淺議煤礦軟巖巷道支護

　　隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,煤的需求量逐年增長,開采的范圍也不斷擴大。無論新老礦井,在開掘巷道時都遇到了大量的軟巖層,特別是隨著開采深度的不斷增加,深部地壓明顯增大。
　　在軟巖層中施工巷道,掘進容易,但維護極其困難,采用常規(guī)的施工方法和傳統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu),往往不能奏效。因此研究軟巖支護問題便成為巷道施工的關鍵問題。
　　
　　1 軟巖巷道的特征
　　軟巖巷道最明顯的特征是地壓顯現(xiàn)比較劇烈,巷道維護困難,主要表現(xiàn)在圍巖的自穩(wěn)時間短、來壓快、圍巖變形量大、速度快、持續(xù)時間長、四周來壓、底鼓明顯、遇水膨脹、變形加劇,可以用4個字來概括:松、散、軟、弱。
　　
　　2 松軟巖巷道支護原理
　　軟巖層巷道支護的著眼點應放在充分利用和發(fā)揮自承能力上。支護原理是:根據(jù)巖層不同屬性,不同地壓來源,從分析地壓活動基本規(guī)律入手,運用信息化設計方法,使支護體系和施工工藝過程不斷適應圍巖變形的活動狀態(tài),以達到控制圍巖變形、維護巷道穩(wěn)定的目的。具體的說,有以下幾個方面:(1)必須改變傳統(tǒng)的單純提高支護剛度的思想,支護結(jié)構(gòu)及強度應與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結(jié)合,與圍巖變形及強度相匹配,實踐證明,單純提高支護剛度的方法是難以奏效的;(2)必須采取卸壓、加固與支護相結(jié)合的方法,統(tǒng)籌考慮、合理安排,對高應力區(qū),要卸得充分,對大變形區(qū),要讓得適度,對松散破碎區(qū),要注意整體加固,對巷道圍巖整體要支護住;(3)進行圍巖變形量測,準確地掌握圍巖變形的活動狀態(tài),根據(jù)量測結(jié)果進行反饋,以確定二次支護結(jié)構(gòu)的參數(shù),確定補強時間,再次支護時間和封底時間;
　　
　　3 松軟巖巷道支護原則
　　早期的支護理論沿用地面結(jié)構(gòu)工程原理設計支護參數(shù),圍巖是支護的對象,支護只是人工構(gòu)筑的承載結(jié)構(gòu)而已。然而,現(xiàn)代巖石力學揭示,巖石破裂后具有殘余強度,松動破裂圍巖仍具有相當高的承載能力,圍巖既是支護壓力的根源,又是抵抗平衡原巖應力的承載體,而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。支護的作用在于維護和提高松動圍巖的殘余強度,充分發(fā)揮圍巖的承載能力。因而,在松軟巖巷道支護中,要遵循以下幾方面原則:(1)維護和保持圍巖的殘余強度原則。(2)提高圍巖殘余強度的原則。(3)充分發(fā)揮圍巖的承載能力的原則。
　　
　　4 軟巖巷道支護結(jié)構(gòu)的選擇
　　根據(jù)軟巖的不同類型、位移、壓力及使用條件等情況,軟巖支護結(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)支護、錨噴支護以及兩者組合的混合支護、緩沖支護、讓壓支護等多種支護結(jié)構(gòu)。由于各礦區(qū)松軟巖層的地質(zhì)條件及圍巖條件的復雜性和隨機性,目前尚無公認的理論計算方法。
　　所以必須從軟巖巷道支護工程的實際情況出發(fā),應因地制宜選擇使用,使其在技術上、經(jīng)濟上更加合理。
　　4.1 砌碹封閉式支護
　　采用圓形、橢圓形、馬蹄形等合理巷道斷面形狀與其相應的料石和混凝土塊砌碹封閉支護。
　　此種傳統(tǒng)的剛性支護結(jié)構(gòu),適用于淺部、位移及壓力不大的膨脹性軟巖巷道。碹的壁后充填軟矸或砂。云南省田壩煤礦二號井煤建公司礦建處施工隊采用生石灰、山砂、爐灰渣配比成的壁后充填柔性材料,經(jīng)實際應用其支護效果較好。
　　4.2 圓碹加砌木磚封閉式支護
　　這種支護結(jié)構(gòu)與砌碹封閉式支護的區(qū)別是在料石和混凝土砌塊之間均勻地加砌一定數(shù)量的木磚,使砌碹剛性支護形成一定的可縮量,增加了適應圍巖變形的可縮性能,每塊木磚厚一般為20~50 mm,當圍巖的壓力越大、變形量越大時,所需木磚的塊數(shù)就越多,木磚的厚度也就越大。
　　4.3 條帶碹支護
　　在松軟、膨脹軟巖中,采用圓碹加砌木磚仍不能滿足釋放較大能量的要求時,就可采用條帶碹,這也是解決軟巖支護問題的途徑之一。條帶碹就是用料石或混凝土砌筑成一定長度的支護碹體,稱之為“條帶”,條帶與條帶之間留有一定寬度的空隙,稱為“卸壓通道”,通道讓頂、幫圍巖暴露,允許圍巖向巷道空間方向擠出,起到能量或應力釋放的作用,為圍巖變形提供機會,以減輕對碹體的壓力。條帶碹除了適用于塑性流變大,有粘土膨脹性礦物成分的軟巖平巷或坡度較小的斜巷外,對受采動影響的巷道也有較大的適應性。而且條帶碹還具有成本低、施工速度快、便于維修等優(yōu)點。
　　4.4離壁碹支護
　　離壁碹支護就是碹體和支架離開圍巖頂板及兩幫有一定距離的一種支護形式。離壁尺寸取決于圍巖釋放能量的大小,圍巖釋放能量大,變形量也大,離壁的尺寸也大。離壁碹之所以能支護軟巖巷道并穩(wěn)定下來,就是它留出釋放能量的變形空間,讓圍巖變形。離壁碹支護適應于圍巖釋放能量較大的軟巖巷道。
　　4.5 置換支護
　　這種支護的實質(zhì)是將軟巖多挖出一定深度,用高強度材料(混凝土、碎石、礦渣和砂子等)置換,然后再進行支護,使軟巖的位移壓力得到控制,獲得較好的支護效果。置換支護有兩種基本形式:當軟巖只占巷道斷面的一部分時,采用局部置換支護;當全斷面位于軟巖之中時,采用全部置換支護。
　　4.6 錨噴網(wǎng)支護
　　 在流變、膨脹性不很大的軟巖中,錨噴網(wǎng)支護是有效的支護結(jié)構(gòu)。其支護特點要求是:
　　(1)巷道掘進后及時噴一層薄混凝土,以封閉圍巖、防水防風化、保護圍巖強度與自承能力。(2)以錨為主,軟巖錨桿要選用全長錨固具有滑移讓壓特性適應大位移量的錨桿,錨桿密度要大,一般小于400~600 mm,最好是長錨桿與短錨桿并用。(3)加鋪金屬網(wǎng)并用錨桿將網(wǎng)與巖壁錨固緊。(4)復噴混凝土,形成錨噴網(wǎng)一次支護。(5)觀察圍巖與支護的變形位移,并適時復噴補強;到圍巖趨于穩(wěn)定時,復噴混凝土到設計厚度,形成永久性二次支護。
　　
　　結(jié)語
　　(1)軟巖巷道支護問題是很復雜的,不能不分時間、不分地點、不分圍巖、不分深淺一樣看待,必須全面、系統(tǒng)地從多方面改善支護狀況。一是盡可能將服務年限長的巷道布置在比較穩(wěn)定的圍巖中,應盡量避免采動壓力的影響;二是提高施工質(zhì)量,優(yōu)化施工工藝,盡量縮短掘與支之間的間隔時間,避免用水和濕氣通風,采用減震光面爆破快速施工;三是要全面考慮圍巖構(gòu)造的膨脹特性、抗壓強度、泊桑系數(shù)、賦存深度、采動壓力等因素,合理選擇最經(jīng)濟的支護結(jié)構(gòu)。
　　(2)對于強膨脹的軟巖巷道,特別是受構(gòu)造應力與膨脹力綜合影響的巷道,選用一般聯(lián)合支護、U型鋼可縮性支架是不能使巷道保持穩(wěn)定的,因此,必須考慮二次支護。