煤矿软岩巷道二次支护技术应用研究

1、煤矿软岩巷道二次支护技术应用研究 【摘 要】软岩巷道支护是当前煤矿安全重要问题之一。本文介绍了软岩巷道变形破坏特征，并探讨了二次支护原理与技术，最后结合工程实践，详细的阐述了二次支护技术在软岩巷道中的应用。 【关键词】软岩巷道；破坏特征；二次支护；工程应用 引言 随着矿井开采深度的增加，自重应力也随之增加，由于巷道围岩的集中应力大于其自身强度，巷道会发生各种形式的变形和破坏，易发生极具破坏性的冲击地压。在矿井深部岩层中软岩的问题更加突出，进行巷道支护时会遇到很多困难，严重影响煤矿正常的安全生产。可以说软岩巷道支护是当前煤矿安全重要问题之一。软岩巷道的稳定与支护技术密不可分，研究适合软岩条件下的

2、支护技术是十分必要的。 1 煤矿软岩巷道变形破坏特征 深部巷道围岩变形的主要影响因素是地应力。在高应力作用下，围岩移动非常剧烈，严重影响巷道稳定性。在软岩地层中，岩体单轴饱和抗压强度压一般在5mpa15mpa之间，即使用拱形金属支架和各种结构封闭式支护的巷道有时也产生很大变形。因此，在高应力软岩巷道中围岩变形破坏非常强烈，主要表现在： 1.1 巷道围岩变形量大 由于深井巷道围岩压力较大，如果不进行及时的支护，巷道变形可达1m多，当受采动压力的影响时，巷道的破坏是全断面的，有时很难分清以顶、帮、底哪部分先破坏，严重时可将整个巷道封死，行人无法通过。 1.2 巷道围岩变形速度快 当巷道变形量超过支

3、护结构的允许变形量时，支护结构承载能力下降，围岩变形速度加剧，最快可在2个月之内导致巷道失稳破坏，使巷道无法正常运输。 1.3 巷道底鼓量大 深部矿井巷道底鼓现象具有普遍性，底鼓是巷道围岩在垂直方向变形的主要形式。深部巷道不仅顶板下沉、两帮内移、而且底鼓。据国内外部分深井资料的统计分析表明随矿井深度增大，易于产生底鼓的巷道比重越来越大；底鼓量在顶底板相对移近量中占的比重随开采深度增大而增大。 1.4 巷道围岩变形量随巷道埋深而增大 不同矿区、不同地质条件下都存在一个软化临界深度，超过临界深度，支护的难度明显增大，巷道变形量随埋深呈线性增加，且软岩巷道变形在不同的应力作用下，具有明显的方向性。随

4、着矿井深度的增加，巷道上覆岩层重量增大，形成的支承应力增高，巷道的变形及破坏的程度增大。此外，地下岩石的温度也随着矿井深度的增加而增高，温度升高使围岩由脆性变形向塑性转化，容易使巷道产生塑性变形。 1.5 巷道围岩具有流变特征 在深井软岩巷道中，原岩应力较大，巷道开挖使原岩应力的重新分布，再加上高温，高地应力，高孔隙压力的影响下，围岩变形具有明显的流变特性。流变特性包括蠕变、弹性后效、流动等，具体表现为结构面的闭合和滑移变形。 1.6 冲击地压发生的频率和强度增大 冲击地压是煤矿开采过程中承受高应力的煤或岩体突然破坏而释放弹性能的矿山压力现象。在深部矿井条件下，煤、岩体中积聚了巨大的能量，当采

5、矿活动引起的能量释放速度大于煤、岩体破坏消耗的能量速度时，就会导致冲击地压的发生。 2 二次支护原理与技术 高应力软岩巷道变形是非线性的，巷道掘进后，其深部围岩的变形移动可分为3个阶段：变形剧烈阶段；变形平缓阶段；相对稳定阶段。基于以上的变形特征，一次支护方式采用锚网喷支护，可延伸锚杆既能适应掘巷初期巷道变形速度大的特点，又能加固巷道围岩，控制围岩破裂的扩展。锚杆加固区内围岩逐渐形成具有自承能力的挤压拱结构，能承受外部岩体地压阻止其变形。锚网、喷浆对围岩进行封闭，防止围岩风化和剥落，有效提高了锚杆支护能力，增强了围岩支护结构体的承载能力。二次支护存在支护的时机问题，支护太早，巷道周围岩体内的巨

6、大塑性变形能得不到释放，就作用在支护体上，造成巷道不稳定。支护太晚，就会使围岩内裂隙发展，导致巷道变形过大而使整个巷道失稳。二次支护采用锚注支护，增强围岩强度和整体稳定性。由于高应力使得巷道开挖后围岩松散破碎，通过注浆，使松散的围岩胶结成整体，提高岩体的内摩擦角和内聚力，从而提高了岩体强度和围岩整体稳定性以及围岩本身的承载能力。 3 工程实践 3.1 围岩概况 某矿二采区两条巷道设计均为岩巷，围岩多为灰及灰白色的泥岩，呈半胶结或松散状易风化，遇水膨胀；间夹中粗粒砂岩，偶见坚硬的石灰岩，岩石层理不清晰且变化较大。巷道在断层发育带内掘进，其中sdf20断层落差80240m，sdf20-1断层落差约

7、40m，在掘进过程中揭露大小不等的断层有6个，由于该区域地质构造复杂，尤其是断层的发育，造成巷道支护困难。 3.2 二次支护设计 一次支护同巷道掘进时的正常锚网喷支护，但为了及时封闭岩石，减少岩石的风化时间，放炮后首先对围岩进行初喷，喷厚30cm。待巷道发生一定变形，围岩尚未失稳时，对巷道进行二次支护，二次支护的设计如下。 3.2.1 墙及顶部 （1）锚喷支架联合支护，支架为矿加工的槽钢（不低于14#）u型支架。（2）u型架由4部分组成，分别为两帮、拱部两段，u型架本身带有锚杆间排距孔，留孔的作用为稳固u型架并紧贴岩面，加强岩巷内支护。帮部每根长度为1.7m，拱部每段长度为3.05m，接头处由

8、两块长200mm钢板焊接并采用16mm的螺栓连接、组合、固定。（3）施工过程中将锚杆镶嵌在u型架孔内，锚杆使用18mm2200mm，锚杆间排距为800mm800mm；药卷使用2支（k2860或cka2370）。（4）锚杆安装后，锚杆锚固力不低于8.5t，外露长度为3050mm。（5）锚索支护时，每3m一组，一组共6棵锚索，锚索规格为15.24mm6000mm，采用圆托盘，规格为：250mm。 3.2.2 底板 （1）在轨道巷施工中，底板起底为弧形，垂距85cm，底板部分采用不低于14#槽钢加工的拱形支架，共分两段，每段槽钢支架拱的长度为2.2m，两段槽钢支架接头处由两块长20mm钢板焊接并采用16mm的螺栓连接、组合、固定（拱形支架整体总长度为4.4m）。（2）拱形支架安装时，必须与顶板u型支架逐个相对应，并紧跟顶板u型支架施工，确保支架有效、可靠。（3）拱形支架带有锚杆孔，孔间距为800mm，支架与支架之间距离为800mm，支架位于一次支护的两排锚杆之间。（4）施工过程中将锚杆镶嵌在拱形支架孔内，锚杆使用18mm1200mm，锚杆