煤礦軟巖巷道支護(hù)方式研究與應(yīng)用

張傳寧　張勝功

摘 要：我國(guó)煤礦地層中有廣泛的軟巖分布，大部分甚至全部礦井開(kāi)采區(qū)域基本屬于軟巖礦井，隨著開(kāi)采深度的不斷增加，軟巖的范圍也不斷增加；而礦井下的軟巖巷到由于高壓力影響會(huì)出現(xiàn)圍巖松軟或支護(hù)困難等問(wèn)題造成巷道穩(wěn)定性差和容易變形的問(wèn)題，這就要求煤礦在開(kāi)采中對(duì)巷道圍巖的力學(xué)特征和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，只有選擇適合的支護(hù)材料和支護(hù)方式才能發(fā)揮支護(hù)的支撐和承載作用，本文主要根據(jù)軟巖巷道穩(wěn)定差和難支護(hù)的缺陷，深入探究軟巖巷道支護(hù)的方式，對(duì)開(kāi)采中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，為有效解決軟巖問(wèn)題提供參考。

關(guān)鍵詞：軟巖；支護(hù)；高壓力；支護(hù)方式

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

0 引言

隨著我國(guó)人們生活水平的不斷提高，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量越來(lái)越大，伴隨煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，煤礦井下大部分為軟巖巖層結(jié)構(gòu)，受高應(yīng)力影響存在圍巖松軟和支護(hù)困難等問(wèn)題，為解決軟巖巷道的圍巖變形大和穩(wěn)定性差的問(wèn)題，軟巖支護(hù)方式的選擇與應(yīng)用成為煤礦開(kāi)采的重要問(wèn)題之一，因此，本文對(duì)軟巖巷道的支護(hù)方式進(jìn)行探究，為達(dá)到提高煤礦開(kāi)采效率和降低支護(hù)成本的目的。

1 軟巖巷道變形的原因

煤礦軟巖支護(hù)是煤礦井下開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是煤礦井下開(kāi)采的難題之一，軟巖巷道兩邊移動(dòng)或頂板下沉等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致巷道斷面出現(xiàn)變形的問(wèn)題，從地板巖層受力情況來(lái)看，巷道地板不穩(wěn)定會(huì)直接影響到頂板的穩(wěn)定性，而傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)可以對(duì)地板下沉進(jìn)行一定的控制，但對(duì)低鼓仍然沒(méi)有有效的方法，從地面巖層受力情況來(lái)看，巷道地板處于未支護(hù)狀態(tài)，隨著巷道的不斷挖掘?qū)е略咀饔糜诘匕鍘r層的應(yīng)力減弱，地板巖層會(huì)恢復(fù)彈性，若高應(yīng)力量超過(guò)巖層的強(qiáng)度，巷道會(huì)出現(xiàn)變形嚴(yán)重的情況；根據(jù)水平應(yīng)力理論得知，巷道的挖掘方向出現(xiàn)傾斜，巷道頂?shù)装鍘r石會(huì)出現(xiàn)偏向?qū)蛞粋?cè)的情況，這種情況容易導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)破壞，頂板的破壞還會(huì)引起巷道巖層的內(nèi)移，軟巖變形會(huì)使得地板巖層發(fā)生較大的破壞，使得巷道變形情況繼續(xù)發(fā)展。

2 軟巖支護(hù)技術(shù)概況

軟巖具有穩(wěn)定性差、松脆膨脹等特點(diǎn)，軟巖對(duì)巷道挖掘常出現(xiàn)較大變形，部分西方國(guó)家采用新奧法理論解決支護(hù)問(wèn)題，而部分國(guó)家則多運(yùn)用金屬支架來(lái)處理軟巖巷道支護(hù)問(wèn)題，這些技術(shù)不能從根本上解決支護(hù)問(wèn)題；這些支護(hù)方式存在施工復(fù)雜的問(wèn)題，原有巷道遭到破壞會(huì)再進(jìn)行修復(fù)比較困難，因此傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法滿足軟巖技術(shù)的需求，新型支護(hù)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

3 軟巖巷道支護(hù)方式的選擇

3.1 全鋼型支護(hù)

全鋼型支護(hù)，該支護(hù)方式主要分為全封閉鋼支架支護(hù)、整體預(yù)制模板支護(hù)、現(xiàn)澆封閉鋼筋混凝土支護(hù)等，全剛性支護(hù)無(wú)法很好的解決巷道圍巖應(yīng)變與支護(hù)體形變之間的問(wèn)題，鋼性支護(hù)可以為巷道圍巖提供一定的支護(hù)強(qiáng)度，但不適合變形量較大的軟巖巷道支護(hù)。

3.2 U型鋼支架支護(hù)

U型鋼支架支護(hù)由于軟巖巷道有形變量大的特點(diǎn)，這要求金屬支架需要具有較高的可縮性能，在抵抗巷道高應(yīng)力的同時(shí)也可以發(fā)揮形變量大的優(yōu)勢(shì)。為滿足高阻和可收縮的特點(diǎn)，我國(guó)軟巖巷道支護(hù)方式多選擇具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)和可縮性強(qiáng)的U型鋼支架，該支護(hù)方式多應(yīng)用于圍巖破碎較為嚴(yán)重的巷道中，但U型鋼支護(hù)方式屬于被動(dòng)支護(hù)，無(wú)法在支護(hù)初期提供支護(hù)作用力，在圍巖變形作用于U型鋼支架之后方可承載壓力，因此存在一定的缺陷。

3.3 錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)常被稱為主動(dòng)支護(hù)方式，但并非所有錨桿支護(hù)均是主動(dòng)支護(hù)，區(qū)分主被動(dòng)支護(hù)方式的關(guān)鍵在于看支護(hù)體能否主動(dòng)給圍巖預(yù)緊力，在安裝錨桿支護(hù)時(shí)，給錨桿施加足夠預(yù)應(yīng)力，可以消除錨桿的拉伸滑移，直接對(duì)圍巖提供一定的預(yù)緊力，起到提高圍巖整體穩(wěn)固性，達(dá)到支護(hù)目的。

3.4 聯(lián)合支護(hù)

巷道軟巖是一種支護(hù)極為困難的巖層結(jié)構(gòu)，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)需要從外改變圍巖受壓能力，控制圍巖變形，從內(nèi)部要增強(qiáng)巖體強(qiáng)度，提高承載力，聯(lián)合支護(hù)指采用不同性能的單一支護(hù)方式進(jìn)行組合，隨著軟巖技術(shù)的不斷改進(jìn)，，保留多種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)合U型鋼、工字型鋼的支護(hù)方式，汲取錨桿支護(hù)和錨網(wǎng)支護(hù)等多種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充，通過(guò)與圍巖的相互作用，適應(yīng)軟巖高應(yīng)力的變形，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)體共同承載壓力。

3.5 軟巖支護(hù)新方法

軟巖支護(hù)方式的新方法為超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)方式和錨注支護(hù)，超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)采用螺紋鋼錨桿，是普通錨桿強(qiáng)度的3-4倍，為巷道圍巖提供強(qiáng)大的錨固力，更可以約束圍巖的裂隙，提高系統(tǒng)的安全性；錨注支護(hù)方式針對(duì)松動(dòng)范圍較大的軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)，單獨(dú)錨桿支護(hù)難以支護(hù)破碎巖石，巷道中為發(fā)揮錨桿支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，提高圍巖的強(qiáng)度和改善圍巖的變形規(guī)律，利用錨桿兼作注漿管實(shí)現(xiàn)錨注一體化技術(shù)，成為解決圍巖破碎的有效支護(hù)方式；錨注支護(hù)方式中的注漿可以改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高圍巖自身強(qiáng)度，可以利用漿液封堵圍巖縫隙，提高圍巖的穩(wěn)定性；注漿形成的加固圈可以為錨桿提供可靠的錨固基礎(chǔ)，發(fā)揮錨桿對(duì)破碎松散圍巖的支護(hù)作用，進(jìn)一步增強(qiáng)支護(hù)效果。

3.6 巷道支護(hù)材料的選擇

傳統(tǒng)錨桿加工粗糙、強(qiáng)度低，無(wú)法通過(guò)人工進(jìn)行分步安裝，在錨桿的實(shí)際使用中容易出現(xiàn)不合理的情況，復(fù)雜情況下錨桿安全性能差，目前高強(qiáng)錨桿使用較為廣泛，無(wú)論在性能還是加工精度方面都比傳統(tǒng)錨桿有明顯提高，在一些特定的零部件方面有很明顯的改善，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)在復(fù)雜條件下有很強(qiáng)的適應(yīng)性，運(yùn)用的錨桿材料比金屬支架的投入成本低，支護(hù)效果也更加明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

在軟巖巷道支護(hù)中通過(guò)對(duì)軟巖巷道力學(xué)和支護(hù)方式選擇的深入研究，復(fù)雜地質(zhì)選擇適合的支護(hù)方式，是保障礦井安全開(kāi)采的關(guān)鍵。運(yùn)用合理的支護(hù)方式，才能夠有效地發(fā)揮支護(hù)體的支撐作用和高承載能力，避免巷道破壞后再進(jìn)行修復(fù)而造成大量的人力物力和財(cái)力的浪費(fèi)，有效解決軟巖巷道的支護(hù)問(wèn)題可以保障煤礦開(kāi)采的安全性和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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