煤矿软岩巷道支护技术探究

廖祥奎

（贵州渝能矿业有限责任公司木孔煤矿， 贵州 毕节 551802）

引言

软岩具有流变、软弱、松散等特点，稳定性较差，如果煤矿开采的过程中遇到软岩地质，开采风险会增加，需要采取有效的支护技术来提升巷道稳定性。在煤矿工程施工过程中，软岩会受到各种外力的影响，很容易出现塑性变形问题，如果超出设计允许值，会影响工程正常施工，甚至带来安全风险。因此，在煤矿软岩巷道掘进的过程中，必须要采取有效的支护技术，提升巷道的稳定性和安全性，确保煤矿工程可以顺利开展。

1 煤矿软岩巷道的特点

1.1 临界荷载

采用蠕变试验的方式进行临界荷载分析，根据试验结果可知，如果岩石受到的荷载不超过某个值，则处于稳定的变形状态下，蠕变曲线也不会出现明显变化，与特定变形值接近，到达一定时间后，变化就会停止。如果施加荷载比某个荷载大，则岩石的塑性变形加速十分明显，也就是变形不稳定[1]。此类荷载就是软化临界荷载，是导致岩石出现明显变化的最小值。在岩石受到的荷载不超过临界荷载的情况下，岩石属于硬石，反之则有明显的变形特性，被称为软岩。

1.2 软化临界深度

相较于软化临界荷载，软化临界深度也是重要的客观量。在巷道位置超过特定深度数值之后，围岩的塑性变形情况和大地压十分明显，难以实施支护措施。如果巷道所在位置比较浅，在某个深度数值之下，则不会出现明显的变形和大地压，这就是所谓的临界深度。

2 煤矿软岩巷道支护技术问题

2.1 变形破坏特点

软岩巷道很容易出现变形问题，此类问题具有一定的规律性，主要分为三个阶段，并且会受到时间的影响。在变形初期，来压速度很快，会出现大量变形，巷道自稳定能力缺失，如果不采取有效的控制措施，会出现岩块冒落的情况，最终导致巷道被破坏。如果采用刚性支架支护的方式，则与变形特性不匹配，无法满足支护要求，也很难进行维护，支架容易被压坏，进而导致塌落风险发生。软岩巷道很容易受到外部压力，且方向通常保持对称，在开挖途中，顶板变形、冒落都是比较常见的风险问题，底板也会受到影响，底鼓问题比较明显，如果没有及时采取有效的控制措施，底鼓问题会加剧，造成两帮被破坏，影响巷道安全[2]。软岩巷道变形如果没有及时控制，会在深度加大的同时不断恶化，各个矿区的种类、地质条件不同，所以软化临界深度不同，如果超出深度标准，则增加支护难度，且受到各种应力的影响，变形的方向性比较明显。软岩失水、吸水都可能引发膨胀变形、泥化破坏的问题。

2.2 支护技术问题

从支护的角度分析，软岩巷道的支护难度较大，尤其在回采巷道支护的过程中，很难确保支护效果。从目前的情况，软岩巷道支护技术还存在很多问题。首先，支护工作由多个环节构成，需要施工人员相互配合，确保支护和围岩变形情况保持协调一致。为此，要充分了解围岩变形机理，根据分析结果选择合理的支护方案，保障支护时机、型式等参数的合理性，否则支护效果会受到极大的影响。其次，在参数方面，如果地质条件并不复杂，可以采用工程类比法。但如果地质条件比较复杂，则不能采用工程类比法，由于复杂条件下巷道支护成功案例并不多见，类比的参考依据较少，使用效果不理想。最后，在支护对策的应用上，软岩巷道的变形破坏特征不同于硬岩巷道，如果采用硬岩巷道的支护对策，并不能满足此类巷道的支护需求，甚至会影响施工安全。实际施工中，如果单纯采用常规支护手段，包括U 型钢支架、锚喷支护等等，很难达到理想的控制效果。

实际上，围岩自承圈并不是很厚，常见的支护方法以锚杆支护为主，构成的自承圈厚度不大，锚固后厚度约为0.6 m（＜锚杆长度），也就是说锚杆会存在浪费部分，很难抵抗较大的围岩压力。在初期支护阶段，刚度比较大，巷道开挖途中，围岩应力受到外界条件的变化而重新分布，变形也就随之产生，支护体因此受到更大的压力，如果支护体刚度较大，则抗围岩压力也比较大，变形量也因此较大，造成围岩变形协调性不足，围岩因此遭到破坏。围岩表面没有足够的约束能力，在高应力、构造应力的影响下，薄弱位置的支护体更容易出现过量变形、岩石松动等问题，破碎区也会因此产生，围岩自承圈受到极大损坏。在高应力的作用下，如果选择锚网喷支护的方式，则锚体强度比较低，约束能力明显不足，无法遏制破坏、破碎区的发展，最终出现大面积破坏问题。

3 煤矿软岩巷道支护技术方法

3.1 支护关键技术

根据软岩的特性实施支护技术，在实际支护中，要从三个方面入手：首先，确定软岩变形机制的特点，即复合型特征。其次，转化复合型变化机制，使其成为单一型。最后，对复合型变形力学机制转化技术进行灵活运用。对于软岩巷道来说，对围岩产生影响的力学机制比较复杂，具有复合型的特点，也正因如此，才会经常出现变形和破坏问题[3]。所以，不能采用单一的支护技术，应该综合多种技术方法，将复合型向单一型转化，也就是在实际支护的过程中，联系各个支护要点，不仅包括顺序，还要对时间、效果等要素把控，结合复合型特征选择支护方案，确保支护的有效性。

3.2 最佳支护时间

要确保支护效果，就要对支护时间进行严格的把控。在巷道开挖之后，应力会受到开挖的影响重新分布，切向应力高度集中在巷壁附近，这个范围内的岩层因此呈现出塑性工作状态，也就是逐渐形成塑性区，造成应力集中区纵深发展，如果集中强度大于屈服强度，则会有新的塑性区出现，并且继续纵深发展。对此，要采取有效的支护措施，有效控制变形、松动等问题。塑性区可以分为稳定和非稳定两种，在松动破坏出现前，最大塑性区范围就是稳定塑性区，出现之后就会转化为非稳定区。围岩中切向和径向会受到塑性区的影响，荷载对支护体的作用也因此变小。应力集中区会向深部转移，破坏作用出现时产生的应力也会因此变小。如果支护应力较高，稳定塑性区就会随之出现，要限制此类区域的大范围扩展，根据扩展状态选择支护时间，确保塑性区承载力充分发挥，避免松动、破坏等问题。

3.3 优化支护对策

针对支护技术应用的问题和软岩巷道的特点，要对原本的支护策略进行优化。首先，要将网或喷层的刚度、强度提升，对于薄弱的环节，可以采用锚梁支护的方式来增强，使围岩表面有更大的约束力，对破碎区的纵深发展进行有效约束。其次，可以根据需求采取二次支护措施，同时适当提升支护强度，确保初期支护的柔性特征符合要求，保持稳定的同时，加大围岩的允许变形值，促进能量的释放，避免出现塌落的问题。在后期则要提升强度，避免出现过量变形的问题。第三，做好厚壁支护，可以使用全长锚固、全螺纹钢等锚杆，使围岩有更大的自承圈厚度。也可以采用锚索加固的方式，可以探入深处的稳定岩层，以此为基础施加200 kN 左右的预紧力，有效限制有害变形，使受力状态得到改善。最后，要控制围岩破坏问题，加强光面爆破技术的应用，也可以采用膨胀材料将锚杆孔充满。

4 结语

在煤矿施工的过程中，为了确保巷道施工的安全性，必须要采取有效的支护技术。针对软岩巷道，为了确保支护的有效性，需要深入分析软岩巷道的特点，然后采取针对性的支护方法，解决支护技术应用中的各项问题。要根据具体的参数变化，选择恰当的支护时间、支护策略，确保有效的支护效果。