中国煤矿软岩巷道工程支护设计与
魏标
摘 要：随着对矿产资源的不断挖掘，煤矿巷道挖掘成为工作中的关键，巷道中受高应力作用出現软岩巷道容易出现围岩松软、支护困难等情况，巷道软岩稳定性差、容易发生变形，对巷道围岩的变形难以控制，本文主要根据软岩巷道稳定性差和易变形的特点，深入研究巷道围岩的力学支护原理、支护材料的选择和正确运用支护技术，对施工中常见的问题进行分析探究，并根据不同巷道选择合适的支护方式提出不同方案，有效解决高应力软岩巷道所产生的问题。
关键词：高应力；软岩；支护方式；锚杆支护
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.097
0 引言
在我国煤矿底层中软岩分布广泛，煤炭储量在1000M以下的占比55%左右，随着我国开采深度的增加，我国大部分矿井巷道基本岩层结构多为软岩，深部巷道受高应力和高温度等影响，容易出现开采困难和巷道明显变形的问题，为解决软岩巷道下出现的巷道围岩变形大、稳定性差的问题，软岩支护成为困扰我国煤矿生产的问题之一，软岩巷道支护措施不当易造成巨大的返修量，还使得整个矿区陷入困境，因此，做好巷道软岩支护工作是煤矿矿井采掘工作的关键。
1 巷道变形的原因和支护原理
（1）软岩巷道变形的原因。煤矿开采中面临的一大难题是在高应力作用下的软岩巷道有效支护方式，巷道顶板的不稳定情况会影响到巷道顶板的稳定性，巷道两边的移动或顶板下沉容易导致巷道断面收缩，使得两帮的变形更加严重，从地板岩层方面的受力情况看，巷道地板处于未支护状态，随着巷道的不断挖掘，原本作用于地板岩层上的应力会恢复弹性，但水平应力却增加，会出现变形的情况；若挖掘的方向处于倾斜状态，巷道顶板的岩层会受到较大水平应力影响，出现顶板破坏的现象。根据地质力学的评估，地应力和高应力是导致围岩和支护发生变形的主要原因，随着采矿深度的不断增加，地应力影响严重的会导致变形甚至是坍塌情况发生。
（2）支护原理。巷道采掘中，岩体的原始岩应力会重新分布并会出现被破坏的情况，不仅促使围岩自身的裂痕扩展和向巷道空区变形，随之而来的受力情况也会发生变化；对于硬岩巷道由于其高强度可以控制松动区的出现，而软岩巷道的支护，要求向回应力形成一定的塑形区且达到最大承载力为最佳。软岩支护主要产生的力学效应之一是围岩使作用于支护体上的承载力减小，另一个是应力由集中向围岩深部偏移。因此，软岩巷道支护的关键点在充分利用和改善围岩的自承受能力。
2 我国软岩巷道支护方式的选择
（1）全钢性支护。全钢性支护包含封闭钢支架支护、现浇封闭钢筋混凝土支护，围岩压力随着钢度的增大而增加，但支护载荷未降低，未改善支护变形的状况，无法解决巷道围岩与支护之间的问题。钢性支护加柔体垫层的方式是通过井围岩提供一定的支护，有一定伸缩性，但本身钢度大，变形程度小，不适合软岩巷道的大变形情况。
（2）U型钢可缩性支架支护。根据软岩巷道高应力、大变形的特点，要求金属支架有一定的伸缩性，可抵抗巷道高应力和巷道的变形，U型钢可缩性支架支护主要是根据软岩膨胀特点设计的，我国现阶段采用的金属支架为U型钢支架，主要应用于围岩破碎和地应力较大的巷道，在一定条件下支架可缩后支架荷载减少，受压力会得到调整和改善，但U型钢支架在使用过程中由于在支护初期无法支护，多用于变形严重后的支护，由于支架和围岩周边的不规则点线的接触，使得U型钢的支撑能力得不到充分发挥，围岩变形时支架受到集中和偏移荷载作用而变形的情况恶化，使支架出现弯曲变形，采用高质量的钢材会加大支护成本，因此此支护方式应用较少。
（3）锚网支护。锚网支护是随着我国近年来对锚杆支护的研究和支护技术的发展，锚杆支护已成为较为普遍的支护方式，在控制支护成本、改善围岩应力状态和提高围岩自身强度等方面有优势。锚杆支护又成为主动支护，U型钢可缩性支护方式为被动支护方式，主动被动的支护方式并不是在支护类型，而是在于支护体能否主动收紧围岩、支撑围岩；安装锚杆支护后可以给锚杆足够的预应力，可以为围岩提供一定的预紧力，降低围岩拉应力，发挥围岩自承载能力。
（4）联合支护。软岩是一种支护困难的的岩体类型，巷道的联合支护技术需要满足从外提供可以改变围岩受压能力，控制变形使得围岩稳定的技术，从内部要增强岩体强度，提高承载力。联合支护方式主要是采用多种不同性能的单一支护组合，随着软岩技术的不断改进，需要结合U型钢、工字型等的支护方式，保留锚杆支护、锚网支护等多种支护方式的优点，实现优劣互补，U型钢的支架简单可缩性强，通过与围岩的相互作用，可适应软岩巷道高应力变形，实现联合支护共同承载压力。
3 软岩巷道支护的发展
软岩巷道支护形式的新发展主要分为超高强度锚杆支护和锚注支护。
超高强度锚杆支护采用螺纹钢锚杆，该技术有很高的强度，是普通锚杆强度的3-4倍以上，为巷道围岩提供强大的支护阻力，更加有力的约束围岩的变形和层理裂隙，使用螺纹钢能有效控制围岩变形大的情况，提高系统的安全可靠性。
锚注支护主要针对软岩巷道围岩有松动范围大，岩体松软的岩体进行支护，单独锚杆难以支护破碎岩石，巷道为发挥锚杆支护的优势，可以利用锚杆作注浆管，实现锚注一体化，解决松软破碎岩石的巷道支护。采用锚注支护，不仅可以通过注浆改变围岩的松散结构，提高岩石的自身强度和稳定性，还可以利用浆液封堵围岩的缝隙，从而达到隔绝空气的目的，以注浆形成的加固圈，为锚杆实现全场锚固，实现提高锚固力和可靠性。
4 结束语
通过对软岩巷道的力学特性和支护方式选择方面的深入研究，在复杂地质的矿井巷道采用合适的支护方式，成为矿井技术作业的关键，对变形严重的巷道围岩，首先处理变形，再采取注浆方式，增强牢固性，有效解决高应力软岩巷道的支护问题后可以保障煤矿开采的安全可靠性，提高煤矿企业的经济效益。
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