的优点，实现优势互补，结合U型钢、工字型钢的支护方式，汲取锚杆支护和锚网支护等多种支护方式的优点，相互补充，通过与围岩的相互作用，适应软岩高应力的变形，实现联合支护体共同承载压力。

3.5 软岩支护新方法

软岩支护方式的新方法为超高强度锚杆支护方式和锚注支护，超高强度锚杆支护采用螺纹钢锚杆，是普通锚杆强度的3-4倍，为巷道围岩提供强大的锚固力，更可以约束围岩的裂隙，提高系统的安全性；锚注支护方式针对松动范围较大的软岩巷道进行支护，单独锚杆支护难以支护破碎岩石，巷道中为发挥锚杆支护的优势，提高围岩的强度和改善围岩的变形规律，利用锚杆兼作注浆管实现锚注一体化技术，成为解决围岩破碎的有效支护方式；锚注支护方式中的注浆可以改变围岩的松散结构，提高围岩自身强度，可以利用浆液封堵围岩缝隙，提高围岩的稳定性；注浆形成的加固圈可以为锚杆提供可靠的锚固基础，发挥锚杆对破碎松散围岩的支护作用，进一步增强支护效果。

3.6 巷道支护材料的选择

传统锚杆加工粗糙、强度低，无法通过人工进行分步安装，在锚杆的实际使用中容易出现不合理的情况，复杂情况下锚杆安全性能差，目前高强锚杆使用较为广泛，无论在性能还是加工精度方面都比传统锚杆有明显提高，在一些特定的零部件方面有很明显的改善，高强度锚杆支护在复杂条件下有很强的适应性，运用的锚杆材料比金属支架的投入成本低，支护效果也更加明显。

4 结束语

在软岩巷道支护中通过对软岩巷道力学和支护方式选择的深入研究，复杂地质选择适合的支护方式，是保障矿井安全开采的关键。运用合理的支护方式，才能够有效地发挥支护体的支撑作用和高承载能力，避免巷道破坏后再进行修复而造成大量的人力物力和财力的浪费，有效解决软岩巷道的支护问题可以保障煤矿开采的安全性和提高企业的经济效益。

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