代發(fā)坤

【摘 要】在煤礦生產(chǎn)建設(shè)的過程中，軟巖巷道的支護(hù)與加固一直是一項建筑難題，尤其是在高應(yīng)力軟巖巷道的支護(hù)中，控制起來比較困難。對軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的相關(guān)問題研究，不僅夠提高軟巖巷道控制水平，對整個軟巖工程建設(shè)也有重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】軟巖巷道；支護(hù)；技術(shù)

我國煤炭產(chǎn)量與消耗量都居世界第一，煤炭工業(yè)對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。大量的煤炭需求，使得我國煤炭的開采進(jìn)度逐年加快，而伴隨著煤炭資源的減少，其開采難度也進(jìn)一步加大，煤炭開釆面臨著更為復(fù)雜的地質(zhì)條件與開采難度。其中，很多巷道都需要布置在軟巖中或巷道的圍巖較為破碎的地質(zhì)區(qū)域中。這樣的結(jié)構(gòu)通常比較松散且容易破碎，抗高壓的能力較低，在防護(hù)與維修方面，不但頻率較高，控制技術(shù)也有困難。據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭巷道年掘進(jìn)量已經(jīng)超過6000千米，其中軟弱及破碎圍巖中的巷道掘進(jìn)量大約占10%，其中每年需要返修、維護(hù)的軟巖巷道大約在100千米左右。軟巖巷道的維護(hù)，不但影響了煤炭生產(chǎn)效率，給煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益帶來較大影響，最重要的是給巷道的安全帶來了巨大的隱患，危及井下工作人員的生命安全。

一、軟巖巷道概述

1.軟巖的概念與分類

軟巖是一種復(fù)雜的巖石力學(xué)介質(zhì)，在特定環(huán)境下的具有明顯塑性變形。我國地質(zhì)研究中，將軟巖劃分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖兩大類。地質(zhì)軟巖即強(qiáng)度低于25MPa的結(jié)構(gòu)松散、節(jié)理發(fā)育、孔隙度大、膠結(jié)度差、容易風(fēng)化膨脹性的一類巖體。工程軟巖是在工程力作用下，巖體發(fā)生顯著塑性變形的巖體總稱，是在地質(zhì)軟巖的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)工程力的作用效果。

2.巷道圍巖變形破壞機(jī)理分析

對于煤炭開采工程中，巷道圍巖的變性因素要成為人們主要的考慮內(nèi)容，圍巖的變形和破壞主要受到地質(zhì)因素和技術(shù)因素的影響。在地質(zhì)因素方面，不同的圍巖巖性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)使得巷道圍巖受到應(yīng)力有區(qū)別，形成應(yīng)力差，加上巖體本身的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度等等方面的影響，都會對巷道圍巖變形破壞。應(yīng)力作用是造成巷道圍巖變形破壞的外因因素。包括表層垂直應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等等。巖層積水也造成巷道圍巖粘土軟化，強(qiáng)度降低，產(chǎn)生形變的原因。流變力學(xué)特性，這是巖石結(jié)構(gòu)中重要的力學(xué)特性，對巖體工程的長期穩(wěn)定緊密相關(guān)，隨著巖體工程的時間與巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化而加劇。

對于工程技術(shù)層面，一是施工方法對巖層的影響，不同的巷道開挖順序、施工工藝對巷道圍巖的穩(wěn)定帶來了不同的影響。二是巷道斷面的形狀，工程對于不同的巖體應(yīng)力大小和方向所選擇會決定巷道斷面的應(yīng)力與穩(wěn)定性。三是支護(hù)方式及參數(shù)，以及對其合理的判斷與選擇。四是對于采空區(qū)處理方式的選擇，對于崩落、封閉、加固、充填等內(nèi)容的處理。

產(chǎn)生巷道圍巖穩(wěn)定性下降的因素是多方面共同作用的結(jié)果。例如，構(gòu)造應(yīng)力會影響圍巖穩(wěn)定，當(dāng)遇到水時會共同作用會加劇結(jié)構(gòu)的松動，另外水的物理化學(xué)作用下改變軟巖特性會與軟巖的流變性共同作用影響圍巖穩(wěn)定。

二、軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

1.巷道支護(hù)設(shè)計

巷道圍巖工程的穩(wěn)定性取決于采場地壓顯現(xiàn)特征以及圍巖的物理力學(xué)原理。人們要通過調(diào)整采礦方法、開采工藝及巷道支護(hù)等手段對巷道的穩(wěn)定進(jìn)行控制。巷道支護(hù)的設(shè)計與實施能否能有效的對巷道進(jìn)行有效的控制，有以下幾個方面。一是支護(hù)設(shè)計必須具有很強(qiáng)的針對性，既要考慮到圍巖類型，又要考慮工程所處的應(yīng)力環(huán)境。二是支護(hù)設(shè)計與施工，必須具有正確的理論與指導(dǎo)思想作為實施原則。正確的支護(hù)指導(dǎo)思想是建立在正確的圍巖破壞機(jī)理認(rèn)識的基礎(chǔ)之上。三是要明確支護(hù)對象，例如松動圈軟破巖體還是塑性區(qū)巖體，對于不同的巖體，承載層的穩(wěn)定維護(hù)方式不同。四是建立相應(yīng)的計算方法和穩(wěn)定性判斷方法。對于支護(hù)設(shè)計要通過科學(xué)的計算與調(diào)研作為科學(xué)設(shè)計施工的依據(jù)。對于圍巖破壞機(jī)理和錯桿力學(xué)作用通過統(tǒng)計與現(xiàn)場監(jiān)測信息技術(shù)相結(jié)合的方法，為支護(hù)設(shè)計提供支撐。

2.巷道支護(hù)技術(shù)研究

軟巖巷道地應(yīng)力大、巖石強(qiáng)度低、圍巖結(jié)構(gòu)松散、礦井水侵蝕、采動壓力以及地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的影響明顯是很多礦井的巷道圍巖變形量大的主要因素。對于巷道的加固與支護(hù)技術(shù)要根據(jù)具體情況具體分析，一般有以下幾種支護(hù)技術(shù)。

2.1封閉式支架

封閉式支架具有整體承載、可縮的優(yōu)點，形成“先柔后剛”的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有一定卸壓作用，同時封閉式支架的底梁可給底板巖層施加反力，改變底板附近巖層的應(yīng)力狀態(tài)。從而阻止底板巖層向巷道內(nèi)位移。在軟巖巷道解決底臌問題中被廣泛應(yīng)用，取得了明顯的效果。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架，煤礦巖巷一般采用U型鋼可縮性支架。U型鋼可縮性支架屬于被動支護(hù)，其最大優(yōu)點是當(dāng)圍巖作用于支架上的壓力達(dá)到一定值時，支架便產(chǎn)生屈服縮動，縮動的結(jié)果使圍巖作用于支架上的壓力下降，從而避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導(dǎo)致支架的破壞。

2.2注漿加固

注漿加固是具有很強(qiáng)實用性、應(yīng)用范圍很廣泛的底板加固技術(shù)。它通常通過釆用一定的壓力手段，在巖層的孔隙注入某些能與圍巖固結(jié)的楽液，從而增強(qiáng)巖體強(qiáng)度，使巷道圍巖體形成穩(wěn)定性高的新結(jié)構(gòu)體，從而達(dá)到改善圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的目的。注楽楽液可充填圍巖裂隙，將破碎巖體固結(jié)，改善圍巖結(jié)構(gòu)，增加圍巖自身承載能力。目前注裝材料主要有兩大類型：水泥基材料和高分子材料，可根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件選取。

2.3卸壓支護(hù)

卸壓支護(hù)是在巷道掘進(jìn)及服務(wù)期間，釆用人工的方法對圍巖的碎脹變形進(jìn)行有控制的釋放，使巷道周邊形成的應(yīng)力峰值向遠(yuǎn)離巷道周邊的圍巖深部轉(zhuǎn)移，使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)中，以此達(dá)到有效維護(hù)巷道的目的。目前國內(nèi)外常用的卸壓方法主要是，在巷道圍巖中開槽、切縫、鉆孔或松動放炮；在受保護(hù)巷道附近開掘?qū)Ｓ玫男秹合锏馈?/p>

2.4錨注支護(hù)

錨注支護(hù)是兼有錨桿支護(hù)與注裝加固共同優(yōu)點的一種支護(hù)方式。在巷道開挖以后，對巷道圍巖進(jìn)行噴楽封閉，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化；然后在圍巖中打入注衆(zhòng)鋪桿進(jìn)行注菜加固。注衆(zhòng)銷桿既有鋪桿支護(hù)的特點，又能通過此描桿對圍巖進(jìn)行注衆(zhòng)。通過注裝、漿液充填、壓密裂隙空間，使圍巖由注裝前的無約束松散狀態(tài)變?yōu)橛慑^桿、裝體和圍巖共同作用的具有承受抗壓、抗剪切、抗拉等適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的支護(hù)體。如焦作礦區(qū)古漢山礦主要運輸大巷布置在軟巖層位上，巷道變形破壞十分嚴(yán)重。

2.5鉆孔卸壓

通過在被保護(hù)的巷道圍巖內(nèi)鉆孔，使掘進(jìn)引起的支撐壓力峰值向圍巖深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)。同時，鉆孔還為巷道圍巖變形提供了一定補(bǔ)償空間，吸收一部分變形，從而減小巷道變形量。卸壓效果取決于鉆孔深度、鉆孔直徑、鉆孔的間距和排距。

2.6鉆孔松動爆破卸壓

在底板內(nèi)進(jìn)行松動爆破后，出現(xiàn)眾多的人為裂隙，使得底板附近的圍巖與深部巖體脫離，原來處于高應(yīng)力狀態(tài)下的底板巖層內(nèi)出現(xiàn)卸壓區(qū)，使應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深部。按照爆破位置的不同可分為底板爆破、側(cè)幫爆破及全斷面爆破等形式。卸壓爆破不僅能夠釋放煤巖體中所積聚的彈性變形能，而且卸壓爆破產(chǎn)生的松動圈本身存在受壓致密過程。在一定時間內(nèi)，可以使周圍煤巖體受壓變形量直接被爆破產(chǎn)生的松動圈吸收，從而減小表面巷道變形。

綜上所述，對于軟巖巷道的支護(hù)要以實際情況與科學(xué)測算為基礎(chǔ)。巷道支護(hù)的選擇必須以煤層和頂?shù)装宓牧W(xué)參數(shù)為依據(jù)，詳細(xì)研究軟巖巷道的圍巖穩(wěn)定性，分析原巖應(yīng)力特點，以便采取科學(xué)的，合理的支護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)，達(dá)到有效的巷道支護(hù)控制。

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