软岩巷道支护问题与对策

赵俊峰

摘 要：蒲河煤矿井下巷道变形严重，需经常翻修才能满足生产需求，耗费大量的人力、物力，维修费用是巷道掘进费用的3-4倍，严重地阻碍了矿井的发展。针对矿井软岩巷道特点，文章首先分析了当前巷道支护施工中存在的问题，分别从管理不当与技术方法选择失误两方面开展，帮助明确支护效果下降问题的引发原因。在此基础上重点探讨相关问题的有效解决措施，提出加强巷道支护过程管理与完善施工编制等建议，支护方式的列举，为管理计划开展创造一个稳定的基础条件，进而达到最佳施工控制效果，得出经济安全结论。

关键词：软岩巷道；支护措施；支护技术；应用；经济安全

一、软岩巷道支护施工的主要问题

1、巷道支护设计不完善

原始地应力大，地质构造复杂，断层分布较多。围岩具有显著的软岩特征，岩性多为泥岩和凝灰岩，吸水性强，遇水极易膨胀。巷道施工前会进行支护设计，实际施工中受多种因素影响，传统的锚、网、索、吊、喷的支护方式不能满足围岩特征，由于软岩巷道围岩变形量大，变形持续时间长，目前使用的支护方式不能有效的控制巷道围岩变形，当采用单一支护软岩的支护能力会下降，并且很难达到预期的支护加固效果，巷道表面很容易产生凹凸不平整的现象，在此基础上所开展的各项矿产资源开采也会受到影响。凹陷下去的部分则出现架空情况，利用锚杆加固效果也并不理想。支护强度不够是当前常见的支护施工问题，影响也十分严重，如果不能协调解决这一问题，将会造成严重影响，不利于最终开采生产任务的安全进行。

2、锚杆孔位及预紧力与设计值相差过多

锚杆孔位实际预紧力与预期计算结果中存在差异性，这种差异性直接影响到锚杆的加固支护效果，如果不能协调好，巷道软岩部分会出现破损甚至大面积坍塌的现象，并不能达到预期的加固控制效果。尤其是在预应力不足的情况下，接下来的各项巷道施工建设计划也将都会受到影响，当前比较常见的锚杆加固技术应用在软岩巷道中，受锚杆孔位置以及直径影响功能实现受到很大限制，在接下来的建设施工中也需要重点解决。设计方案在具体落实中受环境因素影响十分严重，并且会影响到工程建设开展。软岩巷道在支护技术上要求比较严格，简单的技术方法也很难解决这一问题，对此应采取积极的管理控制措施加以解决。具体施工中要将角度、预紧力、装入树脂药卷量等差异控制在规定范围之内，这样在支护能力上才不会受到影响。

3、顶板金属网铺设不达标

在对顶板金属网进行铺设时，具体的位置以及厚度均没能达到设计标准，在此环境下所开展的各项支护施工均存在尺寸误差，并且很难通过简单的技术措施来解决。金属网主要是能够提供一个张力，将混凝土材料、围岩体牢牢地固定在加固位置中，从而达到最佳支护效果。由于所设计的铺设位置与实际情况存在很大差异性，对混凝土材料、围岩体不能完全起到加固的效果，软岩层得不到有效固定，巷道施工中自然会出现岩层掉落的情况，甚至造成支护功能整体受到影响。尤其是在金属网的连接部分，没有按照设计规定压在顶板下的情况常常出现，这样的金属网使用起来并不安全，会出现边缘卷翘、开裂的情况，影响到施工建设的安全性。

4、锚索外露过长且有偏载现象

软岩巷道支护中，锚索外露长度超过规定25cm后便会威胁到巷道使用安全。施工期间的质量控制不能在合理的数据基础上开展，自然会因此而受到影响，已经安装后对其进行处理难度也相对较大。固定偏差问题产生在承载能力与效果上均会受到影响，软岩部分的压力不能达到预期效果，向下压迫后造成支护结构整体掉落，后续的加密施工也只能继续补救，并不能达到最佳的控制效果。安装位置与设计方案存在偏差，必然会造成偏载现象发生，锚索同一位置长时间受到压迫，并且重量不能在支护结构中得到分散，影响到最终的施工。

5、喷浆工艺不完善影响质量

矿井目前常用的为普通的喷浆机，回弹料多，喷厚很难达到设计要求，多数情况只能起到封闭围岩，使其不受氧化，巷道稍有压力显现即桨皮脱落，影响质量。

6、架棚支护被动支护强度达不到理想要求

当巷道受压严重时，因U钢等支护强度承受不了而变形，影响巷道造型，进而对运输、行人、设备运转都不利，必须采取翻修等措施加以解决。

二、软岩巷道施工支护问题的控制措施

1、建立健全施工管理制度

软岩巷道支护施工中，建立一个完善的管理体系，在后续施工建设中也能了解到是否存在需要继续完善的部分，并起到一个技术约束的效果，当设计施工中存在不合理情况，便能够轻松的通过技术方法来解决，继而达到最佳控制管理效果。施工管理制度在完善中需要结合现场实际情况来开展，观察所存在的问题，从预防控制角度来制定约束制度，进而达到最佳的约束效果。在管理制度中要对误差进行严格的规定约束，并观察所开展的设计计划于实际情况之间是否存在不符合的部分，利用技术性方法帮助解决，进而达到最佳支护质量控制效果。对于技术方法之间的协调利用，更要严格参照管理规定内容进行，避免出现支护施工不足或者超量的情况。

2、违规行为停工整顿

对于违规行为要进行停业整顿，并在软岩巷道的支护技术上重新优化选择，体现出施工技术的可靠性。软岩层具有松动性与不稳定性，对此要加强现场的施工控制，并充分体现出最终管理控制计划的可行性，停工整顿后能够起到规避作用，避免类似问题再次出现在现场。停工整顿要有一个详细的衡量标准，一旦出现质量问题要及时的控制，将质量安全问题控制在施工管理范围内，避免继续严重威胁到最终的软岩支护效果。再次施工要检测在质量安全上是否可以达到预期效果，达到规定的标准后可以继续开展软岩支护计划，并在管理规定范围内选择所应用的技术方法。

3、实时监控施工质量

对于施工过程中的质量监管控制，要实时进行，严格对比设计方案，将尺寸偏差控制在安全范围内。任何环节施工出现误差过于严重的现象，都要及时配合技术方法来解决，尺寸达到规定标准后可以进行后续的软岩支护施工控制，在最终的质量安全上也能达到最佳控制效果。针对发生可能性较大的问题，要做好前期预防控制工作，采取相关技术措施对软岩巷道进行支护，由于是锚杆孔打孔以及锚索安装等部分，容易产生误差更要加强监测控制，确保在最终的质量安全上可以达到设计标准，并且接下来所开展的各項施工任务也能在此基础上顺利开展。实时监管控制是预防质量问题发生的有效措施，也是解决当前问题所必须要达到的。

4、认真编审施工措施

对于施工过程中可能会产生的问题，要加强编制审核，对软岩巷道支护施工方案可行性进行研究，并观察所开展的各项施工任务是否会因此受到影响，结合支护现场的实际环境来进行。有目的有针对性的开展编制审核，观察各个现场的技术性问题，了解到安全隐患更要及时配合解决方法来预防，从支护效果提升层面开展。对于容易产生偏差的部分，对方案进行调整，尽可能采取简单高效的支护技术方法，并观察在现场比较容易产生的问题，从而达到最佳控制管理效果。巷道需要支护的面积比较大时，要采取分段质量控制方法来保持达到质量标准，在支护进行期间严格控制材料使用，避免出现超量施工或者材料使用效果不理想的情况。

5、采取形式多样的联合支护方式，可有效解决支护问题

蒲河煤矿进过多年實践采用的支护方式有锚网+锚索+U钢支护方式+喷浆、锚网+锚索+U钢支护方式+注浆加固、锚网+锚索+U钢支护方式+浇筑、超长锚杆支护等均在不同时段起到了很好的支护效果。

a、锚网+锚索+U钢支护方式+喷浆施工：在掘进巷道中，围岩相对稳定时，多采用锚网+锚索+喷浆，顶板锚杆2.2米，帮锚杆3.2米，间排距0.8米；锚索长7米，直径由15.5毫米，变革为直径22毫米，喷浆厚度100毫米；当遇到顶板变化破碎时采用架U钢棚加强支护，棚距0.5-1米。在巷道没有进入回采时，上述支护效果可以。

b 、锚网+锚索+U钢支护方式+注浆加固：为了解决工作面回采期间两顺巷道支护问题，在服务期限内保证巷道能安全、正常使用，避免投入大量人力、物力进行翻修作业，巷道回采期间，在锚网+锚索+U钢支护方式基础上注浆，为蒲河煤矿软岩高应力巷道支护技术开辟新途径。

注浆的目的是充填粘结受采动影响后的巷道围岩离层、开裂形成的裂隙，将破碎的巷道围岩进行重新组合，尽量恢复并构成连续的传力结构体，有利于锚杆、锚索加固时力的传递，大幅提高支护的质量和强度，提高巷道围岩的整体性和力学指标，注浆后的巷道，破碎围岩基本上可以恢复连续状态。巷道围岩注浆加固的具体作用：

（1）提高岩体强度。

（2）形成承载结构，降低巷道支架载荷。

（3）改善赋存环境，浆液凝结体封闭裂隙，减小应力集中，防止水气浸入内部岩体，防止水害和风化。

（4）有效的减小瓦斯涌出，降低巷道瓦斯浓度。

主要设备与材料：采用2TGZ-60/210型注浆机，325#水泥配制注浆液，注浆压力9.5MPa。

主要技术参数的确定

（1）注浆孔以穿透裂隙带为宜，根据中国矿大测定的松动圈在1.75～2.38米，根据工作实际情况松动圈应大于矿大测定值，注浆孔深度确定为：4.5米。

（2）注浆孔宜垂直裂隙面，固注浆孔角度确定为：底板眼70～90°、帮眼0～20°、二肋眼40～60°、顶眼70～90°。

（3）注浆孔排距设计为：5米。

（4）注浆孔间距根据巷道断面大小确定为：在1～2米之间。

（5）每排注浆孔数量根据不同地点断面大小确定为：8～10个。

（6）注浆液水灰比为1：1。

（7）注浆管长2.3米。

（8）封孔用的水泥沙浆水泥与沙子的比例为1：3。

通过对比看出，未注浆巷道在未收到采动影响的状态下2个月的时间内净高变化达到了500～600mm，净宽变化在250mm～300mm之间，而注浆加固段巷道，巷道第一个月净高100～200mm的位移量，净宽有50～100mm的位移量，分析是由于注浆后巷道围岩应力重新分布，在注浆后初期位移量表现较为明显。一个月以后巷道变形趋于稳定。注浆段巷道处于受到采动影响的区域，反而比未注浆段巷道的平均变化量小很多，证明经过注浆加固的巷道的围岩的稳定性远远高于没有注浆的巷道。

安全效益：注浆方法加固巷道不仅在技术上是可行的，经济上是合理的，在安全方面通过注浆，将松散破碎的围岩胶结成整体，极大地提高了巷道围岩强度，充分利用了围岩的自身支承能力，使巷道保持稳定而不易被破坏，极大的避免了冒顶、漏顶、片帮事故的发生。注浆作业，极大的减少了工人的劳动强度，避免了架棚、翻棚作业可能对工人造成的伤害，从这个角度说明，注浆作业一定程度上避免了工伤事故的发生。改善赋存环境，浆液凝结体封闭裂隙，减小应力集中，防止水气浸入内部岩体，防止水害和风化。一定程度上减小瓦斯涌出，降低巷道瓦斯浓度。

C、锚网+锚索+U钢支护方式+浇筑：相对矿井准备巷道服务时间比较长，维护频率高情况下，在锚网+锚索+U钢支护方式基础上，U钢棚后浇筑300毫米以上混凝土，能够比较长久的支护巷道，可以做到一次投入，减少翻修次数，安全上极大有保证。

d 、超长锚杆支护：蒲河煤矿井下巷道变形严重，需经常翻修才能满足生产需求，耗费大量的人力、物力，维修费用是巷道掘进费用的3-4倍，严重地阻碍了矿井的发展。原始地应力大，地质条件复杂，断层分布较多；软岩巷道特征显现明显，岩性多为泥岩和凝灰岩，吸水性强，遇水极易膨胀；支护方式不能满足围岩特征，前期施工巷道使用的锚杆长度不足，末端锚固未超过松动圈影响范围，不能有效的控制巷道围岩变形。增加巷道支护强度，降低维护成本，蒲河煤矿在西三采区运输巷进行超长锚杆支护试验，为蒲河煤矿软岩巷道支护技术奠定理论基础。

对接式超长锚杆（以下简称超长锚杆），是利用机械加工工艺把螺纹钢杆体连接头进行墩粗，再用螺栓连接在一起。除具有一般锚索的优点外，还具有可延伸的特点，克服了锚索在井下应用时由于延伸量小而导致破断的弊端，尤其在软岩及半煤岩巷道帮、顶且直接顶破碎而且厚度较大时，可以有效地解决普通锚杆不能锚固到其稳定煤（岩）层中，更好的起到支护帮、顶的作用。

主要设备与材料：

钻机：采用MQT-100/3.1型气动锚杆钻机及配套的中空钎杆 （顶板施工） （Φ28mm钎头）；采用ZQS-65/2.5S型手持式气动钻机及其配套的麻花钎杆（两帮施工）（Φ28mm钎头）。

锚杆：顶板施工采用MSGLW-335/20×4960C型锚杆；两帮施工采用MSGLW-335/20×3700C型锚杆。

托盘：所有锚杆均配用36U型钢加工的托盘，托盘的为300 mm×300mm。

布置方式：蒲河煤矿松动圈范围为1.75～2.38m，超长锚杆可锚固到稳定煤（岩）层中。经过实测，超长锚杆在保证延伸率大于15﹪的情况下，抗拉强度可以达到180kn，依据辽宁工程技术大学针对蒲河煤矿巷道支护设计方案。确定超长锚杆间排距为800mm、呈矩形布置（图2），锚杆露出螺母长度为40mm。

超长锚杆支护工艺简单，施工速度快，可实现及时支护，从施工完的连续200m巷道来看，支护效果良好，顶板控制有效，抑制了围岩的位移，可有效地控制软岩巷道的变形，完全适用于软岩巷道。

6、积极借鉴、采取国内外先进支护工艺，能起到事半功倍的效果，对安全生产有极大的帮助。

三、结论：由于软岩中含有膨胀性粘土矿物，软岩遇水容易膨胀，导致整体强度降低、胶结程度差，巷道掘进和支护困难，早期的锚杆支护理论和技术适用于中硬、硬岩的围岩条件中，此时也已不在适用。为解决此类问题，我国学者也开展了大量的研究和实践，如围岩强化技术体系、分布动态控制体系、让压支护技术体系等，其核心技术是采用高强预应力锚杆、锚索，配合 U 型棚、喷浆联合支护、辅助注浆、浇筑、超长锚杆等手段，实现围岩和支护体系的统一承载、动态控制，目前在经济效益和安全效益上方面都取得了良好的成绩。

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