廖祥奎

（貴州渝能礦業(yè)有限責(zé)任公司木孔煤礦， 貴州 畢節(jié) 551802）

引言

軟巖具有流變、軟弱、松散等特點，穩(wěn)定性較差，如果煤礦開采的過程中遇到軟巖地質(zhì)，開采風(fēng)險會增加，需要采取有效的支護技術(shù)來提升巷道穩(wěn)定性。在煤礦工程施工過程中，軟巖會受到各種外力的影響，很容易出現(xiàn)塑性變形問題，如果超出設(shè)計允許值，會影響工程正常施工，甚至帶來安全風(fēng)險。因此，在煤礦軟巖巷道掘進的過程中，必須要采取有效的支護技術(shù)，提升巷道的穩(wěn)定性和安全性，確保煤礦工程可以順利開展。

1 煤礦軟巖巷道的特點

1.1 臨界荷載

采用蠕變試驗的方式進行臨界荷載分析，根據(jù)試驗結(jié)果可知，如果巖石受到的荷載不超過某個值，則處于穩(wěn)定的變形狀態(tài)下，蠕變曲線也不會出現(xiàn)明顯變化，與特定變形值接近，到達一定時間后，變化就會停止。如果施加荷載比某個荷載大，則巖石的塑性變形加速十分明顯，也就是變形不穩(wěn)定[1]。此類荷載就是軟化臨界荷載，是導(dǎo)致巖石出現(xiàn)明顯變化的最小值。在巖石受到的荷載不超過臨界荷載的情況下，巖石屬于硬石，反之則有明顯的變形特性，被稱為軟巖。

1.2 軟化臨界深度

相較于軟化臨界荷載，軟化臨界深度也是重要的客觀量。在巷道位置超過特定深度數(shù)值之后，圍巖的塑性變形情況和大地壓十分明顯，難以實施支護措施。如果巷道所在位置比較淺，在某個深度數(shù)值之下，則不會出現(xiàn)明顯的變形和大地壓，這就是所謂的臨界深度。

2 煤礦軟巖巷道支護技術(shù)問題

2.1 變形破壞特點

軟巖巷道很容易出現(xiàn)變形問題，此類問題具有一定的規(guī)律性，主要分為三個階段，并且會受到時間的影響。在變形初期，來壓速度很快，會出現(xiàn)大量變形，巷道自穩(wěn)定能力缺失，如果不采取有效的控制措施，會出現(xiàn)巖塊冒落的情況，最終導(dǎo)致巷道被破壞。如果采用剛性支架支護的方式，則與變形特性不匹配，無法滿足支護要求，也很難進行維護，支架容易被壓壞，進而導(dǎo)致塌落風(fēng)險發(fā)生。軟巖巷道很容易受到外部壓力，且方向通常保持對稱，在開挖途中，頂板變形、冒落都是比較常見的風(fēng)險問題，底板也會受到影響，底鼓問題比較明顯，如果沒有及時采取有效的控制措施，底鼓問題會加劇，造成兩幫被破壞，影響巷道安全[2]。軟巖巷道變形如果沒有及時控制，會在深度加大的同時不斷惡化，各個礦區(qū)的種類、地質(zhì)條件不同，所以軟化臨界深度不同，如果超出深度標準，則增加支護難度，且受到各種應(yīng)力的影響，變形的方向性比較明顯。軟巖失水、吸水都可能引發(fā)膨脹變形、泥化破壞的問題。

2.2 支護技術(shù)問題

從支護的角度分析，軟巖巷道的支護難度較大，尤其在回采巷道支護的過程中，很難確保支護效果。從目前的情況，軟巖巷道支護技術(shù)還存在很多問題。首先，支護工作由多個環(huán)節(jié)構(gòu)成，需要施工人員相互配合，確保支護和圍巖變形情況保持協(xié)調(diào)一致。為此，要充分了解圍巖變形機理，根據(jù)分析結(jié)果選擇合理的支護方案，保障支護時機、型式等參數(shù)的合理性，否則支護效果會受到極大的影響。其次，在參數(shù)方面，如果地質(zhì)條件并不復(fù)雜，可以采用工程類比法。但如果地質(zhì)條件比較復(fù)雜，則不能采用工程類比法，由于復(fù)雜條件下巷道支護成功案例并不多見，類比的參考依據(jù)較少，使用效果不理想。最后，在支護對策的應(yīng)用上，軟巖巷道的變形破壞特征不同于硬巖巷道，如果采用硬巖巷道的支護對策，并不能滿足此類巷道的支護需求，甚至?xí)绊懯┕ぐ踩?。實際施工中，如果單純采用常規(guī)支護手段，包括U 型鋼支架、錨噴支護等等，很難達到理想的控制效果。

實際上，圍巖自承圈并不是很厚，常見的支護方法以錨桿支護為主，構(gòu)成的自承圈厚度不大，錨固后厚度約為0.6 m（＜錨桿長度），也就是說錨桿會存在浪費部分，很難抵抗較大的圍巖壓力。在初期支護階段，剛度比較大，巷道開挖途中，圍巖應(yīng)力受到外界條件的變化而重新分布，變形也就隨之產(chǎn)生，支護體因此受到更大的壓力，如果支護體剛度較大，則抗圍巖壓力也比較大，變形量也因此較大，造成圍巖變形協(xié)調(diào)性不足，圍巖因此遭到破壞。圍巖表面沒有足夠的約束能力，在高應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力的影響下，薄弱位置的支護體更容易出現(xiàn)過量變形、巖石松動等問題，破碎區(qū)也會因此產(chǎn)生，圍巖自承圈受到極大損壞。在高應(yīng)力的作用下，如果選擇錨網(wǎng)噴支護的方式，則錨體強度比較低，約束能力明顯不足，無法遏制破壞、破碎區(qū)的發(fā)展，最終出現(xiàn)大面積破壞問題。

3 煤礦軟巖巷道支護技術(shù)方法

3.1 支護關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)軟巖的特性實施支護技術(shù)，在實際支護中，要從三個方面入手：首先，確定軟巖變形機制的特點，即復(fù)合型特征。其次，轉(zhuǎn)化復(fù)合型變化機制，使其成為單一型。最后，對復(fù)合型變形力學(xué)機制轉(zhuǎn)化技術(shù)進行靈活運用。對于軟巖巷道來說，對圍巖產(chǎn)生影響的力學(xué)機制比較復(fù)雜，具有復(fù)合型的特點，也正因如此，才會經(jīng)常出現(xiàn)變形和破壞問題[3]。所以，不能采用單一的支護技術(shù)，應(yīng)該綜合多種技術(shù)方法，將復(fù)合型向單一型轉(zhuǎn)化，也就是在實際支護的過程中，聯(lián)系各個支護要點，不僅包括順序，還要對時間、效果等要素把控，結(jié)合復(fù)合型特征選擇支護方案，確保支護的有效性。

3.2 最佳支護時間

要確保支護效果，就要對支護時間進行嚴格的把控。在巷道開挖之后，應(yīng)力會受到開挖的影響重新分布，切向應(yīng)力高度集中在巷壁附近，這個范圍內(nèi)的巖層因此呈現(xiàn)出塑性工作狀態(tài)，也就是逐漸形成塑性區(qū)，造成應(yīng)力集中區(qū)縱深發(fā)展，如果集中強度大于屈服強度，則會有新的塑性區(qū)出現(xiàn)，并且繼續(xù)縱深發(fā)展。對此，要采取有效的支護措施，有效控制變形、松動等問題。塑性區(qū)可以分為穩(wěn)定和非穩(wěn)定兩種，在松動破壞出現(xiàn)前，最大塑性區(qū)范圍就是穩(wěn)定塑性區(qū)，出現(xiàn)之后就會轉(zhuǎn)化為非穩(wěn)定區(qū)。圍巖中切向和徑向會受到塑性區(qū)的影響，荷載對支護體的作用也因此變小。應(yīng)力集中區(qū)會向深部轉(zhuǎn)移，破壞作用出現(xiàn)時產(chǎn)生的應(yīng)力也會因此變小。如果支護應(yīng)力較高，穩(wěn)定塑性區(qū)就會隨之出現(xiàn)，要限制此類區(qū)域的大范圍擴展，根據(jù)擴展狀態(tài)選擇支護時間，確保塑性區(qū)承載力充分發(fā)揮，避免松動、破壞等問題。

3.3 優(yōu)化支護對策

針對支護技術(shù)應(yīng)用的問題和軟巖巷道的特點，要對原本的支護策略進行優(yōu)化。首先，要將網(wǎng)或噴層的剛度、強度提升，對于薄弱的環(huán)節(jié)，可以采用錨梁支護的方式來增強，使圍巖表面有更大的約束力，對破碎區(qū)的縱深發(fā)展進行有效約束。其次，可以根據(jù)需求采取二次支護措施，同時適當(dāng)提升支護強度，確保初期支護的柔性特征符合要求，保持穩(wěn)定的同時，加大圍巖的允許變形值，促進能量的釋放，避免出現(xiàn)塌落的問題。在后期則要提升強度，避免出現(xiàn)過量變形的問題。第三，做好厚壁支護，可以使用全長錨固、全螺紋鋼等錨桿，使圍巖有更大的自承圈厚度。也可以采用錨索加固的方式，可以探入深處的穩(wěn)定巖層，以此為基礎(chǔ)施加200 kN 左右的預(yù)緊力，有效限制有害變形，使受力狀態(tài)得到改善。最后，要控制圍巖破壞問題，加強光面爆破技術(shù)的應(yīng)用，也可以采用膨脹材料將錨桿孔充滿。

4 結(jié)語

在煤礦施工的過程中，為了確保巷道施工的安全性，必須要采取有效的支護技術(shù)。針對軟巖巷道，為了確保支護的有效性，需要深入分析軟巖巷道的特點，然后采取針對性的支護方法，解決支護技術(shù)應(yīng)用中的各項問題。要根據(jù)具體的參數(shù)變化，選擇恰當(dāng)?shù)闹ёo時間、支護策略，確保有效的支護效果。