1、软岩巷道施工作业中支护问题浅析摘要：随着矿井开采规模的加大, 矿井开采向纵深化发展, 软岩巷道施工与支护问题日益突出, 一直严重困扰着矿井的安全生产，文中对巷道施工作业中支护问题进行了探讨。 关键词：软岩巷道 深部开采施工作业支护问题 中图分类号：TD263 文献标识码： A 前言 近年来，随着矿井开采深度的加大，矿井深部岩层地应力亦加大，越来越多的巷道掘进支护工程尤其是软岩巷道支护技术越来越难。面临着复杂的应力环境，支护方案的选取和确定不够科学、合理的支护，常会造成巷道出现前掘后修、多次翻修，造成支护成本加大；冒顶、片帮等致使巷道维修周期逐渐缩短等问题。这些都制约着矿井开拓延深，给矿井深部开
2、采安全带来威胁，因而对深部岩层软岩工程支护技术的研究愈来愈重要。 一、软岩巷道支护原理 松软岩层巷道支护应充分利用和发挥软岩自承能力，支护原理是：根据岩层不同属性，不同地压来源，从分析地压活动基本规律入手，搜集设计信息，使支护体系和施工工艺过程不断适应软岩变形的活动状态，以达到控制软岩变形，维护巷道稳定的目的。 首先，必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想，支护结构及强度应与加固软岩、提高软岩自承能力相结合，与软岩变形及强度相匹配；其次，必须采取卸压、加固与支护相结合的方法，统筹考虑，合理安排，对高应力区要卸得充分，对大变形区要让得适度，对松散破碎区要注意整体加固，对软岩要可靠支护。另外要进行软
3、岩变形量测，准确地掌握软岩变形的活动状态，根据量测结果确定二次支护结构的参数，确定补强时间。 二、软岩巷道施工影响因素 1、软岩强度低且层理、节理发育。在构造应力条件下，巷道软岩不但破裂范围大，而且软岩的碎胀性表现得更为显著，造成巷道掘出后初期变形严重，主要表现在顶板下沉、帮内移、底鼓、砼开裂等，影响巷道无法正常使用。 2、软岩的长期流变性。原支护形式不合理，采用传统的浅部线性设计理论，支护强度弱，巷道在软岩自身的流变性能下，支护形式若采用单一的锚喷支护，上部覆深部岩层破裂大，造成大面积顶板离层，下沉量偏大，导致巷道持续变形不能稳定，诱发巷道垮冒失稳现象的发生。 3、水理作用。由于巷道软岩属强
4、膨胀性软岩，遇水膨胀，导致巷道转岩膨胀严重，使巷道顶板围岩条件进一步恶化。 4、软岩赋存深度大，巷道软岩处于长期蠕变状态。由于巷道地应力大，集中程度高，容易造成整个顶板破碎带垮落，形成高冒顶现象。 为使巷道正常使用，必须采取有效的措施，控制底板变形，保证巷道稳定。应对软岩及时采用砼封闭，防止风化和被水侵使强度降低，有效地抑制深部岩层的高应力、低强度、强流变性的这一特点，使巷道长期处于稳定状态，减小返修的次数，保持巷道长期稳定。 三、软岩巷道支护 在具体的巷道施工与支护设计时, 应考虑以下几个方面。 1、合理选择巷道位置 合理选择巷道位置是保证巷道处于稳定状态最关键的决策之一。选择巷道位置应着重
5、考虑以下两个方面。 （1）岩石性质。应尽量将巷道布置在遇水膨胀量小、质地均匀、较坚硬的岩石内，在同一条巷道内, 即使软岩性质只有微小的差异, 巷道压力的显现也有明显的差别。 （2）支承压力的影响。实践证明, 回采动压是造成煤层底板岩石大巷破坏的主要原因，煤层开采以后, 其底板岩石大巷的压力就有明显的增加，底板岩石大巷与煤层距离的大小和落煤方式有关，用风镐落煤时, 岩石大巷距煤层在 20 30 m 时, 基本上可不受动压的影响；而放炮落煤时, 岩石大巷距煤层 40m 以外还仍然会遭到破坏。因此除了避免支承移动压力的影响外, 还必须避开采场上下固定支承压力的影响范围, 把巷道布置在应力降低区或原岩
6、应力区内为最好。 2、巷道断面形状的选择 由于松软岩层地质情况非常复杂, 巷道支护不单纯受岩层的重力作用, 有时周围都受到很大的膨胀压力, 甚至有的巷道的侧压比顶压大几倍，若采用常规的直墙半圆拱或三心拱形断面显然难以适应, 往往造成巷道的破坏和失稳。因此, 合理选择断面形状对维护松软岩层巷道的稳定尤为重要。巷道断面形状, 主要应根据地压的大小和方向来选择。若地压较小, 选用直墙半圆拱形断面是合理的; 若巷道周围均受到很大的压力, 则以选择圆形巷道断面为宜; 若垂直方向压力特别大而水平压力较小时, 则选用直立椭圆形断面或近似椭圆形断面是合理的; 若水平方向压力特别大而垂直方向压力较小时, 则应选
7、用曲墙或矮墙半圆拱带底拱、高跨比小于 1 的断面或平卧椭圆形断面。 3、控制爆破保护软岩 软岩巷道掘进必须采用打浅眼放小炮、光爆等控制爆破, 多采用预留光面层的光面爆破; 必要时采用风镐或手镐等人工成形掘进法。对特别松软破碎者可采用临时超前锚杆等前探支护手段或者采取注浆或化学加固等技术措施并尽量减小水的影响，以确保软岩强度与稳定性, 减小爆震波的影响和开挖后重新分布应力的扰动影响范围。 4、及时采用柔性或可缩性的一次支护 软岩巷道掘进后应尽早喷射薄层混凝土、封闭软岩, 以防止吸水、潮解风化, 进一步保护软岩。然后打锚杆或加金属网、复喷、架可缩金属支架等, 及时构成有足够支护抗力又有足够的柔性及
8、可缩性的一次支护。 5、适时补充加强一次支护 一次支护后应加强对软岩与支护变形的监测。如位移速率始终较大、不足以使软岩由急剧变形转化为缓慢稳定变形时, 说明一次支护抗力不足, 应及时采取相应补充加强措施, 如补打锚杆、加密可缩支架等。一次支护的喷层可能发生开裂, 亦属正常现象(喷层的有限柔性很难适应井巷初期的急剧变形) , 只须采取多次复喷、薄喷即可。 6、趋于稳定时采用二次支护 上述及时支护及适时补充加强的支护, 都属一次支护的范畴。一次支护后如软岩能趋于稳定, 这多在 I 类软朔软岩的情况下, 则一次支护就成为永久性支护结构。对于蠕变、膨胀变形大、持续时间长的软岩, 则应待软岩趋于稳定,
9、即转入平缓蠕变阶段, 位移速度减小并趋于某一稳定的常数时, 一般是在巷道开掘 3 6 个月以后, 采取二次支护。 二次支护应采用具有缓冲、可缩、让压特性且有足够支护抗力的支护结构。它具有吸收释放软岩长期继续缓慢增长的变形位移、压力; 又具有在软岩位移达一定临界值后, 支护抗力足以阻止其继续位移、防止软岩产生松脱失稳。 四、软岩巷道底板管理 分析一些软岩巷道遭破坏的原因， 除了施工程序、巷道断面形状和巷道布置不合理之外，很重要的原因就是由于巷道底鼓造成的。在软岩巷道掘进过程中不治理底鼓的支护方式， 往往首先以严重的底鼓危及两帮底角失去平衡而造成两帮失稳， 最后顶板冒落，巷道全部破坏。 目前矿井防
10、止底鼓的措施主要是砌筑底拱。若用圆碹做二次支护，则以先底拱、后墙、最后砌拱的施工顺序一次完成；若用锚喷支护做初始支护，则可在初始支护完成一段时间、底板应力得以充分释放之后再砌筑底拱，与二次支护同时完成比较好。需要强调的是：治理底鼓，必须结合帮底联合治理，不能各行其是，无论采用何种底拱结构，都必须使底拱两端压在墙下，与墙合为一个整体。近年来，有些矿井采用底板钻眼、松动爆破然后注浆加固底板的方法防治底鼓， 这种能够降低软岩应力和提高软岩强度的方法取得了不错的效果。 五、软岩巷道的管理 软岩巷道的支护工艺环节多，技术要求高，又是一项隐蔽性工程，影响施工和支护质量的因素较多，所以必须在现场施工中实行全
11、面严格的质量管理。主要包括： 1、对原材料质量严格把关。施工原材料一定要符合质量要求，并定期对材料进行抽查检验。加强对水泥、速凝剂、树脂药包、水泥药包等材料的保管储存，超过保质使用期的不得再用。 2、施工质量要符合规程要求。必须严格按设计要求和操作规程施工，设立明确的专业分工和各种岗位责任制，加强施工质量检查和抽查。 3、重视巷道软岩的量测监控。在软岩巷道采用锚喷支护，一定要进行量测监控，以便及时调整支护参数， 尤其对软岩巷道的收敛变形更应该特别重视，通过量测数据，有助于评价软岩的稳定程度，也是修改设计参数和确定二次支护时间的依据。 结束语 随着矿井开采深度的不断增加和原岩应力的不断增大，软岩巷道会越来越多，在软岩巷道的施工和支护中问题会越来越复杂。所以必须认真学习和研究软岩施工和支护方面的新理论、新技术和新方法，将科学理论和现场实践紧密结合， 确保煤矿安全生产。 参考文献 1 赵双德.软岩巷道支护技术研究J. 科技信息(科学教研). 2007(22) 2刘刚，王仁庭，董方庭. 井巷工程M.徐州：中国矿业大学出版社，2005（04） 3 黄耿彩. 软土流变性对深基坑周围地表沉降的影响分析J.岩土工程技术，2006(5) 作者简介：程付印， 男， 1978 年 6 月出生，毕业于河北工程大学矿建专业，助理工程师,现任中煤五建第三十一工程处梗阳项目部技术员，主要从事矿井建设工作。
