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深部软岩巷道支护技术研究

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摘要：随着煤矿开采深度的不断增加，巷道在高应力的复杂力学环境中，围岩松软破碎，巷道变形量大，难以控制，给矿井安全生产提出了更高的要求。通过研究深部高应力软岩巷道的变形特征及最佳支护时段，改变传统单一支护的局限性，提出了软岩巷道的联合支护技术，能够有效的控制围岩变形，提高巷道的稳定性，保障煤矿安全生产。

关键词：深部;高应力;软岩;最佳支护时段;联合支护

中图分类号：TD35

随着煤炭行业不断发展，浅部煤炭资源日益减少，煤炭开采深度不断增加，矿井逐渐进入深部资源开采阶段。随着开采深度增加，巷道围岩在“三高一扰动”的复杂力学环境下，巷道表现出底臌严重、两帮移近量大，支护困难，给深部应力软岩巷道支护提出了严峻的挑战。[1-2]目前，深部软岩工程已经成为国内外研究的重点领域。研究软岩巷道支护技术，最佳支护时段，对控制巷道变形，保证矿井安全生产，开采深部煤炭资源的具有重要意义。[3]

1 软岩巷道特征

根据围岩松动圈理论，巷道开挖破坏了原应力状态，造成围岩应力场重新分布，在其周围形成破碎区、塑性区和原岩应力区，区域大小与围岩岩性及巷道断面大小有关。深部高应力软岩巷道开挖，破坏了围岩的整体性，应力向其周围释放，岩体的承载力下降，如果支护不及时，巷道变形破坏严重，顶板下沉量增大。[6]

软岩巷道开挖初期表现出变形速率大的特征。巷道掘进引起应力重新分布，且速度快。如果支护不及时，容易发生冒顶、片帮等事故。在高应力环境下软岩的承载力大大降低，软岩巷道变形表现出时效性。初期来压快，自稳时间短，由于岩体松软，流变时间长，增加了巷道支护难度和维护费用。[4-5]

2 软岩巷道支护技术

2.1 软岩巷道支护原理

软岩巷道支护在于提高巷道围岩的自承能力。为有效控制围岩变形，提高巷道稳定性，要根据围岩属性，分析其来压规律，及时调整支护技术，使支护结构及其技术不断适应围岩变形活动规律。

为有效控制巷道围岩变形，提高巷道整体性。应改变传统的单一支护结构，采用耦合支護，锚注结构、二次支护等技术。同时综合考虑，采取卸压、加固和支护相结合的方法，充分卸掉高应力区的压力，对大变形区进行让压处理，整体加固松软破碎的区域。再者，对巷道围岩变形进行监测，并根据监测结果及时调整支护参数。

2.2 软岩巷道联合支护技术

巷道支护在于控制围岩的破胀变形。采用单一支护方式效果差，无法保证煤矿的安全生产。因此，根据巷道地质条件、开挖断面、服务年限、支护材料强度等因素，选择合理的支护方案，有效控制围岩变形，现针对软岩巷道采取的支护技术加以说明。

（1）锚杆（索）网+钢带+梯形棚联合支护。采用先让后强的思想，有效的结合了传统刚性支护和柔性支护。巷道开挖初期采用锚杆网+钢带支护，提高巷道围岩的强度，控制围岩变形。待变形稳定后，采用架棚刚性支护，为围岩提供支护阻力，有效控制巷道变形。

（2）锚网喷二次支护。软岩巷道围岩的自身承载能力较差，加重了支护结构的负担，必须通过有效的方法提高围岩强度，改善围岩的承载能力，提高支护效果。巷道开挖后首先进行锚索网支护。然后，喷射混凝土封闭暴露的巷道围岩，与锚索共同形成承载环，既改变了围岩的应力状态，又可以让巷道围岩压力充分释放，最后对巷道进行二次喷浆支护。

（3）锚索网+U型棚联合支护。巷道顶板比较复杂的情况下，采用锚索+梁+网联合支护的方式。根据悬吊理论，首先将锚索锚固到上覆稳定岩层中，提高巷道围岩的稳定性。然后再安装支护梁，提高围岩整体性，进一步改善支护效果。同时，在两帮的棚腿安装锚杆，提高两帮支护强度。

3 最佳支护时间和最佳支护时段

3.1 最佳支护时间

即可以使（PR+PD）同时达到最大的支护时间，其中PR为围岩支承力，PD为以变形转化的工程力，其意义如图1所示。图中显示，（PR+PD）～t曲线最大值点对应的时间TS就是最佳支护时间。同时，该点也是PD～t曲线和PR～t曲线的交点所对应的时间。[7]

3.2 最佳支护时间段

实际工程中难以准确掌握最佳支护时间，所以采用最佳支护时间段的概念，其意义如图2所示。只要在最佳支护时间TS附近对巷道进行永久支护，基本上可以使PD和PR同时达到优化意义上的最大。这样，（PR +PD）→MAX也就自动满足。[7]

4 结语

巷道支护主要是采取有效方法对围岩进行加固，改变围岩的应力状态，控制围岩变形。支护形式改变单一支护，采用联合支护，提高围岩的整体强度，改善巷道围岩的承载能力，有效控制巷道变形，达到控制巷道围岩变形的目的，提高了软岩支护效果。

参考文献：

[1]孟庆彬，韩立军，乔卫国，等.唐口煤矿深部软岩巷道支护技术研究[J].西安科技大学学报，2012，32（02）：164-171.

[2]何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报，2000，8（1）：56-62.

[3]何满潮.深部岩体力学与工程灾害控制研究现状与展望[A].2009—2010岩石力学与岩石工程学科发展报告[C].中国岩石力学与工程学会，2010：10.

[4]刘高，聂德新，韩文峰.高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J].岩石力学与工程学报，2000，19（6）：726-730.

[5]佟利.二次耦合支护技术在矿井软岩巷道中的应用[J].科技风，2011（22）：145-146+151.

[6]王金龙.二次耦合支护技术在矿井软岩巷道中的应用[J].科技信息，2012（30）：385.

[7]赵晓央.煤矿软岩巷道支护应用管理[J].机械管理开发，2016-155（3）：62-63.

[8]何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报，2000（01）：46-62.

作者简介：王猛（1998-），男，山东泗水人，本科，主要从事煤矿巷道变形破坏与支护研究。

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