煤礦軟巖支護技術(shù)研究

引言
　　隨著我國煤炭資源的日益減少，大中型礦井的開發(fā)逐漸向深層及海域發(fā)展，而隨著開采深度及廣度的增加，處于成巖松軟強度低易風化 潮解遇水膨脹的軟巖巷道，在高應(yīng)力地壓的作用下，穩(wěn)定性變的極差，支護更加困難，給安全生產(chǎn)帶來了前所未有的嚴峻考驗使煤炭開采成本不斷增加，嚴重阻礙了我國煤礦工業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)和發(fā)展，因此探索一套切實可行解決軟巖治理難題的新途徑。
　　1軟巖分類及特性
　　軟巖是指在工程力作用下，能夠產(chǎn)生顯著變形的工程巖體。由于是非均質(zhì)、非連續(xù)的巖體，具有復(fù)雜的變形力學機制，并具有大變大地壓、難支護的特點。隨著礦井開采深度的增加，原來很少有軟礦井，現(xiàn)在逐步呈現(xiàn)軟巖特征，某些巖層首先進入軟巖狀態(tài)。軟巖巷道的維護問題一直困擾著我國煤礦的生產(chǎn)和建設(shè)。隨著采深的增加，地應(yīng)力增大，煤礦軟巖巷道的支護更加困難。我國很多地區(qū)都是典軟巖礦區(qū)，都出現(xiàn)了軟巖巷道支護設(shè)計困難的情況。[1]
　　2軟巖支護理論與技術(shù)
　　2.1 新奧法
　　新奧法為新奧地利隧道施工法，國際上稱為NATM。20世紀70年代傳入我國。在鐵路、水電、煤礦等工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用。新奧法的概念是接巖石力學圍巖支架共同作用的基本原則制定的。其主要意圖是調(diào)動圍巖自身的承載能力。盡可能地控制圍巖變形，防止圍巖松動。以達到施工最大安全度和最好的經(jīng)濟效果。新奧法主要內(nèi)容有：圍巖與支護共同發(fā)揮承載的作用；初始支護應(yīng)采用柔性結(jié)構(gòu)；建立二次支護的概念；調(diào)整支護參數(shù)和重視涌水處理等。[2]
　　2.2 二次支護理論
　　實踐表明，在高應(yīng)力、膨脹性軟巖巷道用一次支護，特別是使用強剛性支護均不可行。包括雙料石碹，600mm厚的鋼筋混凝土支護等等．原因是它們都不適應(yīng)軟巖初期大變形的特點。由此一次支護主要是提高圍巖自身承載能力。保證巷道在安全的條件下允許圍巖在控制下釋壓變形，以適應(yīng)軟巖的變形力學機制。為了保證巷道的較長時間的穩(wěn)定和服務(wù)期的安全，在圍巖變形穩(wěn)定后必須進行二次支護。給巷道圍巖提供最終支護強度和剛度。
　　2.3錨噴網(wǎng)支護
　　錨噴網(wǎng)支護是目前軟巖巷道有效且實用的支護形式，錨噴網(wǎng)支護具有以下優(yōu)點與作用：噴射混凝土能及時封閉圍巖和隔離水、風對圍巖的破壞，減少膨脹泥化剝落的條件；錨桿能實現(xiàn)主動支護加固圍巖，提高圍巖自身承載能力和圍巖一起形成一個加固圈，網(wǎng)不僅可以支承錨桿之間圍巖，同時將單個錨桿連結(jié)成整體錨桿群，和混凝土形成有一定柔性的薄壁鋼筋混凝土支護圈。錨噴網(wǎng)總體和圍巖共同形成一個支承圈共同支承圍巖，保持巷道穩(wěn)定。錨噴網(wǎng)支護允許圍巖有一定變形，所以錨噴支護的性能十分符合軟巖對支護的要求。特別是一次支護性能的要求。錨噴網(wǎng)支護是目前軟巖巷道有效、經(jīng)濟、實用的支護形式。
　　3軟巖巷道的治理
　　3.1掘進
　　由于軟巖的遇水易泥化膨脹的特性，鉆眼采用干式鉆眼法，以控制圍巖的膨脹變形，消除膨脹壓力，也可以有效的防止底鼓的發(fā)生；爆破法掘進巷道，在圍巖中產(chǎn)生爆破震動，甚至形成炮震裂縫，周邊圍巖常因凹凸不平而加劇應(yīng)力集中，從而加速了圍巖的松動破壞，造成過大的圍巖壓力，尤其對地質(zhì)條件較差的圍巖影響更為嚴重因此，在爆破施工中采用淺眼光爆技術(shù)，打淺眼，少裝藥，放小炮，毫秒爆破，減小震動波對圍巖的擾動，使巷道軟巖具有一定的自穩(wěn)時間，并能迅速轉(zhuǎn)入支護工作對于松散破碎較嚴重的巖層，如不能采用全斷面放炮掘進時，應(yīng)采用只放掏心炮然后用風鎬擴刷的掘進方法，加強巷道的成型管理和頂板管理，防止圍巖因冒落片幫而失穩(wěn)，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。
　　3.2錨網(wǎng)噴
　　巷道掘刷成型后，盡快噴漿封閉圍巖，巷道圍巖曝露時間越長，圍巖松動愈往深處發(fā)展，圍巖應(yīng)力就越大，易風化的圍巖更是如此 及時封閉不僅能保持圍巖的原巖狀態(tài)，而且能防止圍巖表面被水軟化，對易風化的巖層還能起到防止風化的作用及時錨網(wǎng)噴支護錨網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)直接接觸圍巖，及時錨網(wǎng)噴可以在巷道發(fā)生破壞前限制圍巖的變形與位移，改變其應(yīng)力狀態(tài)，提高巖體的強度，使圍巖不進入松動狀態(tài)，充分發(fā)揮巖體自己支護自己的能力，使其較快向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化原巖應(yīng)力狀態(tài)經(jīng)歷了從平衡到不平衡到新平衡的變化過程，錨網(wǎng)噴積極參與了這個應(yīng)力變化的全過程，使圍巖在新的應(yīng)力平衡條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　3.3施打錨索
　　錨索采用長度8米的鋼絞線錨索，因為錨索較長，可以錨固在巷道松動圈以外較穩(wěn)定的巖層中，錨固力比錨桿更大，使原來由錨桿支護形成的承載圈更大，增強了圍巖的自身穩(wěn)定性，起到了懸吊作用，及對錨網(wǎng)噴支護和圍巖的補強加固作用。
　　4巷道基本地質(zhì)條件
　　煤礦巷道埋深608m，頂、底板巖性為，煤層，煤層厚度變化小，平均6.0m；煤層強度中等。煤層直接頂為2.0m的砂質(zhì)泥巖；老頂為厚度8~10m的中粗粒砂巖，巖性好，強度較高。煤層直接底為1.5m的砂質(zhì)泥巖；直接底下部為厚度2.0m的泥巖見圖1。
　　泥巖和砂質(zhì)泥巖吸水后強度明顯降低，泥巖干燥狀態(tài)下抗壓強度24~30MPa，吸水后3.9~12.8MPa，砂質(zhì)泥巖干燥狀態(tài)下強度13~36MPa，吸水后6~24MPa。
　　5巷道破壞特征及原因分析
　　5.1巷道破壞特征
　　在該礦地質(zhì)條件下，面臨深部開采引起的巷道位移量大、返修劇增、巷道維護困難等一系列問題。根據(jù)現(xiàn)場礦壓觀測，該礦巷道出現(xiàn)的礦壓顯現(xiàn)特征為：巷道變形量大，變形速度快，頂?shù)装蹇傋冃瘟?.2～1.8m，變形速度達10～39mm/d；掘進20d后表面水平移近速度才小于10mm/d，之后移近速度比較小，但仍然保持在2.0 mm/d左右。其中底鼓量占巷道總變形量的65%～75%，巖體中的應(yīng)變隨時間逐漸增長，并不趨近于某一穩(wěn)定值，達到某一階段應(yīng)變率會急劇增加，最后導(dǎo)致破壞。
　　5. 2巷道破壞原因分析
　　5.2.1巷道底板無支護或支護強度不夠，導(dǎo)致巷道巖體流變難以得到控制。流變性圍巖體巷道要求巷道進行全斷面支護，避免底板出現(xiàn)圍巖體的粘性流動通道。由于底板積水和耙斗機裝巖的作用，底板巖體強度弱化較嚴重。底板流變極易發(fā)展，并導(dǎo)致巷道兩幫整體移動，幫、頂支護強度也難以發(fā)揮有效作用。[3]
　　5.2.2錨桿沒有發(fā)揮有效作用。從現(xiàn)場安置的2個錨桿測力計觀測結(jié)果知，錨桿實際工作阻力均為2.0MPa×0.55t/MPa=1.1 t，錨桿基本沒有發(fā)揮作用。在其它礦區(qū)大變形巷道進行的錨桿工作阻力測試結(jié)果，同樣存在錨桿工作偏低，沒有起到控制圍巖穩(wěn)定的作用。
　　5.2.3混凝土噴層和圍巖體變形不匹配，導(dǎo)致提前破壞；和錨桿沒有起到共同支護作用，并導(dǎo)致錨桿工作阻力損失。圍巖體力學性質(zhì)相對較弱的深井巷道，巷道初期產(chǎn)生一定的變形是塑性區(qū)形成、圍巖應(yīng)力峰值向深部轉(zhuǎn)移的必然過程；也是錨桿工作阻力迅速增加，錨桿發(fā)揮作用、減少巷道變形速度的過程。
　　結(jié)語
　　軟巖巷道支護是一個復(fù)雜而又細致的二作，要針對圍巖情況，軟巖的特性，因地制宜地對癥下藥，軟巖支護的困難是可以解決的。同時要改變傳統(tǒng)的硬巖支護理念，正確理解和應(yīng)用軟巖立護理論，把軟巖巷道支護技術(shù)大膽地應(yīng)用到實踐中去。