软岩巷道支护技术探讨

刘华举

摘要：长时间以来，软岩巷道的支护一直为我国煤矿带来极大困扰，随着煤矿开采深度的愈来愈增加，软岩巷道的支护一直被视为困扰煤矿生产的一大难题，在这种情况下，也对软岩巷道支护设计提出了更为严格的要求。本文就在对软岩工程特性与软岩巷道围岩变形特点分析的基础上，对软岩巷道支护设计要点予以探讨，深部软岩巷道的支护技术研究具有重要的理论及实际意义。
　　关键词：软岩巷道；支护设计；理论

软岩是地质岩体的中的一部分，是特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质。按照软岩的自然特性和工程力学作用下的变形机理，软岩可分为以下几类：即节理化软岩、高应力软岩、膨胀性软岩和复合型软岩。相比于硬岩，软岩具有更强的可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性特征，软岩不仅质地松软、强度低，而且易于受到风、水、开采扰动等因素的影响而发生软化、膨胀、裂隙和变形，物理特性不稳定。软岩的以上特性给软岩巷道的掘进和支护带来了很大的困难，特别是在大采深、高地应力的作用下，巷道围岩易产生失稳变形，掘进期间易出现冒顶和片帮。

1深井软岩巷道支护特征 
　1.1围岩的自稳时间短、来压快 
　　所谓的自稳时间，就是在没有支护的情况下，围岩从暴露起到开始失稳而冒落的时间。软岩巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时，巷道来压快，要立即支护或超前支护，方能保证巷道围岩不致冒落。巷道围岩的自稳时间长短主要取决于围岩强度和地压大小，同时也和巷道的断面形状、掘进方法、巷道所处的位置等有关。 
　　1.2围岩变形量大、速度快、持续时间长 
　　软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。一般软岩巷道掘进后的第1～2d，变形速度小的为5～10mm/d，大的达50～100mm/d；变形持续时间一般为25～60d，有的长达半年以上仍不能确定。 
　　1.3围岩的四周来压、底臌明显 
　　在较坚硬的岩层中，围岩对支架的压力主要来自顶板，中硬岩层对支架的压力来自顶板和两帮，但在松软岩层巷道中则四周来压、底臌明显。松软岩层，由于结构疏松、强度低，很难支撑上覆岩层的重量，围岩在自重地压（γH）的作用下，以垂直变形为主，垂直变形中又以底臌为主。软岩巷道四周来压，如果底板不支护，支护结构将出现一个薄弱带，巷道破坏首先就是从不设防的底板开始，又因底臌导致两帮移近和底脚失稳，直到片帮冒顶，巷道全部破坏。 
　　1.4围岩遇水膨胀、变形加剧 
　　软岩一般都含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石，这些岩石遇水后软化，体积急剧膨胀，因而变形也更剧烈，产生很大的膨胀压力。 
　 1.5普通的刚性支护普遍破坏 
　　软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护所承受的变形压力很大，施工后很快就发生破坏，必须再次或多次翻修后巷道才能使用。这是刚性支护不适应软岩巷道变形规律的必然结果。 

2 松软岩巷道支护原理

（1）必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想，支护结构及强度应与加固围岩、提高围岩自承能力相结合，与围岩变形及强度相匹配，实践证明，单纯提高支护刚度的方法是难以奏效的；

（2）必须采取卸压、加固与支护相结合的方法，统筹考虑、合理安排，对高地应力区，要卸得充分，对大变形区，要让得适度，对松散破碎区，要注意整体加固，对巷道围岩整体要支护住；

（3）进行围岩变形量测，准确地掌握围岩变形的活动状态，根据量测结果进行反馈，以确定二次支护结构的参数，确定补强时间，再次支护时间和封底时间；

（4）树立综合治理、联合支护、长期监控的支护思想体系

3软岩巷道支护技术
　 针对软岩的基本属性和围岩压力特点，国内外广大地学工作者们通过多年的实践与努力，已探索出许多适宜于软岩巷道的行之有效的支护措施及支护方法。软岩巷道支护方法，并不是单一的支护可以奏效的，也不是一次支护最终可以实现的，必须采用联合支护的方式。

3.1 选择合理的巷道断面大小与形状
　　岩石虽然具有较强的耐压力，但抗拉能力较小，进行对巷道断面形状大小的选择时，应尽量保证少出现拉应力，且尽量减小压应力集中系数。由于相同的材质因其形状的不同施加给支架的承载力也不尽相同，所以在材质与断面形状大小相同的情况下，支架承载能力也会随着断面大小的增加而降低。就我国软岩本身具有的特性来看，如若不将支架的反作用力考虑在内，半圆拱直墙巷道位移量要远远高于圆形巷道的位移量；而圆形巷道围岩的应力集中系数要远小于半圆拱直墙巷道。因此，在软岩巷道中为了方便后期的维护，其断面形式应尽量选择近似圆形或者圆形。
3.2 联合支护

根据松软岩层特征，巷道支护一般需分次进行。巷道开挖，围岩暴露后，立即进行第一次支护，及时封闭围岩，使围岩尽可能减少其强度损失，防止有害的松散状态发生，以后再根据情况，适时的进行二次或多次支护。

支护形式，目前发展趋势是以锚喷支护为主的联合支护方式。在松软岩层巷道维护中，锚喷支护作为一次支护已被公认；二次支护可用锚网喷，也可用金属可缩性支架，还有采用整体混凝土支护。

实践证明：以锚喷为主的联合支护体系对松软岩层的维护有较好的适应性

3.3综合治理

对松软岩层巷道支护，必须树立综合治理的观念，方可达到预期效果，主要应考虑以下几方面：

（1）巷道位置的选择，最好是选在工程地质条件好，工程量又少的地段，并注意避免空间效应；巷道轴线方向和最大主应力方向平行或小角度相交。

（2）巷道断面形状要适应地应力分布特点，一般应使巷道周边圆滑，防止应力集中，设计的断面尺寸要考虑变形后断面尺寸的要求。

（3）施工工艺，应尽量减少对围岩的震动，并应及时封闭围岩，防止风化。

（4）巷道底板和水的治理，对巷道整体稳定性具有重要意义，可采用底板注浆或打锚杆办法来提高其自身强度，采用疏水、导水措施确保工作面及整个巷道不存水。

（5）支护结构、参数、施工工艺要密切注意和围岩变形状态相匹配。

3.4长期监控

围岩变形是围岩力学形态变化最直接体现。它不仅直接反映了地压规律，而且也是松软岩层用来分析判断围岩稳定程度的可靠手段。因此，进行现场变形量测，掌握围岩变形活动状态和时间效应，并在此基础上，选择支护结构和参数，妥善安排掘进和支护工艺过程，以确保支护体系和支护特性曲线和围岩变形活动状态相适应、相匹配，以最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支撑能力，这是搞好维护的关键。松软岩层变形具有时间效应长的特点，所以坚持长期监控，对于及时了解围岩稳定信息及采取相应的加固措施具有重要意义
　　4 结束语
　　综上所述，在软岩巷道支护设计中，必须结合煤矿所处的地理环境、岩层结构以及煤矿采掘深度等，采取合理的巷道支护方案，从而保证煤矿开采工作的安全性，提高煤矿企业的经济效益。
　 　参考文献
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[3] 徐付军.软岩巷道支护理论研究与发展[J].中国高新技术企业，2014（13）.