煤礦軟巖巷道支護(hù)探究

引言
　　在我國煤礦底層中軟巖分布廣泛，煤炭儲量在1000M以下的占比55%左右，隨著我國開采深度的增加，我國大部分礦井巷道基本巖層結(jié)構(gòu)多為軟巖，深部巷道受高應(yīng)力和高溫度等影響，容易出現(xiàn)開采困難和巷道明顯變形的問題，為解決軟巖巷道下出現(xiàn)的巷道圍巖變形大、穩(wěn)定性差的問題，軟巖支護(hù)成為困擾我國煤礦生產(chǎn)的問題之一，軟巖巷道支護(hù)措施不當(dāng)易造成巨大的返修量，還使得整個礦區(qū)陷入困境，因此，做好巷道軟巖支護(hù)工作是煤礦礦井采掘工作的關(guān)鍵。
　　1 巷道變形的原因和支護(hù)原理
　?。?）軟巖巷道變形的原因。煤礦開采中面臨的一大難題是在高應(yīng)力作用下的軟巖巷道有效支護(hù)方式，巷道頂板的不穩(wěn)定情況會影響到巷道頂板的穩(wěn)定性，巷道兩邊的移動或頂板下沉容易導(dǎo)致巷道斷面收縮，使得兩幫的變形更加嚴(yán)重，從地板巖層方面的受力情況看，巷道地板處于未支護(hù)狀態(tài)，隨著巷道的不斷挖掘，原本作用于地板巖層上的應(yīng)力會恢復(fù)彈性，但水平應(yīng)力卻增加，會出現(xiàn)變形的情況；若挖掘的方向處于傾斜狀態(tài)，巷道頂板的巖層會受到較大水平應(yīng)力影響，出現(xiàn)頂板破壞的現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的評估，地應(yīng)力和高應(yīng)力是導(dǎo)致圍巖和支護(hù)發(fā)生變形的主要原因，隨著采礦深度的不斷增加，地應(yīng)力影響嚴(yán)重的會導(dǎo)致變形甚至是坍塌情況發(fā)生。
　　（2）支護(hù)原理。巷道采掘中，巖體的原始巖應(yīng)力會重新分布并會出現(xiàn)被破壞的情況，不僅促使圍巖自身的裂痕擴(kuò)展和向巷道空區(qū)變形，隨之而來的受力情況也會發(fā)生變化；對于硬巖巷道由于其高強(qiáng)度可以控制松動區(qū)的出現(xiàn)，而軟巖巷道的支護(hù)，要求向回應(yīng)力形成一定的塑形區(qū)且達(dá)到最大承載力為最佳。軟巖支護(hù)主要產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)之一是圍巖使作用于支護(hù)體上的承載力減小，另一個是應(yīng)力由集中向圍巖深部偏移。因此，軟巖巷道支護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)在充分利用和改善圍巖的自承受能力。
　　2 我國軟巖巷道支護(hù)方式的選擇
　?。?）全鋼性支護(hù)。全鋼性支護(hù)包含封閉鋼支架支護(hù)、現(xiàn)澆封閉鋼筋混凝土支護(hù)，圍巖壓力隨著鋼度的增大而增加，但支護(hù)載荷未降低，未改善支護(hù)變形的狀況，無法解決巷道圍巖與支護(hù)之間的問題。鋼性支護(hù)加柔體墊層的方式是通過井圍巖提供一定的支護(hù)，有一定伸縮性，但本身鋼度大，變形程度小，不適合軟巖巷道的大變形情況。
　?。?）U型鋼可縮性支架支護(hù)。根據(jù)軟巖巷道高應(yīng)力、大變形的特點(diǎn)，要求金屬支架有一定的伸縮性，可抵抗巷道高應(yīng)力和巷道的變形，U型鋼可縮性支架支護(hù)主要是根據(jù)軟巖膨脹特點(diǎn)設(shè)計的，我國現(xiàn)階段采用的金屬支架為U型鋼支架，主要應(yīng)用于圍巖破碎和地應(yīng)力較大的巷道，在一定條件下支架可縮后支架荷載減少，受壓力會得到調(diào)整和改善，但U型鋼支架在使用過程中由于在支護(hù)初期無法支護(hù)，多用于變形嚴(yán)重后的支護(hù)，由于支架和圍巖周邊的不規(guī)則點(diǎn)線的接觸，使得U型鋼的支撐能力得不到充分發(fā)揮，圍巖變形時支架受到集中和偏移荷載作用而變形的情況惡化，使支架出現(xiàn)彎曲變形，采用高質(zhì)量的鋼材會加大支護(hù)成本，因此此支護(hù)方式應(yīng)用較少。
　?。?）錨網(wǎng)支護(hù)。錨網(wǎng)支護(hù)是隨著我國近年來對錨桿支護(hù)的研究和支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，錨桿支護(hù)已成為較為普遍的支護(hù)方式，在控制支護(hù)成本、改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)和提高圍巖自身強(qiáng)度等方面有優(yōu)勢。錨桿支護(hù)又成為主動支護(hù)，U型鋼可縮性支護(hù)方式為被動支護(hù)方式，主動被動的支護(hù)方式并不是在支護(hù)類型，而是在于支護(hù)體能否主動收緊圍巖、支撐圍巖；安裝錨桿支護(hù)后可以給錨桿足夠的預(yù)應(yīng)力，可以為圍巖提供一定的預(yù)緊力，降低圍巖拉應(yīng)力，發(fā)揮圍巖自承載能力。
　?。?）聯(lián)合支護(hù)。軟巖是一種支護(hù)困難的的巖體類型，巷道的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)需要滿足從外提供可以改變圍巖受壓能力，控制變形使得圍巖穩(wěn)定的技術(shù)，從內(nèi)部要增強(qiáng)巖體強(qiáng)度，提高承載力。聯(lián)合支護(hù)方式主要是采用多種不同性能的單一支護(hù)組合，隨著軟巖技術(shù)的不斷改進(jìn)，需要結(jié)合U型鋼、工字型等的支護(hù)方式，保留錨桿支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)等多種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣互補(bǔ)，U型鋼的支架簡單可縮性強(qiáng)，通過與圍巖的相互作用，可適應(yīng)軟巖巷道高應(yīng)力變形，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)共同承載壓力。
　　3 軟巖巷道支護(hù)的發(fā)展
　　軟巖巷道支護(hù)形式的新發(fā)展主要分為超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)和錨注支護(hù)。
　　超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)采用螺紋鋼錨桿，該技術(shù)有很高的強(qiáng)度，是普通錨桿強(qiáng)度的3-4倍以上，為巷道圍巖提供強(qiáng)大的支護(hù)阻力，更加有力的約束圍巖的變形和層理裂隙，使用螺紋鋼能有效控制圍巖變形大的情況，提高系統(tǒng)的安全可靠性。
　　錨注支護(hù)主要針對軟巖巷道圍巖有松動范圍大，巖體松軟的巖體進(jìn)行支護(hù)，單獨(dú)錨桿難以支護(hù)破碎巖石，巷道為發(fā)揮錨桿支護(hù)的優(yōu)勢，可以利用錨桿作注漿管，實(shí)現(xiàn)錨注一體化，解決松軟破碎巖石的巷道支護(hù)。采用錨注支護(hù)，不僅可以通過注漿改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖石的自身強(qiáng)度和穩(wěn)定性，還可以利用漿液封堵圍巖的縫隙，從而達(dá)到隔絕空氣的目的，以注漿形成的加固圈，為錨桿實(shí)現(xiàn)全場錨固，實(shí)現(xiàn)提高錨固力和可靠性。
　　結(jié)束語
　　通過對軟巖巷道的力學(xué)特性和支護(hù)方式選擇方面的深入研究，在復(fù)雜地質(zhì)的礦井巷道采用合適的支護(hù)方式，成為礦井技術(shù)作業(yè)的關(guān)鍵，對變形嚴(yán)重的巷道圍巖，首先處理變形，再采取注漿方式，增強(qiáng)牢固性，有效解決高應(yīng)力軟巖巷道的支護(hù)問題后可以保障煤礦開采的安全可靠性，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。