试析煤矿软岩巷道掘进支护技术

袁海洪

【摘要】本文对软岩巷道围岩变形破坏特征、变形原因进行了研究，通过分析软岩巷道破坏机理，然后阐述了某矿-560米开拓大巷的支护方式（加大锚杆长度、加强锚索支护、优化支护密度等），最后由浅至深观测优化后的巷道支护方式，结果证明，支护经过优化后可以很好的降低巷道变形，同时减少其破坏。

【关键词】软岩巷道；破坏机理；支护技术；效果分析

一、工程介绍

某矿正在施工，其为-560米开拓大巷、运输巷以及轨道巷三者并行安排，之间间距为30米，运输巷在掘进施工的时候是超前轨道巷。该矿在施工时通过胶带输送机和掘进机综合机械化进行掘进，采用传统的锚网喷支护方式进行巷道支护。大巷的施工地点主要在断层破碎带和太原组海相泥岩当中，较为突出的问题就是巷道支护。通过测验得出，该巷围岩在性质上属于软岩，抗压强度为2.2至21.0兆帕。这样的围岩属于不坚固岩层，通常比较容易破碎，且强度小，遇水容易软化，比较难支护，同时加之断层、水等因素对上巷道围岩的影响，使得棚梁弯曲下沉，而且棚腿被挤出，达不到支护效果，巷道断面很快减小，对运输、通风、行人都造成严重影响。当掘进-560米开拓巷道之后，底鼓成为大巷面临的主要问题，最大底鼓量达到0.45米，这对轨道造成一定破坏，而且大巷运输正常运行较为困难，掘进速度显著降低，不仅如此，还造成断面发生变形，严重收缩，通风阻力也明显增大，行人安全距离明显减小，巷道出现冒顶掉渣，这些现象都对人身安全造成危害，所以，对巷道支护质量进行改善很有必要。

二、软岩巷道变形破坏机理和原因分析

1.软岩巷道破坏机理

软岩进入了大变形阶段，属于非线性塑性变形，其变形场在非线性力学场范围，所以，软岩巷道破坏机理明显不同于硬岩巷道。通过分析巷道围岩强度、巷道变形量、围岩矿物成分、围岩应力状态等因素，能够得出某矿-560米开拓大巷围岩属于高应力节理化膨胀性复合型软岩。如果在支护的极限承载能力达不到荷载时，就会导致巷道围岩发生形变，进而会破坏支护。通常来讲，外载荷有以下几种：构造应力、覆岩压力、支撑压力、冲击地压。虽然说影响支护的因素很多，但是外力和岩石本身性质绝对是最重要的，如果岩石受上述某种力或者是几种力作用，先会失稳，然后使得支护也失稳。

2.大巷变形分析

第一，巷道失稳归根结底是由于围岩承载能力比较低。通过研究实验可知，该巷道围岩抗压强度还达不到21兆帕，标准的软岩。再加上断层的破碎带比较多，围岩整体承载能力就会受到比较大的影响。

第二，地应力比较大。巷道所占地方断层多、地质条件不好，而且最主要的是水平应力，数值也很大。

第三，原有的支护参数不恰当。问题主要表现在以下几方面：1）支护强度达不到，支護的整体性形不成。2）托盘和锚杆不吻合，托盘达不到应有厚度，还有的托盘内陷、反转，这使得锚固完不成应有作用。除此之外，施工的时候因为巷道支护滞后、有些锚杆预紧力不足等缘故，使得巷道重要部位陷失稳破坏，然后从部分再使得全断面失效。3）应力比较集中的区域措施不达标。最容易出现应力增高的地方是巷道底板中的围岩，然后巷道底板产生发生明显的塑性变形和剪切破坏，进而有弯曲、碎胀等变形出现。

三、优化支护设计

1.原来支护措施

开拓大巷断面巷道宽为4.4米，轨面往上的高为33.5米，其形状为直墙半圆拱形。之前采用的是锚网喷支护，使用直径为0.02m×2m的锚杆，其间排距是0.8m×0.9m，矩形钢筋网为4号，网格是0.1m×0.1m，喷浆的时候使用C20强度的混凝土，保持喷层厚度为0.15米。使用直径为0.01524m×7.3m的锚索，保证排距2.7m，在局部地段根据不同地段，然后通过增加锚索的方式来使支护变强。

2.支护优化措施

第一，支护形式。通过分析-560米开拓大巷顶板和两帮变形以及底鼓的特征，明确巷道断面形状，为了使巷道底鼓能够得到较好的控制，使用反底拱联合底角锚杆耦合支护的方式进行整治。在轨面向下的位置，按照一定的弧形挖掘0.6米，然后铺反底拱，与此同时，两帮和顶分别增加0.1米当做毛断面施工尺寸。

第二，支护参数。1）锚杆。巷道的顶板和两帮要使用高性能的锚杆，其直径为0.02m×2.5m，采用的是IV级专用螺纹钢加工制成，锚杆间排距0.6m×0.7m。在两侧底角的地方分别打一根底角锚杆，其直径为0.022米，长度为2.8米，同时保持和基本锚杆的间距小于1米。通过加长锚固方式，每根锚杆使用三卷树脂药卷，其中一卷的型号为K2350，另外两卷的型号为Z2360。2）锚索。其直径为0.0178m×9m，排距为2.1米，有一根锚索打在顶板两侧，即二三根锚杆之间，每个孔使用四卷树脂药卷，一卷型号为K2350，另外三卷型号为Z2360。3）托盘。锚杆使用0.3m×0.3m的新托盘，锚索采用的托盘尺寸为0.4m×0.4m。4）网。该铁丝网直径为0.0065米，由钢筋焊制而成，网格为0.1m×0.1m，网边通过钩扣联结，锚杆和锚索支护具体由图1来说明。

四、效果分析

优化过支护参数后，要对后续工作进行跟踪，即在新的支护参数下，监测巷道顶底及两帮变形以及两帮深部位移情况，然后对优化后的支护效果进行判断分析。通过工作面持续向前掘进，在运输大巷向掘进面方向安排四个表面位移收敛监测站，在轨道大巷向掘进面方向安排两个深部位移观测站。每个测站每天观测一次，连续观测，直到巷道变形稳定，检测到两帮深部变形以及表面位移收敛的准确数据。在此，选取一个表面位移测点和深部位移测点来进行分析。具体情况如图2所示。

通过图2可得，通过优化支护参数支护，-560米开拓大巷掘进时，顶底板和两帮最大移近量分别是0.162米和0.144米，表面收敛率不大。通过实测数据来看，顶底板和两帮平均变化量分别为0.145米和0.131米。通过深部位移测量数据看出，巷道围岩松动圈是两米时，说明锚杆长度选择合适。

五、结语

综上所述，支护经过优化后，效果改善比较明显，对巷道破坏和变形也都降低，而且为以后掘进支护工作提供了参考依据。

参考文献：

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