淺談煤礦開采軟巖巷道支護(hù)技術(shù)問題

【摘 要】近年來，隨著礦山開采條件的日益復(fù)雜，所涉及的工程領(lǐng)域越來越多，我國的許多礦區(qū)，目前都存在著軟巖巷道支護(hù)困難問題，并成為影響礦區(qū)發(fā)展和礦井經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益的主要因素之一。軟巖巷道支護(hù)歷來是巷道工程的難題，通過對軟巖巷道的特征分析，及支護(hù)原理和方法的論述，對泉店礦回采巷道支護(hù)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并給出了相應(yīng)的建議和措施，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】軟巖巷道；圍巖；支護(hù)結(jié)構(gòu)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤的需求量逐年增長，開采的范圍也不斷擴(kuò)大。無論新老礦井，在開掘巷道時(shí)都遇到了大量的軟巖層，特別是隨著開采深度的不斷增加，深部地壓明顯增大。加之開采條件愈趨復(fù)雜，給巷道的掘進(jìn)與維護(hù)帶來了很多的困難。在開掘過程中，由于圍巖的變形、位移、膨脹，使巷道掘進(jìn)速度減慢，每天僅能完成幾米。巷道竣工不久，支護(hù)受到嚴(yán)重破壞，某些礦的掘砌成本高達(dá)每米幾千元，甚至上萬元，是穩(wěn)定圍巖中同類巷道的3～4倍而且維修困難。

在軟巖層中施工巷道，掘進(jìn)容易，但維護(hù)極其困難，采用常規(guī)的施工方法和傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，往往不能奏效。因此研究軟巖支護(hù)問題便成為巷道施工的關(guān)鍵問題。

1 軟巖巷道的特征

軟巖巷道最明顯的特征是地壓顯現(xiàn)比較劇烈，巷道維護(hù)困難，主要表現(xiàn)在圍巖的自穩(wěn)時(shí)間短、來壓快、圍巖變形量大、速度快、持續(xù)時(shí)間長、四周來壓、底鼓明顯、遇水膨脹、變形加劇，可以用4個(gè)字來概括：松、散、軟、弱。

2 松軟巖巷道支護(hù)原理

軟巖層巷道支護(hù)的著眼點(diǎn)應(yīng)放在充分利用和發(fā)揮自承能力上。支護(hù)原理是：根據(jù)巖層不同屬性，不同地壓來源，從分析地壓活動(dòng)基本規(guī)律入手，運(yùn)用信息化設(shè)計(jì)方法，使支護(hù)體系和施工工藝過程不斷適應(yīng)圍巖變形的活動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到控制圍巖變形、維護(hù)巷道穩(wěn)定的目的。具體的說，有以下幾個(gè)方面：

（1）必須改變傳統(tǒng)的單純提高支護(hù)剛度的思想，支護(hù)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度應(yīng)與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結(jié)合，與圍巖變形及強(qiáng)度相匹配，實(shí)踐證明，單純提高支護(hù)剛度的方法是難以奏效的；

（2）必須采取卸壓、加固與支護(hù)相結(jié)合的方法，統(tǒng)籌考慮、合理安排，對高應(yīng)力區(qū)，要卸得充分，對大變形區(qū)，要讓得適度，對松散破碎區(qū)，要注意整體加固，對巷道圍巖整體要支護(hù)??；

（3）進(jìn)行圍巖變形量測，準(zhǔn)確地掌握圍巖變形的活動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)量測結(jié)果進(jìn)行反饋，以確定二次支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，確定補(bǔ)強(qiáng)時(shí)間，再次支護(hù)時(shí)間和封底時(shí)間；

（4）樹立綜合治理、聯(lián)合支護(hù)、長期監(jiān)控的支護(hù)思想體系。

3 松軟巖巷道支護(hù)原則

早期的支護(hù)理論沿用地面結(jié)構(gòu)工程原理設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，圍巖是支護(hù)的對象，支護(hù)只是人工構(gòu)筑的承載結(jié)構(gòu)而已。然而，現(xiàn)代巖石力學(xué)揭示，巖石破裂后具有殘余強(qiáng)度，松動(dòng)破裂圍巖仍具有相當(dāng)高的承載能力，圍巖既是支護(hù)壓力的根源，又是抵抗平衡原巖應(yīng)力的承載體，而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。支護(hù)的作用在于維護(hù)和提高松動(dòng)圍巖的殘余強(qiáng)度，充分發(fā)揮圍巖的承載能力。因而，在松軟巖巷道支護(hù)中，要遵循以下幾方面原則：

（1）維護(hù)和保持圍巖的殘余強(qiáng)度原則；

（2）提高圍巖殘余強(qiáng)度的原則；

（3）充分發(fā)揮圍巖的承載能力的原則。

4 軟巖巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇

根據(jù)軟巖的不同類型、位移、壓力及使用條件等情況，軟巖支護(hù)結(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)支護(hù)、錨噴支護(hù)以及兩者組合的混合支護(hù)、緩沖支護(hù)、讓壓支護(hù)等多種支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于各礦區(qū)松軟巖層的地質(zhì)條件及圍巖條件的復(fù)雜性和隨機(jī)性，目前尚無公認(rèn)的理論計(jì)算方法。

所以必須從軟巖巷道支護(hù)工程的實(shí)際情況出發(fā)，應(yīng)因地制宜選擇使用，使其在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上更加合理。

4.1 砌碹封閉式支護(hù)

采用圓形、橢圓形、馬蹄形等合理巷道斷面形狀與其相應(yīng)的料石和混凝土塊砌碹封閉支護(hù)。

此種傳統(tǒng)的剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)，適用于淺部、位移及壓力不大的膨脹性軟巖巷道。碹的壁后充填軟矸或砂。云南省田壩煤礦二號井煤建公司礦建處施工隊(duì)采用生石灰、山砂、爐灰渣配比成的壁后充填柔性材料，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用其支護(hù)效果較好。

4.2 圓碹加砌木磚封閉式支護(hù)

這種支護(hù)結(jié)構(gòu)與砌碹封閉式支護(hù)的區(qū)別是在料石和混凝土砌塊之間均勻地加砌一定數(shù)量的木磚，使砌碹剛性支護(hù)形成一定的可縮量，增加了適應(yīng)圍巖變形的可縮性能，每塊木磚厚一般為20～50 mm，當(dāng)圍巖的壓力越大、變形量越大時(shí)，所需木磚的塊數(shù)就越多，木磚的厚度也就越大。

由于木磚受壓收縮，當(dāng)圍巖反力作用在圓碹上，碹體作用在木磚上，碹體壓力超過木磚的抗壓極限強(qiáng)度時(shí)，木磚收縮，圓碹和圍巖一起內(nèi)移。顯然，加木磚的圓碹支護(hù)改善了砌碹剛性支護(hù)的剛度，增加了軟巖的適應(yīng)范圍，但木磚防腐耐久性差，只適用于服務(wù)年限不長，且不重要的軟巖巷道。

4.3 條帶碹支護(hù)

在松軟、膨脹軟巖中，采用圓碹加砌木磚仍不能滿足釋放較大能量的要求時(shí)，就可采用條帶碹，這也是解決軟巖支護(hù)問題的途徑之一。條帶碹就是用料石或混凝土砌筑成一定長度的支護(hù)碹體，稱之為“條帶”，條帶與條帶之間留有一定寬度的空隙，稱為“卸壓通道”，通道讓頂、幫圍巖暴露，允許圍巖向巷道空間方向擠出，起到能量或應(yīng)力釋放的作用，為圍巖變形提供機(jī)會，以減輕對碹體的壓力。

4.4 離壁碹支護(hù)

離壁碹支護(hù)就是碹體和支架離開圍巖頂板及兩幫有一定距離的一種支護(hù)形式。離壁尺寸取決于圍巖釋放能量的大小，圍巖釋放能量大，變形量也大，離壁的尺寸也大。離壁碹之所以能支護(hù)軟巖巷道并穩(wěn)定下來，就是它留出釋放能量的變形空間，讓圍巖變形。離壁碹支護(hù)適應(yīng)于圍巖釋放能量較大的軟巖巷道。

4.5 可縮性U型鋼支護(hù)

U型鋼支護(hù)有多種結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)巷道斷面尺寸的不同分為4節(jié)、5節(jié)、6節(jié)等不同類型。一般常用18#～36#U型鋼制做，節(jié)與節(jié)之間搭接長度300～400 mm，用卡箍、螺栓或鋼楔鎖緊裝置來獲得摩擦接頭阻力。當(dāng)圍巖變形壓力超過U型鋼接頭摩擦阻力時(shí)，U型鋼接頭發(fā)生收縮，圍巖釋放能量，巷道斷面收斂減小，形變壓力降低，U型鋼支架停止收縮。當(dāng)圍巖變形壓力再次超過接頭阻力時(shí)，支架將再次重復(fù)上述過程，直到圍巖和支架達(dá)到穩(wěn)定時(shí)為止。

4.6 置換支護(hù)

這種支護(hù)的實(shí)質(zhì)是將軟巖多挖出一定深度，用高強(qiáng)度材料（混凝土、碎石、礦渣和砂子等）置換，然后再進(jìn)行支護(hù)，使軟巖的位移壓力得到控制，獲得較好的支護(hù)效果。置換支護(hù)有兩種基本形式：當(dāng)軟巖只占巷道斷面的一部分時(shí)，采用局部置換支護(hù)；當(dāng)全斷面位于軟巖之中時(shí)，采用全部置換支護(hù)。

5 結(jié)語

（1）軟巖巷道支護(hù)問題是很復(fù)雜的，不能不分時(shí)間、不分地點(diǎn)、不分圍巖、不分深淺一樣看待，必須全面、系統(tǒng)地從多方面改善支護(hù)狀況。一是，盡可能將服務(wù)年限長的巷道布置在比較穩(wěn)定的圍巖中，應(yīng)盡量避免采動(dòng)壓力的影響；二是，提高施工質(zhì)量，優(yōu)化施工工藝，盡量縮短掘與支之間的間隔時(shí)間，避免用水和濕氣通風(fēng)，采用減震光面爆破快速施工；三是，要全面考慮圍巖構(gòu)造的膨脹特性、抗壓強(qiáng)度、泊桑系數(shù)、賦存深度、采動(dòng)壓力等因素，合理選擇最經(jīng)濟(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（2）對于強(qiáng)膨脹的軟巖巷道，特別是受構(gòu)造應(yīng)力與膨脹力綜合影響的巷道，選用一般聯(lián)合支護(hù)、U型鋼可縮性支架是不能使巷道保持穩(wěn)定的，因此，必須考慮二次支護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2]董方庭，等.巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[責(zé)任編輯：劉帥]